高利用率光伏器件的制作方法
【專利摘要】一種制品，其包括第一和第二PV電池層，其中所述第一和第二PV電池層至少部分地彼此移位且在整個太陽能有效面積上限定連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)。所述制品提供提高的有效太陽能面積利用率。
【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(jìn)的光伏器件，并更特別地但是僅僅地涉及具有提高的有效太陽能面積利用率的光伏器件。

【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，其是所述PV器件中接收光子并將其轉(zhuǎn)變成可用電能的部分。在許多器件中，所述有效太陽能面積存在保留用于電連接組件元件(例如匯流條和/或在PV器件的電池之內(nèi)和之間傳送電流的傳導(dǎo)性元件)的未利用部分和/或被所述電連接組件元件遮蔽的區(qū)域。某些PV材料由于電池形狀和尺寸可用性限制和/或出于其他原因而在電池周圍或之間需要間隔以防止分路電流、提供傳熱。因此，目前已知的某些類型的PV器件不能利用顯著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(其中可應(yīng)用表面積是預(yù)定的)中的PV器件，單位面積的太陽能捕獲是優(yōu)先考慮的并且可影響到PV器件的安裝是否經(jīng)濟(jì)上是可行的。
[0003]與這種技術(shù)相關(guān)的文獻(xiàn)當(dāng)中包括以下文獻(xiàn):US 6, 121,541 ；US6, 368,892, US2005/0056312(Al) ；US 5, 261, 969 ；US 4,795, 501 ；US 5, 008, 579 ；US 2011/0220175(Al)；US 2011/0220177 (Al) ；US 2011/0100436 ;美國申請 N0.12/989743 和 13/499，483。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開在一個方面包括具有限定太陽能有效面積的透明前板的制品。所述前板與后板結(jié)構(gòu)上偶聯(lián)，并且所述前板和后板包含安置在它們之間的PV器件。所述PV器件包括具有第一 PV活性材料的第一 PV電池層和具有第二 PV活性材料的第二 PV電池層。所述第一和第二 PV電池層至少部分地移位并一起限定在整個PV有效面積上的連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)。
[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:所述第一PV活性材料和所述第二 PV活性材料各是不同的材料；所述第一 PV電池層和所述第二PV電池層是在所述太陽能有效面積的框架內(nèi)電隔離的層；所述連續(xù)光學(xué)覆蓋是其中所述第一和第二 PV活性材料的至少一種被直接暴露超過所述太陽能有效面積的暴露正面區(qū)的至少85%的區(qū)域；所述第一 PV電池層和所述第二 PV電池層各具有不同的旁路二極管；所述制品還包括外電路耦合，其中所述外電路耦合與所述第一和第二 PV電池層以串聯(lián)、并聯(lián)或串-并聯(lián)構(gòu)造電偶聯(lián)；所述制品還包括與第一PV電池層電偶聯(lián)的第一外電路耦合，和與第二 PV電池層電偶聯(lián)的第二外部耦合；所述第一 PV電池層包括具有主軸以第一方向布置的縱橫比的多個的第一電池和所述第二 PV電池層包括具有主軸以第二方向布置的縱橫比的多個第二電池，所述第二方向偏離于所述第一方向，其可以垂直于第一方向；所述第二PV電池層包括根據(jù)減去所述第一 PV電池層的容納空間的太陽能有效面積成型的框架；所述第一 PV活性材料包括晶體二氧化硅(C-Si)和所述第二 PV活性材料包括硒化銅銦鎵(CIGS);所述第二 PV電池層形成為所述太陽能有效面積并且布置在所述第一 PV電池層垂直下方；和/或所述第一和第二 PV電池層中的垂直上方層被布置成光學(xué)遮蔽所述第一和第二 PV電池層中的垂直下方層的電連接組件。
[0006]本公開另外的或替代的方面是包括形成PV器件的方法，其中所述形成包括提供具有第一 PV活性材料的第一 PV電池層和具有第二 PV活性材料的第二 PV電池層，和將所述第二 PV電池層布置為相對于所述第一 PV電池層至少部分地移位布置。所述方法還包括解讀外電路說明，在根據(jù)所述外電路說明選擇的電學(xué)構(gòu)造中電偶聯(lián)所述第一 PV電池層和第二 PV電池層，提供透明前板和后板，在所述前板和后板之間布置所述PV器件，以使得所述前板限定太陽能有效面積以及所述第一 PV電池層和第二PV電池層限定在整個太陽能有效面積上的連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)，和結(jié)構(gòu)上偶聯(lián)所述前板與后板。
[0007]本公開另外的或替代的方面的特征還在于一個或多個以下特征:所述PV電池層與外電路耦合串聯(lián)電偶聯(lián)，所述PV電池層與外電路耦合并聯(lián)電偶聯(lián)，和/或所述第一 PV電池層與第一外電路耦合電偶聯(lián)和所述第二PV電池層與第二外電路耦合電偶聯(lián)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是以前已知的PV器件的示意圖。
[0009]圖2是包含PV器件的制品的示意圖。
[0010]圖3是圖2中描繪的制品的剖視圖。
[0011]圖4是第一和第二 PV電池層的示意圖。
[0012]圖5是圖4中描繪的第一和第二 PV電池層的剖視圖。
[0013]圖6是第一和第二 PV電池層的示意圖，各自包含不同的旁路二極管。
[0014]圖7是包含各自偶聯(lián)至單獨的外電路耦合的第一和第二 PV電池層的制品的示意圖。
[0015]圖8是包含各自偶聯(lián)至外電路耦合的第一和第二 PV電池層的制品的示意圖。
[0016]圖9是以分解圖描繪的第一和第二 PV電池層的實施方式的示意圖。
[0017]圖10是以組合圖描繪的圖9實施方式的示意圖。

【具體實施方式】
[0018]參考圖1，示意性地描繪了以前已知的PV器件100。該例子中的PV器件100是建筑物一體化的電池，例如放置在屋頂板或其他建筑材料單元上。PV器件100包括襯底102、多個光伏(PV)電池106、以及與第一匯流條104a和第二匯流條104b的電連接108。PV器件100還包括與外電路的耦合112a、112b。PV器件100包括透明蓋110，例如玻璃蓋，其允許光到達(dá)PV電池106并對PV電池106提供保護(hù)。在圖1中可看出，匯流條104a、104b和PV電池106之間的間隔爭奪透明蓋110的框架內(nèi)的空間，而對于給定尺寸和位置的PV器件100和透明蓋110減少了入射到PV電池的光量。
[0019]圖2是包含PV器件的制品200的示意圖。制品200可以是與建筑材料單元例如屋頂板、墻板、設(shè)計成配合到多個建筑單元的位置中的結(jié)構(gòu)或設(shè)計用于建筑物一體化的其他產(chǎn)品一體化的PV器件。制品200包括包圍透明前板210的襯底202。透明前板210限定太陽能有效面積。透明前板210包含本領(lǐng)域已知的任何材料，包括至少玻璃和塑性材料。在本文中使用時，透明應(yīng)該以廣義理解。透明前板210對于PV電池層206、214的PV電池的適當(dāng)光頻率是透明的，所述適當(dāng)?shù)墓忸l率可以包括全部或部分的可見光譜，并且替代地或另外地包括高于或低于可見光頻率的光譜部分。還預(yù)期可以提供兩個或更多個板元件以一起配合形成透明前板210。透明前板210參與提供對所述PV器件的沖擊防護(hù)和環(huán)境防護(hù)。在某些另外的或可選的實施方式中，透明前板210可以提供一種或多種其它功能，例如包含提高的光捕獲特征例如抗反射涂層、透鏡結(jié)構(gòu)、和/或提供用于原本反射光的全內(nèi)反射(TIR)的構(gòu)造。
[0020]制品200還包括第一 PV電池層206。在圖2的例子中，為了避免圖示混亂，包含光伏活性(PV活性)材料的多個PV電池中的第一 PV電池被稱為206。在透明前板210之下的太陽能有效面積內(nèi)交替的第一 PV層206的各個成員同樣是第一 PV電池層206的電池之一。為了避免圖示混亂，多個PV電池214中的第二 PV電池稱為214。在透明前板210之下的太陽能有效面積內(nèi)交替的第二 PV電池層214的各個成員同樣是第二 PV電池層214的電池之一。所描繪的排列是說明性的而非限制性的。所描繪的電池以圖2的左-右方向劃分，但是可以另外地或替代地以上-下方向劃分，和/或可以具有改變的形狀和/或位置。在某些實施方式中，可以提供超過兩個PV電池層(未顯示)。雖然第一 PV電池層206和第二 PV電池層214示例為具有邊到邊對齊的電池，但在某些實施方式中可以存在層206、214的一些重疊。
[0021]第一 PV電池層206相對于第二 PV電池層214至少部分移位。至少部分移位在本說明書中表示，相對于所述太陽能有效面積的暴露正面區(qū)，第一 PV電池層206和第二 PV電池層214的覆蓋的超集(super-set)包括至少未被第一 PV電池層206覆蓋的一些區(qū)域和未被第二 PV電池層214覆蓋的一些區(qū)域。PV電池層206、214可以覆蓋互斥區(qū)域，或可以具有一些重疊區(qū)域。在提供超過兩個PV電池層的情況下，所述PV電池層中的任何兩個層是至少部分移位的。
[0022]制品200還包含與第一 PV電池層206電偶聯(lián)的第一匯流條204a和第二匯流條204b。制品200描繪了以并聯(lián)構(gòu)型與第一 PV電池層206電偶聯(lián)的匯流條204a、204b，其只作為示例說明。在某些實施方式中，由于第一 PV電池層206的總表面積小于單層器件中PV電池(例如在以前已知的PV器件100中的PV電池106)的總表面積，第一匯流條204a和第二匯流條204b小于平常的匯流條104a、104b，并且因此第一匯流條204a和第二匯流條204b可以調(diào)節(jié)尺寸以適應(yīng)較低的電流水平。在某些實施方式中，匯流條204a、204b可以布置在襯底202之下或者另外在透明前板210的外部。參考圖3，描繪了第三匯流條306a和第四匯流條306b。第三匯流條306a和第四匯流條306b與第二 PV電池層214電偶聯(lián)。與匯流條306a、306b的電連接對于知道本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是機(jī)械步驟，并且在圖3的繪圖中沒有顯示以提高清晰度。匯流條306a、306b可以與第二 PV電池層214以串聯(lián)、并聯(lián)、或并聯(lián)和串聯(lián)組合的構(gòu)型電連接。
[0023]在圖3的例子中，第一 PV電池層206在垂直方向上高于第二 PV電池層214。在本公開中使用時，在垂直方向上較高表明某一部件相對于另一個部件更靠近透明前板210。安裝好的制品200可以具有任何取向，例如在平緩的屋頂之間(其中制品200水平或幾乎水平地安裝)和墻壁安裝(其中制品200豎直安裝)。因此，在本文中使用時，在垂直方向上較高與制品200在安裝時和/或在使用期間的定向無關(guān)。第一 PV電池層206和第二 PV電池層214中垂直方向較高的層布置成光學(xué)遮蔽第一 PV電池層206和第二 PV電池層214中垂直方向較低的層的電連接組件。電連接組件包括與PV電池層有關(guān)的任何電連接器件，包括匯流條、導(dǎo)電元件和/或與任何外電路或外電路接入裝置的連接，并另外地或替代地包括其任何部分。在圖3的例子中，垂直方向上較低的第二 PV電池層214的匯流條306a和306b被垂直方向上較高的第一 PV電池層206遮蔽。
[0024]第一和第二 PV電池層206、214描繪為垂直偏移一個層的寬度。另外地或替代地，所述第一和第二PV電池層206、214可以在同一平面中、部分偏移但具有部分共同的豎向延伸部分，和/或偏移比單層寬度更大的量。第一和第二 PV電池層206、214除了其中有意的電連接(例如當(dāng)?shù)谝缓偷诙?PV電池層206、214與外電路串聯(lián)電偶聯(lián)時)之外保持電隔離。第一和第二PV電池層206、214之間的電隔離可以通過絕緣性封裝材料、介電材料的布置和/或通過本領(lǐng)域了解的任何其他隔離技術(shù)來維持。
[0025]制品200提供了暴露匯流條204a、204b的更小光學(xué)足跡(footprint),并且使得總匯流條面積的一部分被光學(xué)遮蔽，例如對于匯流條306a、306b。另外,單一層所存在的電池之間空隙面積在制品200中減少。因此，實現(xiàn)了在透明前板210內(nèi)限定的太陽能有效面積的較高利用率。在某些實施方式中，達(dá)到了超過太陽能有效面積的85%的利用率。在某些其他實施方式中，達(dá)到了低于85%的利用率。在某些實施方式中，可達(dá)到包括至少86%和至少99%之間(包含所述值在內(nèi))的全部值的較高利用率。據(jù)估計利用本文中描述的一個或多個特征，所述太陽能有效面積的利用率可接近100%利用率。在本公開中使用時，太陽能有效面積的利用率包括來自于在所述太陽能有效面積的暴露正面區(qū)內(nèi)直接暴露的第一 PV電池層206或第二 PV電池層214的任一種PV材料。直接暴露表明，除透明材料以外，以法線角進(jìn)入太陽能有效面積內(nèi)的透明前板210的光子首先遇到第一 PV電池層206或第二 PV電池層214任一者的PV材料。因此，在在透明前板210內(nèi)太陽能有效面積的暴露正面區(qū)的95%包括第一 PV電池層206或第二 PV電池層214作為首先遇到的不透明材料的情況下，所述太陽能有效面積的利用率是95%。
[0026]制品200描繪為疊層型建筑物一體化PV器件。顯示了后板304(其可以是本領(lǐng)域了解的任何材料)，并且是示例制品200中的支撐層。在某些實施方式中，后板304提供穿刺防護(hù)，例如針對屋頂表面上突出的釘子。顯示了封裝層302，在該實例中圍繞PV電池層206、214，并且連結(jié)透明前板210和襯底202以及作為下支撐層示出的后板304。示例的而非限制性的封裝材料包括聚烯烴、乙烯-乙酸乙酯和/或聚合物絕緣材料。示例制品200還包含在背板304和所述PV器件之間的阻隔層308。阻隔層308是任選的，并且可以提供對濕汽、環(huán)境侵入、電絕緣等的防護(hù)。本文中的PV器件包括至少第一和第二 PV電池層206、214。透明前板210和后板304是結(jié)構(gòu)上偶聯(lián)的，例如通過粘合劑將疊層保持在一起、通過封裝劑和/或通過在透明前板210的框架外部進(jìn)行的連接方法。后板304，在某些實施方式中，可以與襯底202或襯底202的一部分整合。后板304，在某些實施方式中，包括兩層或更多層的材料以提供制品200的期望性質(zhì)。
[0027]第一 PV電池層206和第二 PV電池層214可以由相同或不同的PV材料制成。示例的而非限制性的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)、無定形硅電池、晶體硅電池、薄膜II1-V族電池、薄膜I1-VI族電池、有機(jī)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。在某些實施方式中，PV電池層206、214之一提供為沉積在透明前板210內(nèi)側(cè)的PV材料。示例實施方式包括第一 PV電池層206是c-Si和第二 PV電池層214是CIGS。在某些實施方式中，第二 PV電池層214是沉積在玻璃、微玻璃(mic1glass)、不銹鋼、透明襯底、不透明襯底、有機(jī)襯底和/或無機(jī)襯底上的CIGS。
[0028]參考圖4，描繪了裝置400的一種替代實施方式，其包括具有第一 PV電池層406和第二 PV電池層414的PV器件。圖4中的描繪被簡化以提高清晰度。示出了太陽能有效面積410，并且第一 PV電池層406和第二 PV電池層414限定了在整個太陽能有效面積上的連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)。在圖4中可看到，存在作為第一 PV電池層406和第二 PV電池層414 二者之間的空隙的間隙416。因為電池層406、414的電池之間的覆蓋是由不同層的電池的覆蓋連接的，所以裝置400的光學(xué)覆蓋仍然是連續(xù)的。并非限制性的，在某些實施方式中，由部件例如電連接線、絕緣材料和/或用于防止分路電流或短路的電介質(zhì)、和/或劃痕、印記或者引起偶然和/或臨時空隙的透明前板210上的其他特征所造成的偶然空隙對于連續(xù)覆蓋的目的而言不是光學(xué)覆蓋中的間斷。在太陽能有效面積410的整個寬度或長度上延伸并且具有顯著廣度的空隙對于連續(xù)覆蓋的目的而言是光學(xué)覆蓋中的間斷，例如但不限于與PV電池層406、414之一的厚度一樣寬的間隙，和/或由部件例如電連接線、絕緣材料和/或電介質(zhì)引起但是具有比實現(xiàn)所述部件的目的所要求的更大范圍的空隙。在某些實施方式中，在太陽能有效面積的整個寬度或長度上延伸的任何覆蓋空隙對于連續(xù)覆蓋的目的而言是覆蓋中的空隙。
[0029]在圖4中可看到，第一 PV電池層406和第二 PV電池層414提供了在整個太陽能有效面積上的連續(xù)光學(xué)覆蓋。在整個太陽能有效面積上延伸的連續(xù)光學(xué)覆蓋包括但不限于，所述覆蓋的連續(xù)部分延伸所述太陽能有效面積的基本上整個長度和基本上整個寬度的覆蓋，所述連續(xù)部分延伸超過所述太陽能有效面積的長度和寬度二者的一半的覆蓋，所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的50%的覆蓋，所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的60 %的覆蓋，所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的70 %的覆蓋，所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的80%的覆蓋，所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的85%的覆蓋，所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的90%的覆蓋，和/或所述連續(xù)部分超過所述太陽能有效面積的95%的覆蓋。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本文中的公開內(nèi)容將認(rèn)識到，在整個太陽能有效面積上連續(xù)光學(xué)覆蓋的所有所描述的實施方式是利用本文中描述的所述第一和第二 PV電池層結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)的，并且每種實施方式根據(jù)給定裝置的應(yīng)用特定參數(shù)而有益于裝置的【具體實施方式】和/或與裝置的【具體實施方式】相關(guān)，所述應(yīng)用特定參數(shù)是變化的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮到具體的應(yīng)用一般可以容易地得到。并非限制，示例性應(yīng)用特定參數(shù)包括裝置的散熱環(huán)境、所述應(yīng)用的競爭產(chǎn)品的太陽能有效面積利用率和效率、所述裝置各種部件的材料成本和制造技術(shù)、對于PV電池層的PV材料的材料選擇及其成本和效率，以及所述裝置發(fā)電的相對效益包括節(jié)約的成本、從產(chǎn)生的能量獲得的直接財政效益和/或下游效率損失。
[0030]描繪了與第一 PV電池層406偶聯(lián)的第一匯流條404和與第二 PV電池層414偶聯(lián)的第二匯流條408。匯流條404、408的位置在太陽能有效面積410的較窄端是非限制性例子。包含第一和第二 PV電池層406、414的電路(例如串聯(lián)的、并聯(lián)或串聯(lián)-并聯(lián))的細(xì)節(jié)沒有描繪。在圖4的例子中，匯流條404、408描繪為疊放的，以減少太陽能有效面積410內(nèi)的光學(xué)足跡。
[0031]PV電池層406、414布置為各具有多個具有縱橫比的電池，其中第一 PV電池層406中電池的主軸以第一方向布置，而其中第二PV電池層414中電池的主軸以偏離第一方向的第二方向布置。在圖4的實施方式中，所述第一和第二方向彼此垂直。所述第一和第二方向之間的方向選擇可以是任何值，并且可以根據(jù)裝置400的幾何結(jié)構(gòu)、外電路耦合的位置、或任何其他標(biāo)準(zhǔn)確定。
[0032]參考圖5，裝置500以側(cè)截面描繪。裝置500與裝置400的實施方式一致，但是裝置400、500可以是獨立的實施方式。裝置500包括第一 PV電池層406，其布置在第二 PV電池層414垂直上方。第二 PV電池層414 (例如參考圖4)根據(jù)太陽能有效面積成型并且布置在第一 PV電池層406垂直下方。
[0033]第一和第二 PV電池層406、414是電隔離的，通過封裝劑502分隔，所述封裝劑至少在某些實施方式中是電絕緣的。另外地或替代地，所述第一和第二 PV電池層406、414用專門布置的絕緣材料和/或介電材料電隔離。在某些實施方式中，第一和第二 PV電池層406、414在所述太陽能有效面積的框架內(nèi)電隔離，但是可以以其它方式電連接，例如在外電路中、在布置在所述太陽能有效面積的框架外面的匯流條上或者以其它方式。裝置500還包括限定太陽能有效面積的透明前板506，和后板504。
[0034]參考圖6，示意圖600描繪了第一 PV電池層206和第二 PV電池層214。第一和第二 PV電池層206、214包括五個(5)串聯(lián)PV元件，其各自用于示例說明，但是在所述第一和第二 PV電池層206、214的各層內(nèi)的PV元件和一些PV元件的排列可以是并聯(lián)或混合串聯(lián)-并聯(lián)的。第一和第二 PV電池層206、214可以包括本文中描述的第一和第二 PV電池層的其他特征，例如以至少部分移位開始并在整個太陽能有效面積上限定連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)。為了圖600清晰的目的，這樣的特征被省略。第一 PV電池層206包括旁路二極管606，第二PV電池層214包括不同于所述第一 PV電池層的第二旁路二極管608。相對于常規(guī)的建筑物一體化PV器件，使用獨立的旁路二極管606、608為利用第一和第二 PV電池層206、214的裝置提供了不同的遮蔽響應(yīng)(shading response)。另外地或替代地,每個PV電池層206、214可以包括多個旁路二極管。利用獨立的旁路二極管是非限制性的例子。在某些實施方式中，旁路二極管可以被構(gòu)造成繞過PV電池層206、214的各層的一個或多個太陽能電池。圖600描繪了蓄電裝置610和/或負(fù)載，僅供說明性目的。
[0035]參考圖7，圖示700包括具有與外電路耦合702電偶聯(lián)的第一 PV電池層206的裝置706。裝置706還包括與第二外電路耦合704電偶聯(lián)的第二 PV電池層214。外電路耦合702、704可以是本領(lǐng)域已知的任何外電路耦合，包括但不限于屋頂板的電連接。獨立的外電路耦合702、704在包括裝置706的系統(tǒng)中提供了設(shè)計變化的自由度，例如提供了具有特定電特性的第一 PV電池層206和具有不同電特性的第二 PV電池層214。在外電路耦合702、704處提供的輸出可根據(jù)第一和第二 PV電池層206、214每個的表面積覆蓋和通過第一和第二PV電池層206、214每個的電構(gòu)型(例如串聯(lián)、并聯(lián)、混合串聯(lián)-并聯(lián))來改變。
[0036]參考圖8，圖示800包括裝置806，其具有與第一外電路耦合702電偶聯(lián)的第一 PV電池層206和第二 PV電池層214。圖示800的例子顯示了串聯(lián)連接的第一和第二 PV電池層206、214，然而所述連接可以是并聯(lián)或混合串聯(lián)-并聯(lián)的。
[0037]參考圖9，圖示900以分解視圖描繪了第一 PV電池層206和第二 PV電池層214的實施方式。顯示了在透明前板210內(nèi)的太陽能有效面積的輪廓供參考，但是透明前板210為了清晰起見被省略了。第二 PV電池層214包括根據(jù)減去第一 PV電池層206的容納空間的太陽能有效面積成型的框架。容納空間可包括形成為暴露第一 PV電池層206的太陽能電池的除去的材料，如圖示900中所示。另外地或替代地，所述容納空間可包括另外除去的材料以為第一 PV電池層206的物理元件例如匯流條提供空間。在某些實施方式中，所述容納空間包括提供第一 PV電池層206的太陽能電池的規(guī)定暴露量(例如在所述第二 PV電池層是垂直較高的層的情況下)的除去的材料。另外地或替代地，所述容納空間可以包括提供第二 PV電池層214的規(guī)定暴露量(例如在第二 PV電池層是垂直較低層的情況下)的除去的材料。術(shù)語“除去的材料”在本公開的意義上是形成有容納空間的框架構(gòu)造的幾何描述，并且包括形成有用例如第二 PV電池層214的模制框架最初生成的缺失部分的物品。
[0038]在某些實施方式中，第二 PV電池層214包括其上沉積了 PV材料的襯底框架，例如其上沉積了 CIGS材料的玻璃或不銹鋼襯底。第二 PV電池層214框架可以包括材料中的蝕亥IJ、沉積空隙，或其上用于電隔離所述“框架”的部分并從而產(chǎn)生多個太陽能電池的其他部件。另外地或替代地，第二 PV電池層214可以是單個電連續(xù)器件。
[0039]參考圖10，描繪了圖示900，第二 PV電池層214與第一 PV電池層206 —起布置，從而在整個太陽能有效面積上形成連續(xù)的光學(xué)覆蓋區(qū)。第一和第二 PV電池層206、214可以布置在同一平面中，使得第一 PV電池層206布置得垂直較高或使得第二 PV電池層214
布置得垂直較高。
[0040]隨后的示意性流程描述提供了進(jìn)行提供PV裝置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，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。某些所說明的操作可以通過計算機(jī)執(zhí)行在計算機(jī)可讀介質(zhì)上的計算機(jī)程序產(chǎn)品來實施，其中所述計算機(jī)程序產(chǎn)品包括引起所述計算機(jī)執(zhí)行一個或多個所述操作、或向其他裝置發(fā)布執(zhí)行一個或多個所述操作的命令的指令。
[0041]本文中描述的某些操作包括解讀一個或多個參數(shù)的操作。解讀，在本文中使用時，包括通過本領(lǐng)域已知的任何方法接收值，包括至少接收作為操作者輸入的值，接收來自數(shù)據(jù)鏈或網(wǎng)絡(luò)通訊的值，接收指示所述值的電子信號(例如電壓，頻率，電流，或PWM信號)，接收指示所述值的軟件參數(shù)，從計算機(jī)可讀介質(zhì)上的存儲位置讀取值，通過本領(lǐng)域已知的任何手段接收作為運行時間參數(shù)的值，和/或通過接收可通過其計算出所解讀參數(shù)的值，和/或通過參考被解讀為是所述參數(shù)值的缺省值。
[0042]示例程序包括形成光伏器件的操作。所述形成包括提供包含第一 PV活性材料的第一 PV電池層和包含第二 PV活性材料的第二 PV電池層。所述程序還包括將所述第二 PV電池層布置得相對于所述第一PV電池層至少部分移位的操作。所述程序還包括解讀外電路說明的操作。所述外電路說明是一種或多種外電路的電壓和/或電流要求的任何說明。所述外電路說明可以是定量值(例如6.0V DC輸出)、描述值(例如串聯(lián)構(gòu)型)和/或類別說明(例如“00038型構(gòu)型”)，其中所述類別說明包括預(yù)定值和/或可按運行時間確定的值,例如通過質(zhì)詢。
[0043]所述程序還包括響應(yīng)于所述外電路說明在選擇的電學(xué)構(gòu)型中電偶聯(lián)所述第一 PV電池層和第二 PV電池層的操作。在某些實施方式中，每個完整PV電池層和/或每個PV電池層內(nèi)單個太陽能電池的特性是已知的、建模的或確定的，并且與外電路說明和/或響應(yīng)于所述外電路說明確定的參數(shù)相比較。響應(yīng)于所述外電路說明提供所述第一PV電池層和/或所述第二PV電池層的電學(xué)構(gòu)型。示例的而非限制性的響應(yīng)包括提供第一和第二PV電池層，其具有:與所述外電路說明相配的電學(xué)構(gòu)型，提供與所述外電路說明最接近的可用匹配的電學(xué)構(gòu)型(其中所述最接近的可用匹配可以包括標(biāo)準(zhǔn)，例如不超過電壓值等等)和/或默認(rèn)電學(xué)構(gòu)型(例如在不能做出相關(guān)匹配的情況下)。
[0044]所述程序還包括提供透明前板和后板的操作，和在所述前板和后板之間布置所述PV器件的操作，使得所述前板限定太陽能有效面積并且所述第一和第二 PV電池層在整個太陽能有效面積上限定連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)。所述程序還包括將所述前板與所述后板結(jié)構(gòu)偶聯(lián)的操作。
[0045]在某些實施方式中，所述第一 PV電池層和第二 PV電池層電偶聯(lián)的操作包括將所述PV電池層串聯(lián)地與外電路耦合電偶聯(lián)。在某些實施方式中，所述第一 PV電池層和第二PV電池層電偶聯(lián)的操作包括將所述PV電池層并聯(lián)地與外電路耦合電偶聯(lián)。在某些實施方式中，所述第一 PV電池層和第二 PV電池層電偶聯(lián)的操作包括將所述第一 PV電池層與第一外電路耦合電偶聯(lián)和將所述第二 PV電池層與第二外電路耦合電偶聯(lián)。
[0046]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(rèn)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(rèn)為以類似方式在本公開中被明確說明。
[0047]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(xiàn)、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)量指示的物品或特征和/或單數(shù)物品或特征的公開設(shè)想為存在超過一個所述物品或特征，除非有明確的相反說明。
[0048]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(rèn)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，其包含: 限定太陽能有效面積的透明前板，所述前板與后板結(jié)構(gòu)上偶聯(lián)，所述前板和所述后板具有布置在其間的光伏(PV)器件，所述PV器件包含: 包含第一光伏活性材料的第一 PV電池層； 包含第二光伏活性材料的第二 PV電池層；并且 其中所述第一PV電池層和所述第二 PV電池層至少部分地移位并在整個所述太陽能有效面積上限定連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)。
2.權(quán)利要求1所述的制品，其中所述第一光伏活性材料和所述第二光伏活性材料包含不同的PV材料。
3.權(quán)利要求1和2任一項所述的制品，其中所述第一PV電池層和所述第二 PV電池層包含在所述太陽能有效面積的框架內(nèi)的電隔離層。
4.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其中所述連續(xù)光學(xué)覆蓋構(gòu)造為使得所述第一光伏活性材料和第二光伏活性材料的至少一種被直接暴露超過所述太陽能有效面積的暴露正面區(qū)的至少85%。
5.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其中所述第一PV電池層和所述第二 PV電池層各自包含不同的旁路二極管。
6.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其還包含外電路耦合，所述外電路耦合與所述第一PV電池層和第二PV電池層以選自串聯(lián)、并聯(lián)和串聯(lián)-并聯(lián)的電學(xué)構(gòu)造進(jìn)行電偶聯(lián)。
7.權(quán)利要求1至5任一項所述的制品，其還包含與所述第一PV電池層偶聯(lián)的第一外電路耦合和與所述第二PV電池層偶聯(lián)的第二外電路耦合。
8.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，所述第一PV電池層包含具有主軸以第一方向布置的縱橫比的多個第一電池，和所述第二 PV電池層包含具有主軸以第二方向布置的縱橫比的多個第二電池，其中所述第一方向偏離于所述第二方向。
9.權(quán)利要求8所述的制品，其中所述第一方向垂直于所述第二方向。
10.權(quán)利要求1至7任一項所述的制品，其中所述第二PV電池層包括框架，所述框架包含第二光伏活性材料，其根據(jù)減去所述第一 PV電池層的容納空間的太陽能有效面積成型。
11.權(quán)利要求10所述的制品，其中所述第一光伏活性材料包含晶體二氧化硅，并且其中所述第二光伏活性材料包含硒化銅銦鎵。
12.權(quán)利要求1至7任一項所述的制品，其中所述第二PV電池層包含形狀為所述太陽能有效面積的第二光伏活性材料，并且其中所述第二 PV電池層布置在所述第一 PV電池層垂直下方。
13.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其中所述第一PV電池層和第二PV電池層中垂直上方的層布置得光學(xué)遮蔽所述第一PV電池層和第二PV電池層中垂直下方的層的電連接組件。
14.前述權(quán)利要求任一項所述的制品，其中所述制品包含建筑物一體化建筑材料單元。
15.—種方法,其包括: 形成光伏器件，其中所述形成包括提供包含第一光伏活性材料的第一光伏(PV)電池層和包含第二光伏活性材料的第二 PV電池層，和將所述第二 PV電池層相對于所述第一 PV電池層至少部分地移位布置； 解讀外電路說明； 在按照所述外電路說明選擇的電學(xué)構(gòu)造中電偶聯(lián)所述第一 PV電池層和第二 PV電池層； 提供透明前板和后板； 在所述前板和后板之間布置所述光伏器件，使得所述前板限定太陽能有效面積以及所述第一 PV電池層和第二 PV電池層在整個所述太陽能有效面積上限定連續(xù)光學(xué)覆蓋區(qū)；和結(jié)構(gòu)偶聯(lián)所述前板與后板。
【文檔編號】H01L31/043GK104412390SQ201380028991
【公開日】2015年3月11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】劉華, 馮捷, L·C·洛佩斯, R·K·費斯特, K·L·考夫曼 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司