[發明專利]積體薄膜太陽能晶胞電池的互連

有效

• 申請號: 201380019972.9
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN104412357B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 斯科特·維德曼;埃里克·希恩;杰弗里·S·布里特
• 申請（專利權）人: 環球太陽能公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 張瑞,鄭霞

相關申請案的交互參照

本申請案根據2012年4月17日的美國臨時申請號61/625,553而主張優先權，其全文經結合以作為參考。本申請案亦以參照方式結合下列專利和申請案全文：美國專利號8,062,922、美國專利號7,194,197、美國專利號6,690,041、美國專利號6,372,538、美國專利號6,310,281以及美國專利申請公開號2012/0000502。

技術領域

本發明申請涉及積體薄膜太陽能晶胞電池的互連。

背景技術

光伏材料的領域通常相關于可直接將陽光轉換成直流電力的多層次材料。此轉換的基本機制系為光伏效應，由Antoine-César Becquerel首先于1839年發現，并由愛因斯坦在一篇1905研討會科學論文中正確說明，愛因斯坦并因此而獲得諾貝爾物理學獎。在美國，光伏裝置系被稱為太陽能晶胞電池或PV晶胞電池而為大眾所周知。太陽能晶胞電池通常系組構為p型半導體和n型半導體合成的夾板，其中該n型半導體基材(在該夾板的一個＂面＂上)陳列大量的電子，而該p型半導體基材(在該夾板的另一個＂面＂上)陳列大量的電洞，每一個電洞皆不具有電子。在兩種基材之間的p-n接合處附近，來自n型半導體層的價電子會移動至相鄰的p型半導體層，而在太陽能晶胞電池內部產生小型的電力不平衡。此結果會在形成電子p-n接合處的鍛鑄接合處附近形成電場。

當入射光子將晶胞電池中的電子推動至導電帶時，該經推動的電子會與該半導體的該原子分離，產生一對自由的電子/電洞組合。因為，如前所述，p-n接合處會在接合處附近產生電場，以此方式在接合處附近產生的電子/電洞組合，常常會分離并遠離該接合處，其中電子會朝n型的一側上的電極移動，而電洞會朝接合處的p型的一側上的電極移動。如此會造成晶胞電池中的整體電流不平衡，于是若于該晶胞電池的兩面之間提供一外部導電路徑，電子將可沿著該外部導電路徑從該n型側移動返回該p型側，而產生電流。在實際的實施中，可從n型側的表面或其附近而藉由覆蓋該表面一部分的一導電格狀圖案而收集電子，而同時仍允許入射光子有足夠的進入晶胞電池的通路。

這種光伏結構，當其包括了經適當定位的電接觸，且晶胞電池(或一序列的電池)中系結合于一封閉的電回路，會形成一可運作的PV裝置。作為獨立作業的裝置，一單獨的傳統太陽能電池不足以為大多數的應用供電。因此，太陽能電池常排列成PV模塊，或藉由連接一個晶胞電池的前側與另一個晶胞電池的背側而形成「串行」，從而一起增加電串行中的該些個別晶胞電池的電壓。標準的狀況下，一個串行中有大量的經連接的晶胞電池，來實現可用的電壓。經此而產生的直流電流則可通過一反相器而送出，該直流電在此變換為一適當頻率的交流電流，該交流電流系經選擇而符合一傳統電力網所提供的交流電流。在美國，此頻率為60Hz(赫茲)，而大部分其他國家提供50Hz或60Hz的交流電。

為商業用途而發展的一種特定類型的太陽能晶胞電池系為「薄膜」PV晶胞電池。和其他類型的PV晶胞電池例如硅晶型PV晶胞電池相較之下，薄膜PV晶胞電池需要較少的光吸收半導體材料來制成可用的晶胞電池，因此可以減少處理成本。薄膜型PV晶胞電池也藉由使用過去為電極層發展的沉積技術而減少成本，此技術系為廣泛地用于制膜(保護性薄膜、裝飾性薄膜以及功能性的包覆膜等)產業。低成本商業薄膜產品的常見范例包括：聚合物基礎的食物包裝上的防水包膜、建筑玻璃上的裝飾性包膜、住宅和商業玻璃上的低放射率熱能控制包膜，以及用于眼鏡的防刮和抗反射包膜。采用或修改該些其他領域的技術，使PV晶胞電池薄膜設置技術得以減少研發成本。

此外，薄膜晶胞電池亦展示了接近20％的效率，此結果堪與效率最好的硅晶晶胞電池匹敵，甚至超越其效率。尤其是，半導體材料硒化銅銦鎵(CIGS)系為穩定、低毒性的薄膜，在運作的PV晶胞電池中只占用少于兩微米的厚度。因此，時至今日硒化銅銦鎵已展現出高效能、低成本薄膜產品，以及進入大量發電市場的最大潛力。其他用于薄膜PV技術的各種半導體包括：銅銦硒(copper indium diselenide，CIS)、銅銦硫(copper indium disulfide，CuInS)、銅銦鋁(copper indium aluminum diselenide)，以及碲化鎘(cadmium telluride)。