高利用率光伏器件的制作方法
【專利摘要】一種制品(400)，其包括形成光伏(PV)模塊電路的很多光伏電池(102)，以第一匯流條(106)與所述PV模塊電路的一個端點電偶聯(lián)和第二匯流條(206)與所述PV模塊的第二端點電偶聯(lián)。所述匯流條(106,206)布置在與所述PV電池(104,204)的光入射側(cè)相反的PV電池側(cè)上。
【專利說明】高利用率光伏器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改進的光伏器件，并更具體地(但非專門地)涉及具有提高的有效太陽能面積(active solar area)利用率的光伏器件。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前已知的光伏(PV)器件包括有效太陽能面積(其是PV器件中接收光子并將其轉(zhuǎn)變成可利用的電能的部分)。在許多器件中，所述有效太陽能面積存在未利用的部分(該部分保留給電連接組件元件例如匯流條)和/或被所述電連接組件元件遮蔽的區(qū)域。因此，某些類型的已知PV器件不能利用相當(dāng)部分的有效太陽能面積來捕獲光子。在某些應(yīng)用中，例如整合到建筑產(chǎn)品中的PV器件，其中可利用的表面積是預(yù)定的，單位面積捕獲的太陽能是優(yōu)先考慮的并且可影響安裝是否是經(jīng)濟上可行的。對于建筑一體化PV裝置還期望所述PV器件與原來產(chǎn)品相同的形狀因素，例如屋頂板一體化的PV器件應(yīng)該可與屋頂板或一組屋頂板的物理空間互換。
[0003]與這種技術(shù)相關(guān)的文獻當(dāng)中包括WO 2009/006230 A2和EP1544921A1。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開在一個方面包括一種制品，所述制品包含具有至少一個光伏(PV)電池的PV模塊、與所述至少一個PV電池電偶聯(lián)并形成模塊電路的多個導(dǎo)電元件、與所述模塊電路的第一電端點偶聯(lián)的第一匯流條、和與所述模塊電路的第二電端點偶聯(lián)的第二匯流條。所述模塊還包括光入射側(cè)，并且所述至少一個PV電池中的PV電池布置在所述光入射側(cè)和所述第一匯流條之間，并且可以為所述至少一個PV電池中的相同或不同的PV電池的PV電池布置在所述光入射側(cè)和所述第二匯流條之間。
[0005]本公開另外的或可替代的方面的特征還在于任何一個或多個以下特征:所述PV模塊具有多個PV電池，所述PV電池的每個相鄰的對具有布置在其間的電介質(zhì)，其中所述導(dǎo)電元件各自與至少一個PV電池電偶聯(lián)并且電連接所述多個PV電池，并且其中第一 PV電池插置在所述第一匯流條和所述光入射側(cè)之間并且第二 PV電池插置在所述第二匯流條和所述光入射側(cè)之間，所述第一匯流條與所述第一 PV電池的光入射側(cè)電偶聯(lián)，并且匯流條分隔電介質(zhì)布置在所述第一匯流條和所述第一 PV電池之間；所述匯流條分隔電介質(zhì)還包括布置在所述第一 PV電池外面部分上的一部分；所述第二匯流條與所述第二 PV電池的所述光入射側(cè)的相反側(cè)電偶聯(lián)；電介質(zhì)布置在所述第二匯流條和所述第二 PV電池之間；所述模塊電路按并聯(lián)、串聯(lián)或串聯(lián)-并聯(lián)布置；所述模塊電路、第一匯流條和第二匯流條形成電組件，所述電組件封裝在封裝材料中；結(jié)構(gòu)背襯限定建筑材料單元的單元形狀，并且封裝材料布置在所述結(jié)構(gòu)背襯和所述第二匯流條之間，其中第二匯流條插置在所述封裝材料和所述第二 PV電池之間；結(jié)構(gòu)背襯限定建筑材料單元的單元形狀，并且封裝材料布置在所述結(jié)構(gòu)背襯和所述第二匯流條之間，其中第二匯流條插置在所述封裝材料和所述第二 PV電池之間并且所述第一匯流條插置在所述封裝材料和所述第一 PV電池之間；和/或多個PV模塊各自具有相應(yīng)的模塊電路，其中所述第一匯流條與各個相應(yīng)的模塊電路的第一電端點電偶聯(lián)，并且其中所述第二匯流條與各個相應(yīng)的模塊電路的第二電端點電偶聯(lián)。
[0006]本公開另外的或替代的方面是利用制品的方法，包括形成電組件，并且在所述形成之后將所述電組件封裝在封裝材料中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是第一匯流條和布置在所述第一匯流條與PV模塊的光入射側(cè)之間的第一 PV電池的示意圖。
[0008]圖2是第二匯流條和布置在所述第二匯流條與PV模塊的光入射側(cè)之間的第二 PV電池的示意圖。
[0009]圖3是第二匯流條和布置在所述第二匯流條與PV模塊的光入射側(cè)之間的第二 PV電池的替代實施方式。
[0010]圖4是PV模塊的示意圖。
[0011]圖5是包括PV模塊的制品的示意性側(cè)視圖。

【具體實施方式】
[0012]參考圖1，顯示了 PV模塊的圖示100的部分。第一 PV電池104與第一匯流條16電偶聯(lián)。用于本發(fā)明中的PV電池包括由PV材料形成的元件，所述PV材料可以是對入射電磁(EM)輻射產(chǎn)生電響應(yīng)的任何材料，并且在某些實施方式中包括對EM輻射產(chǎn)生商業(yè)上可行的電響應(yīng)和/或?qū)υ谏虡I(yè)上可行的頻率內(nèi)的入射EM輻射產(chǎn)生電響應(yīng)的任何材料。商業(yè)上可行應(yīng)該以廣義理解，并且可以包括至少產(chǎn)生的電量、EM輻射類型和/或量的可利用性，并且還可以是應(yīng)用依賴性的。應(yīng)用依賴性可以與所述應(yīng)用的表面積、所述應(yīng)用的安裝表面的取向、所述應(yīng)用的電需求、應(yīng)用位置處替代電源的可利用性、應(yīng)用對資金或運營成本的敏感性有關(guān)，但不限于這些。示例而非限制性的PV材料包括銅硫?qū)僭鼗镄碗姵?例如硒化銅銦鎵、硒化銅銦、硫化銅銦鎵、硫化銅銦、硒化硫化銅銦鎵，等等)、無定形硅電池、晶體硅電池、薄膜II1-V族電池、有機光伏器件、納米粒子光伏器件、染料敏化太陽能電池和/或所述材料的組合。
[0013]導(dǎo)電元件108 (其中為舉例說明目的顯示了單個連接)將第一 PV電池104與另一個PV電池102連接并且與第一匯流條106連接。在圖示100中，介電材料IlOa布置在第一匯流條106和第一 PV電池104之間，例如用于確保第一 PV電池104和第一匯流條106之間除了通過導(dǎo)電元件108的電連接以外的電分離。在某些實施方式中，所述介電材料包括布置在第一 PV電池104的外面部分上的部分110b。在圖示100中，第一 PV電池104是一起形成PV模塊的多個PV電池的一個末端處的末端PV電池。
[0014]在某些實施方式中，相鄰的PV電池對102、104具有布置在其間的電介質(zhì)112。在圖示100中，包括第一 PV電池104的PV模塊的光入射側(cè)在第一 PV電池104上方，并且第一 PV電池104布置在所述光入射側(cè)和第一匯流條106之間。因此，第一匯流條106不遮蔽第一 PV電池104或其他PV電池102的任何一個，并且第一匯流條106不需要任何保留空間并因此不與PV電池競爭在包含所述PV模塊的器件的有效太陽能面積內(nèi)的空間。第一 PV電池104示例為直接在第一匯流條106的上方，然而第一 PV電池104可以布置在第一匯流條106和所述光入射側(cè)之間的任何地方，例如第一匯流條106完全或部分地布置在所述PV模塊中一個或多個其他PV電池的下方。
[0015]參考圖2，顯示了圖示200的PV模塊的一部分。圖示200包括第二 PV電池，例如第二 PV電池204，其與第二匯流條206電偶聯(lián)。圖示200包括與PV電池204物理偶聯(lián)的第二匯流條206，例如通過焊接或粘合劑直接接觸。然而，第二匯流條206和第二 PV電池204的電偶聯(lián)包括本領(lǐng)域了解的任何機制。在圖示200中，第二匯流條206與第二 PV電池204的相反側(cè)而不是光入射側(cè)電偶聯(lián)，然而可設(shè)想與任一側(cè)的連接。導(dǎo)電元件108將第二 PV電池204與另一 PV電池102電偶聯(lián)。電介質(zhì)112布置在相鄰的PV電池之間。參考圖3，第二匯流條206可以從第二 PV電池204移離。從第二 PV電池204移離的第二匯流條206利用例如導(dǎo)線電偶聯(lián)，并還可以例如利用電介質(zhì)312與第二電池204隔離，以確保僅僅所稱的電通路將第二匯流條206與第二 PV電池204連接。
[0016]參考圖4，制品400包括具有多個PV電池(例如PV電池102、104、204)的PV模塊，其中每個相鄰的PV電池對包括其間的電介質(zhì)112。在某些實施方式中，裝置(例如建筑物一體化材料單元例如屋頂板)包含多個PV模塊。另外的或替代地，每個匯流條106、206可以將多個所述PV模塊電偶聯(lián)在一起，例如第一匯流條106與每個所述模塊的一個末端偶聯(lián)并且第二匯流條206與每個所述模塊的第二末端偶聯(lián)。在存在多個PV模塊的情況下，所述模塊可以根據(jù)所述PV模塊組的期望電特性而串聯(lián)、并聯(lián)和/或混合串聯(lián)-并聯(lián)地電偶聯(lián)。
[0017]在每種情況下電介質(zhì)112在制品400內(nèi)都顯示為在所述PV電池之一上，然而兩個PV電池或其中任何一個可以具有與其偶聯(lián)的電介質(zhì)。另外的或替代地，所述電介質(zhì)可以布置在所述PV電池之間而不與任一個偶聯(lián)。在相鄰PV電池之間的電介質(zhì)112用于提供充分的電隔離的尺寸和布置對于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開的教導(dǎo)是機械步驟。PV電池102、104,204與多個導(dǎo)電元件108電連接，形成模塊電路。制品400的模塊電路按串聯(lián)電路描繪。然而，所述模塊電路可以是串聯(lián)、并聯(lián)和/或混合串聯(lián)-并聯(lián)的。
[0018]制品400包含與所述模塊電路的第一電端點偶聯(lián)的第一匯流條106，和與所述模塊電路的第二電端點偶聯(lián)的第二匯流條206。第一匯流條106布置在PV電池的第一電池104下面，因此所述第一 PV電池104布置在第一匯流條106和制品400的光入射側(cè)之間。第二匯流條206布置在PV電池的第二電池204下面，因此第二 PV電池204布置在第二匯流條206和制品400的光入射側(cè)之間。設(shè)想?yún)R流條106、206布置在不是末端電池的一個或多個PV電池下方(例如插置在所述光入射側(cè)和所述匯流條之間的PV電池是在所述匯流條的“上方”)，且因此進一步設(shè)想第一 PV電池104和/或第二 PV電池204不是所述PV模塊的電端點。在某些實施方式中，所述匯流條106、206可以布置在同一 PV電池下方，和/或可以具有所述匯流條106、206布置在其下方的一個或多個共用PV電池。
[0019]為了描述和描繪清楚起見，本文中描述的實施方式包括與所述模塊電路的每個電端點偶聯(lián)的單一匯流條。然而，在某些實施方式中，制品400在所述模塊電路的每個電端點處包括超過一個匯流條；所述模塊電路的每個電端點處的匯流條數(shù)量根據(jù)所選擇的PV電池104、204的互連方案決定，并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮互連方案并根據(jù)本文的公開內(nèi)容可以理解的。
[0020]雖然圖4的例子示出了具有多個PV電池102、104、204的制品400，但設(shè)想PV模塊可以只包含單個PV電池。用于具有單個PV電池的實施方式的匯流條106、206兩者布置為使得所述單個PV電池插置在光入射側(cè)和匯流條106、206之間。匯流條106、206彼此電隔離，包括通過電介質(zhì)或絕緣材料例如封裝材料電隔離。匯流條106、206之一可以與所述單個PV電池直接接觸，這取決于所述單個PV電池的電取向和制品400的所期望的結(jié)構(gòu)，然而匯流條106、206 二者與所述單個PV電池除了通過導(dǎo)電元件108連接以外也可以進行電隔離。
[0021]設(shè)想本文中描述的裝置和制品的某些實施方式包括許多的層和/或組件，例如但不限于目前待決的國際專利申請N0.PCT/US09/042496中描述的各種實施方式的特征，所述專利申請為了所有目的以其整體通過引用并入本文中。參考圖5，制品500示意性地以剖面?zhèn)纫晥D描繪。制品500包括多個PV電池，例如PV電池102、104、204，它們電連接以形成模塊電路。第一 PV電池104布置在所述模塊電路的第一電端點處，而第二 PV電池204布置在所述模塊電路的第二電端點處。第一匯流條106與PV電池的第一電池104電偶聯(lián)，而第二匯流條206與PV電池的第二電池204電偶聯(lián)。所述模塊電路、第一匯流條106、和第二匯流條206 —起形成電組件。制品500還包含封裝材料508，其封裝所述電組件。封裝材料508可以以一個或多個層提供，和/或可以用任何其他方式模制或裝配。其實例和非限制性封裝材料包括聚烯烴、乙烯-乙酸乙酯(ethyl-vinyl-acetate)和/或聚合物絕緣材料。封裝材料508的一個或多個層可以由相同或不同的材料形成。
[0022]示例制品500包括在制品500的光入射側(cè)510提供的透明板502。板502對PV電池104、204、102適宜的光頻率是可透過的，所述光頻率可以包括全部或部分的可見光譜，并且可以替代地或另外地包括高于或低于可見光頻率的部分光譜。板502可以提供物理保護和/或環(huán)境保護。在某些實施方式中，在PV電池104、204、102上方可以提供附加層，以對制品500提供額外的保護或希望的特征。
[0023]示例制品500還包括限定制品500形狀的結(jié)構(gòu)背襯504。結(jié)構(gòu)背襯504提供在相對于所述制品的光入射側(cè)510的相反側(cè)512。結(jié)構(gòu)背襯504在該實例中與板502偶聯(lián)，然而可存在其他的層或偶聯(lián)部件。制品500還包括環(huán)境阻擋板506，例如為了防止水和/或其他物質(zhì)侵入所述電組件中，和/或為了提供與例如屋頂或安裝表面的電絕緣。制品500中可以存在任何其他的包裝、線網(wǎng)、阻擋層、構(gòu)造層和/或支撐材料。所描述的制品500的元件是非限制性例子，并且所描述的元件在具體的實施方式中可以存在或不存在。在某些實施方式中，制品500形成為屋頂板或形成為大小適合替代一組屋頂板的單元。在某些實施方式中，制品500形成為建筑物墻板的單元。在某些實施方式中，制品500形成為建筑物一體化PV產(chǎn)品。在某些實施方式中，制品500具有與替代的常規(guī)建筑制品相同的厚度，不具有比替代的常規(guī)建筑制品更大的厚度，或不具有比建筑制品的規(guī)定厚度更大的厚度。在某些實施方式中，制品500不包括接線盒。
[0024]示例制品500包括光入射側(cè)510的相反側(cè)512，其中第二匯流條206與第二 PV電池204的相反側(cè)512電偶聯(lián)。制品500還包括限定建筑材料單元(例如屋頂板、墻板單元和/或其群組)的單位形狀的結(jié)構(gòu)背襯504、插置在結(jié)構(gòu)背襯504和第二匯流條206之間的封裝材料508、和插置在封裝材料508和第二 PV電池204之間的第二匯流條206。制品500還包括插置在結(jié)構(gòu)背襯504和第一匯流條106之間的封裝材料508，其中第一匯流條106插置在封裝材料508和第一 PV電池104之間。在圖5的例子中，匯流條106、206在電池104、204的電取向是有利的情況下可以與電池104、204接觸，或者與電池104、204分離并用封裝材料508和/或用電介質(zhì)IlOa隔離。取決于制品500的期望結(jié)構(gòu)，無論電池104、204的電取向如何，匯流條106、206都可以與電池104、204分離。
[0025]以下的示意性流程描述提供了執(zhí)行利用PV制品的程序的說明性實施方式。所說明的操作應(yīng)理解為僅僅是示例性的，并且操作可以合并或分開及添加或除去，以及全部或部分地重新排序，除非本文中明確地有相反的說明。所說明的某些操作可以通過執(zhí)行在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品的計算機來實施，其中所述計算機程序產(chǎn)品包括使所述計算機執(zhí)行一個或多個所述操作或者向其他裝置發(fā)布執(zhí)行一個或多個所述操作的命令的指令。
[0026]示例程序包括形成電組件的操作，所述電組件包括具有多個電偶聯(lián)PV電池的模塊電路、與所述模塊電路的第一端點電偶聯(lián)的第一匯流條和與所述模塊電路的第二端點電偶聯(lián)的第二匯流條。所述PV電池的電偶聯(lián)可以是串聯(lián)、并聯(lián)、或混合串聯(lián)-并聯(lián)的。所述程序還包括在所述形成之后將所述電組件封裝在封裝材料中的操作。
[0027]上面應(yīng)用中列舉的任何數(shù)值包括以一個單位的增量從較低值到較高值的所有值，條件是在任何較低值和任何較高值之間相隔至少2個單位。例如，如果說明了組分的量或工藝變量(例如溫度、壓力、時間等)的值是例如I到90、還包括20到80、也包括30到70的話，意圖的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等等的值都在本說明書中被明確列舉。一個單位被認為是所公開的最精確單位，例如0.0001,0.001,0.01或0.1，視情況而定。這些只是具體想到的例子，而所列舉的最低值和最高值之間數(shù)值的所有可能的組合將被認為以類似方式在本公開中被明確說明。
[0028]除非另有說明，所有范圍包括兩個端點以及端點之間的所有數(shù)字。所有論文和參考文獻、包括專利申請和公布的公開內(nèi)容，為了所有目的通過引用并入。使用術(shù)語“包含”或“包括”來描述本文中的元件、成分、部件或步驟的組合也設(shè)想到基本由所述元件、成分、部件或步驟組成的實施方式。使用不帶數(shù)量指示的物品或部件和/或單數(shù)物品或特征的公開設(shè)想存在超過一個所述物品或特征，除非有明確的相反說明。
[0029]本發(fā)明的示例實施方式已經(jīng)公開。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到，對所公開的實施方式的某些修改在本公開教導(dǎo)的范圍內(nèi)。因此，應(yīng)該研究以下權(quán)利要求來確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種制品，所述制品包含: 包含至少一個光伏(PV)電池的PV模塊； 多個導(dǎo)電元件，每個所述導(dǎo)電元件與所述至少一個PV電池電偶聯(lián)并形成模塊電路； 與所述模塊電路的第一電端點偶聯(lián)的第一匯流條，其中所述PV模塊還包括光入射側(cè)，并且其中所述至少一個PV電池中的PV電池插置在所述第一匯流條和所述光入射側(cè)之間；和 與所述模塊電路的第二電端點偶聯(lián)的第二匯流條，并且其中所述至少一個PV電池中的PV電池插置于所述第二匯流條和所述光入射側(cè)之間。
2.權(quán)利要求1所述的制品: 其中所述PV模塊包括多個PV電池，每個相鄰的PV電池對具有布置在其間的電介質(zhì)； 其中所述多個導(dǎo)電元件各自與所述多個PV電池中的至少一個電偶聯(lián)，并且其中所述導(dǎo)電元件電連接所述PV電池；和 其中插置在所述第一匯流條和所述光入射側(cè)之間的PV電池包括第一 PV電池，并且其中插置于所述第二匯流條和所述光入射側(cè)之間的PV電池包括第二 PV電池。
3.權(quán)利要求2所述的制品，其還包含在所述光入射側(cè)與所述PV電池的第一電池電偶聯(lián)的所述第一匯流條，所述制品還包含布置在所述第一匯流條和所述PV電池的第一電池之間的匯流條分隔電介質(zhì)。
4.權(quán)利要求3所述的制品，其中所述匯流條分隔電介質(zhì)還包括布置在所述PV電池的第一電池的外面部分上的一部分。
5.權(quán)利要求2至4任一項所述的制品，其中所述PV模塊還包括所述光入射側(cè)的相反偵U，并且其中所述第二匯流條與所述PV電池的第二電池的相反側(cè)電偶聯(lián)。
6.權(quán)利要求2至5任一項所述的制品，所述制品包含布置在所述第二匯流條和所述PV電池的第二電池之間的電介質(zhì)。
7.權(quán)利要求2至6任一項所述的制品，其中所述模塊電路包括選自串聯(lián)電路、并聯(lián)電路和串聯(lián)-并聯(lián)電路的電路布置。
8.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其中所述模塊電路、所述第一匯流條和所述第二匯流條形成電組件，所述制品還包括結(jié)構(gòu)形成為用于封裝所述電組件的至少一種封裝材料。
9.利用權(quán)利要求8所述的制品的方法，所述方法包括形成所述電組件，和在所述形成之后在所述至少一種封裝材料中封裝所述電組件。
10.權(quán)利要求2至7任一項所述的制品，其中所述PV模塊還包括所述光入射側(cè)的相反偵牝并且其中所述第二匯流條與所述PV電池的第二電池的相反側(cè)電偶聯(lián)，所述制品還包括限定建筑材料單元的單元形狀的結(jié)構(gòu)背襯、插置在所述結(jié)構(gòu)背襯和所述第二匯流條之間的封裝材料，并且其中所述第二匯流條插置在所述封裝材料和所述PV電池的第二電池之間。
11.權(quán)利要求10所述的制品，其還包含插置在所述結(jié)構(gòu)背襯和所述第一匯流條之間的封裝材料，并且其中所述第一匯流條插置在所述封裝材料和所述PV電池的第一電池之間。
12.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其還包含多個PV模塊，所述模塊各自包含相應(yīng)的模塊電路，其中所述第一匯流條與各個相應(yīng)的模塊電路的第一電端點電偶聯(lián)，并且其中所述第二匯流條與各個相應(yīng)的模塊電路的第二電端點電偶聯(lián)。
【文檔編號】H01L31/02GK104335356SQ201380028685
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】A·納姆約施, M·W·德格魯特, L·C·洛佩斯, R·K·費斯特, L·A·克拉克 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司