在会聚的太阳辐射通量下使用的光伏组件制造技术

根据一个方面，本发明专利技术涉及光伏组件（10），其包含：一组适合于制造光伏器件的层，包括至少一个由导电材料制成的形成背面电接触点的第一层（101）、由作为在太阳光谱范围内的吸收剂的材料制成的第二层（102）、及由透明导电材料制成的形成正面电接触点的第三层（106）；位于所述背面电接触点与所述正面电接触点之间的电绝缘层（103，103A），其含有多个孔径，每个孔径确定其中所述组的层的所述层堆叠以形成光伏微电池的区域（100）；及由导电材料制成的层（104），其与所述由透明导电材料制成的第三层（106）电接触，形成与所述第三层（106）的正面电接触点，并以如下方式结构化，形成每个所形成的所述光伏微电池的外围电接触点，所述光伏微电池通过背面电接触点和正面电接触点平行地电连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在会聚的太阳辐射通量下使用的光伏组件及其制造方法，尤其是涉及薄膜光伏电池领域。
技术介绍
在太阳能电池领域，大量研究的焦点目前在于优于传统使用的晶体硅的基于薄膜的技木。这ーエ业趋势主要是由于这些厚度小于20 u m、典型地厚度小于5 u m的薄膜的太阳光吸收系数要比晶体硅高几个量级，而且它们是直接由气相和液相制成的因此不需要锯切。因此，薄膜光伏模块可以利用比晶体光伏电池薄100倍的薄膜制成。因此，预期的成本更低，原材料的易得性増大，模块的制造方法更简単。目前正在开发的主要技术是多晶硫属元素化物技木，尤其是CdTe技术，和称作黄铜矿的技术，其是基于化合物CuInSe2或其变体Cu (In，Ga) (S，Se) 2，还称作CIGS，以及非晶和微晶硅技术。薄膜太阳能电池，其尤其是基于 黄铜矿材料例如Cu (In，Ga) Se2或CdTe，目前在一个太阳照度(即1000W/m2)下分别获得20%和16. 5%的实验室效率。然而，用于制造太阳能电池的材料有时受限于其易得性(例如铟或碲)。在开发具有几个GW的量级的能力的光伏发电站的过程中，关于原材料的易得性的问题可能会变成ー个主要的限制。目前，会聚的光伏(CPV)技术正在进行开发；该技术使用在会聚的太阳辐射通量下的光伏电池。光线的会聚能够提高电池的转化效率，因此对于给定的发电量，可以节省的原材料的比例大于所采用的光线会聚。这在薄膜技术中是特别重要的。在会聚的情况下的试验表明，若使正面收集栅最优化，在低度会聚的情况下(14太阳，即由地球接收的来自太阳的平均光功率的14倍)可以获得21. 5%的效率(例如參见J. Ward等人的“ Cu (In，Ga)Se2Thin film concentrator Solar Cells，，,Progress in PhotovoltaicslO, 41-46，2002)。超出该会聚，无论正面收集栅的设计如何，该正面收集栅额外地遮蔽电池(多达16%被遮蔽)，对于有待改善的效率而言，由于收集层的阻挡导致消散效应变得过大。因此，目前迅猛发展的光伏会聚仍然被限制在成本非常高的II1-V族半导体的单结或多结电池。
技术实现思路
本专利技术的ー个目的是制造在非常高度的会聚的情况下工作的光伏电池，大幅减少正面层的阻挡的负面效应。为此，开发了创新的建筑，尤其是能够制造在其周围接触的微电池的阵列，从而能够省略掉收集栅的使用。该建筑与现有的太阳能电池技术尤其是薄膜技术相客，能够大幅节省稀有的化学元素的使用(铟、碲、镓)。根据第一方面，本专利技术涉及光伏组件，其包含-一组适合于制造光伏器件的层,其包括至少ー个由导电材料制成的形成背面电接触点的第一层、由作为在太阳光谱范围内的吸收剂的材料制成的第二层、及由透明导电材料制成的形成正面电接触点的第三层；-位于所述背面电接触点与所述正面电接触点之间的电绝缘层，其含有多个孔径，每个孔径确定其中所述组的层的所述层堆叠以形成光伏微电池的区域；及-由导电材料制成的层，其与所述由透明导电材料制成的第三层电接触，形成与所述第三层的正面电接触点，并以如下方式结构化，形成每个所形成的所述光伏微电池的外围电接触点，所述微电池通过背面电接触点和正面电接触点平行地电连接。例如，形成由导电材料制成的层的与所述由透明导电材料制成的第三层电接触的所述导电材料是选自以下组中的金属铝、钥、铜、镍、金、银、碳和碳衍生物、钼、钽和钛。根据ー个实施方案，背面接触点的由导电材料制成的第一层是透明的，背面接触点额外包含由导电材料制成的与所述由透明导电材料制成的层电接触的层，其以如下方式结构化，形成所述光伏微电池的外围电接触点。根据另ー个实施方案，绝缘层包含由绝缘材料制成的层，其以如下方式结构化，形成多个孔径。根据另ー个实施方案，根据第一方面的光伏组件额外包含由绝缘材料制成的第二层，所述层位于所述背面电接触点与所述正面电接触点之间，并以如下方式结构化，形成多个孔径，其位于由绝缘材料制成的第一层中的所述孔径中心并且具有相等或更小的尺寸。例如，所述绝缘材料选自氧化物，例如ニ氧化硅或氧化铝，氮化物，例如氮化硅，以及硫化物，例如硫化锌。替代性地,绝缘层包含绝缘气体,例如空气。根据本专利技术的一个优选的实施方案，光伏微电池的截面的至少ー个尺寸小于1mm，优选小于100 Ii m。根据另ー个实施方案，至少一部分光伏微电池具有圆形截面，其面积小于10_2Cm2，优选小于10 4Cm2。根据另ー个实施方案，根据第一方面的光伏组件包含至少ー个光伏微电池，其具有条带状伸长的截面，其较小的尺寸小于1mm，优选小于100 iim。根据另ー个实施方案，由吸收剂材料制成的层是非连续的，并且在光伏微电池的位置上形成。根据本专利技术的另ー个优选的实施方案，光伏组件是薄层组件，形成电池的每ー层的厚度小于约20 u m,优选小于5 ii m。例如，吸收剂材料属于选自以下组中的族CIGS族、CdTe族、硅族和II1-V族半导体族。根据第二方面，本专利技术涉及根据第一方面的光伏组件的阵列，其中所述光伏组件以串联方式电连接，一个光伏组件的正面接触点与相邻光伏组件的背面接触点电连接。根据第三方面，本专利技术涉及光伏模块，其包含一个根据第一方面的光伏组件或根据第二方面的光伏组件的阵列，并且额外包含会聚太阳光的系统，该系统适合于将全部或部分的入射光聚焦于姆个所述光伏微电池。根据ー个实施方案，根据第三方面的光伏模块额外包含用于将入射光的波长转化成为由位于所述背面接触点的由透明导电材料制成的第一层下方的吸收剂材料吸收的光谱带的元件，背面电接触点包含由透明导电材料制成的层和由导电材料制成的层，后述的层以如下方式结构化，形成所述光伏微电池的外围电接触点。根据第四方面，本专利技术涉及用于制造根据第一方面的光伏组件的方法，该方法包括在基底上沉积所述层而形成组件。根据ー个实施方案，制造方法包括-在基底上沉积所述由导电材料制成的第一层，从而形成背面电接触点；-沉积由对于光伏器件非活性的材料优选电绝缘体制成的层，所述非活性层结构化以形成多个孔径；-在所述孔径内选择性沉积吸收剂材料，从而形成所述由吸收剂材料制成的第二层，所述层是非连续的；-沉积所述由导电材料制成的层，所述层以如下方式结构化，形成的孔径的尺寸小于或等于所述非活性层中的孔径的尺寸；及-沉积与所述由导电材料制成的层电接触的所述由透明导电材料制成的第三层，该层结构化以形成正面电接触点。根据另ー个实施方案，制造方法包括-在基底上沉积所述由导电材料制成的第一层，从而形成背面电接触点；-沉积所述由吸收剂材料制成的第二层，所述层是非连续的并且包含多个孔径；-在所述孔径中选择性沉积对于光伏器件非活性的材料，优选电绝缘体，从而形成非连续的非活性层，其具有 位于吸收剂材料的位置上的孔径；-沉积所述由导电材料制成的层，该层以如下方式结构化，形成的孔径的尺寸小于或等于所述非活性层中的孔径的尺寸；及-沉积所述由透明导电材料制成的第三层，该层与所述由导电材料制成的层电接触，该层结构化以形成正面电接触点。根据另ー个实施方案，制造方法包括-在基底上沉积所述由导电材料制成的第一层，从而形成背面电接触点，所述第二层由吸收剂材料制成；-沉积阻挡层，其结构化以形成ー个或多个垫，垫的形状确定每个光伏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.02 FR 10543181.光伏组件(10)，其包含-一组适合于制造光伏器件的层(101,102,105,106),包括至少一个由导电材料制成的形成背面电接触点的第一层(101 )、由作为在太阳光谱范围内的吸收剂的材料制成的第二层(102)、及由透明导电材料制成的形成正面电接触点的第三层(106);-位于所述背面电接触点与所述正面电接触点之间的电绝缘层(103，103A)，其含有多个孔径，每个孔径确定其中所述组的层的所述层堆叠以形成光伏微电池的区域(100);及-由导电材料制成的层(104)，其与所述由透明导电材料制成的第三层(106)电接触，形成与所述第三层(106)的正面电接触点，并以如下方式结构化，形成每个所形成的所述光伏微电池的外围电接触点，所述光伏微电池通过背面电接触点和正面电接触点平行地电连接。2.根据权利要求1的光伏组件，其中与所述由透明导电材料制成的第三层(106)电接触的所述由导电材料制成的层(104)的所述导电材料是选自以下组中的金属铝、钥、铜、镍、金、银、碳和碳衍生物、钼、钽和钛。3.根据权利要求1或2的光伏组件，其中背面接触点的所述由导电材料制成的第一层(101)是透明的，其额外包含与所述由透明导电材料制成的第一层(101)电接触的由导电材料制成的层(104b)以形成与所述第一层(101)的背面电接触点，并以如下方式结构化，形成所述光伏微电池的外围电接触点。4.根据前述权利要求之一的光伏组件，其中绝缘层(103，103A)包含由绝缘材料制成的层，其以如下方式结构化，形成多个孔径。5.根据权利要求4的光伏组件，其包含由绝缘材料制成的第二层(10 )，所述层位于所述背面电接触点与所述正面电接触点之间，并且以如下方式结构化，形成孔径，该孔径位于由绝缘材料制成的第一层中的所述孔径中心并且具有相等或更小的尺寸。6.根据权利要求4或5的光伏组件，其中所述绝缘材料选自氧化物，例如二氧化硅或氧化铝，氮化物，例如氮化硅，以及硫化物，例如硫化锌。7.根据权利要求1至3之一的光伏组件，其中所述电绝缘层(103)包含绝缘气体，优选为空气。8.根据前述权利要求之一的光伏组件，其中每个所述光伏微电池的截面的至少一个尺寸小于Imm,优选小于100 μ m。9.根据前述权利要求之一的光伏组件，其中至少一部分的所形成的光伏微电池具有面积小于10_2cm2、优选小于10_4cm2的圆形截面。10.根据前述权利要求之一的光伏组件，其中至少一个所形成的光伏微电池具有条带状伸长的截面，其较小尺寸小于1mm，优选小于100 μ m。11.根据前述权利要求之一的光伏组件，其中所述由吸收剂材料制成的层是非连续的，并且在所述光伏微电池的位置上形成。12.根据根据权利要求11的光伏组件，其额外包含对于光伏器件呈现非活性的层，该层包含孔径，孔径的位置位于所述吸收剂材料选择性所处的位置。13.根据前述权利要求之一的光伏组件，其中形成所述组件的每个所述层的厚度小于约20 μ m,优选小于5 μ m。14.根据根据权利要求13的光伏组件，其中所述吸收剂材料属于选自以下组中的族:CIGS族、CdTe族、硅族和II1-V族半导体族。15.根据前述权利要求之一的光伏组件的阵列，其中所述光伏组件以串联方式电连接，一个光伏组件的正面接触点与相邻光伏组件的背面接触点电连接。16.光伏模块，其包含根据权利要求1至14之一的光伏组件或者根据权利要求15的光伏组件，并且额外地包含用于会聚太阳光的系统(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·林科特，M·佩尔，JF·吉耶莫莱斯，JL·珀卢阿尔，S·科兰，
申请(专利权)人：国立科学研究中心，
类型：
国别省市：