用于具有多堆疊異質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)的混合光伏裝置的設(shè)備和方法
【專利摘要】一種光伏（PV）裝置具有位于襯底上的至少一個下層PV電池，該電池具有金屬背接觸部、I-III-VI吸收體、異質(zhì)結(jié)相伴層以及透明導(dǎo)體層。上層PV電池電串聯(lián)地粘附至下層PV電池以形成堆。上層PV電池具有III-V吸收體和結(jié)層，電池通過透明導(dǎo)電粘合劑或低溫焊錫粘附，該透明導(dǎo)電粘合劑具有導(dǎo)電性納米結(jié)構(gòu)的填充物。上層PV電池沒有襯底。一個實(shí)施方式具有圖案化導(dǎo)體的至少一個形狀，其接觸上層電池的頂部和下層電池的背接觸部以將它們串聯(lián)聯(lián)接起來。在一個實(shí)施方式中，圖案化導(dǎo)體的形狀使電流從下層電池的過量面積流向上層電池，在可替代性實(shí)施方式中，圖案化導(dǎo)體的形狀聯(lián)接不處于串聯(lián)的上層電池之下的I-III-VI電池，串聯(lián)的電池與至少一個堆并聯(lián)。在一個實(shí)施方式，黏合劑為包括導(dǎo)電性納米結(jié)構(gòu)的聚合粘合劑。在一個實(shí)施方式中，III-V吸收體生長在單晶襯底上。描述了用于形成該裝置的方法。
【專利說明】用于具有多堆疊異質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)的混合光伏裝置的設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求于2010年12月13日提交的第12/967，005號美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本裝置涉及混合堆疊結(jié)光伏裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]光伏結(jié)依賴于光子能量。通常，僅當(dāng)?shù)竭_(dá)光子至少具有特殊的最小能量時，光子才被吸收以及電子-空穴對形成，其中該最小能量大體上對應(yīng)于光伏裝置的光子-吸收層的能量帶隙。
[0005]光子吸收層的能隙還與結(jié)的最大生成電壓輸出有關(guān)，帶隙越大，輸出電壓就越大并且從每個捕獲光子吸收的能量就越大。
[0006]具有比用于形成電子-空穴的最小能量更大的能量的光子往往與單電子-空穴對在吸收體產(chǎn)生熱能，處于典型的光能時，其不形成額外的電子-空穴對，也不提高電壓輸出。
[0007]因此光伏結(jié)傾向于作為光學(xué)低通濾波器，其對具有比與吸收層相關(guān)聯(lián)的最小能量更小的能量的光子是透明的；在典型的單結(jié)裝置中，這些光子攜帶的任何能量都被浪費(fèi)。
[0008]堆疊結(jié)光伏裝置可利用低帶隙吸收體層吸收更低能的光子，并利用高的帶隙材料捕獲更多在高能光子中可得到的能量。這樣，堆疊結(jié)裝置理論上可比單結(jié)裝置捕獲在太陽光中可得到的更大比例的能量。
[0009]雖然堆疊結(jié)光伏裝置在本領(lǐng)域中是已知的，但是現(xiàn)有裝置制造昂貴并且通常不整體地集成到多堆模塊式陣列中。已經(jīng)通過上層光伏電池附接在下層電池之上制出了堆疊結(jié)裝置，其中，上層光伏電池具有自身的獨(dú)立金屬互連和襯底(上層光伏電池制造在該襯底上)，并且下層電池也具有自己的互連和襯底，黏合劑或粘合劑可用于使上層電池保持至下層電池。還通過將額外的薄膜半導(dǎo)體層沉積在下層光伏電池上以形成覆蓋下層光伏電池的上層光伏電池來制成堆疊結(jié)裝置，這種裝置在上層電池與下層電池之間沒有黏合劑或粘合劑。
[0010]光伏裝置(如一些基于1-1I1-VI半導(dǎo)體的裝置，包括一些CIGS (銅-銦-鎵-硒化物)電池)已成功地制造在柔性金屬或聚合物襯底而不是常規(guī)的剛性襯底上。這種電池與常規(guī)剛性的襯底(如硅或鍺晶元或玻璃)上的電池相比在重量方面具有優(yōu)勢，并可更好地抵抗來自一些危險的損壞。
[0011]Niles, IL的Microlink Devices已研發(fā)出在外延分離晶片上的基于鎵-砷化物(GaAs)的光伏裝置；參看在4〃外延剝離(ELO)晶片上的輕質(zhì)低成本GaAs太陽能電池，R.Tatavarti等人,第33次IEEE光電專家會議,2009 (Tatavarti )?通過將基于II1-V半導(dǎo)體的光伏電池的薄膜沉積在鋁砷化鎵(AlGaAs)釋放層上制造這種裝置，其中該鋁砷化鎵(AlGaAs)釋放層處于剛性的可再次使用襯底上。然后AlGaAs層被刻蝕掉以使電池從襯底釋放。盡管卷繞在35_芯桿周圍，所生成的柔性電池被報告為良好地起作用。
[0012]薄柔性光伏裝置可粘附至剛性或柔性襯底以使用在標(biāo)準(zhǔn)屋頂應(yīng)用中。然而，這種柔性裝置還可粘附至柔性襯底并利用柔性材料封裝，該柔性材料不但比能夠使用在固定應(yīng)用或屋頂應(yīng)用中的大多數(shù)剛性光電組件重量更輕，而且還可折疊或卷繞用于攜帶。便攜式光伏裝置的市場存在于探險級別的徒步旅行者、露營者、露營車用戶以及軍隊(duì)之間。這種裝置可由軍事組織使用，以用于在現(xiàn)場給使用在被照明的瞄準(zhǔn)器、無線電、計(jì)算機(jī)、以及電子地圖裝置、導(dǎo)航設(shè)備、傳感器、燈、以及其他裝置中的電池充電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]光伏(PV)裝置至少具有一個位于襯底上的下層PV電池，該電池具有金屬背接觸、1-1I1-VI吸收體、異質(zhì)結(jié)相伴層以及透明導(dǎo)體層。上層PV電池粘附至下層PV電池，從而電氣地串聯(lián)以形成堆。上層PV電池具有II1-V吸收體和結(jié)層，電池通過透明導(dǎo)電粘合劑或低溫焊錫粘附，該透明導(dǎo)電粘合劑具有導(dǎo)電性納米結(jié)構(gòu)的填充物。上層PV電池沒有襯底。在一個實(shí)施方式中，至少具有圖案化導(dǎo)體的一個形狀，其接觸上層電池的頂部和下層電池的背接觸部以將它們串聯(lián)耦合起來。在一個實(shí)施方式中，圖案化導(dǎo)體圖案形狀使電流從下層電池的過量面積流向上層電池，在可替代性實(shí)施方式中，圖案化導(dǎo)體的形狀耦合不處于串聯(lián)的上層電池之下的1-1I1-VI電池，串聯(lián)的電池與至少一個堆并聯(lián)。在一個實(shí)施方式，黏合劑為包括導(dǎo)電性納米結(jié)構(gòu)的聚合粘合劑。在一個實(shí)施方式中，II1-V吸收體生長在單晶襯底上。描述了用于形成該裝置的方法。在一個實(shí)施方式中，上層PV電池為柔性薄膜單晶的電池，其從制造襯底“剝離(lifted off)”。在一個實(shí)施方式中，下層PV電池形成在柔性襯底上。
[0014]在一個實(shí)施方式中，具有圖案化導(dǎo)電材料層(如薄膜金屬或?qū)щ娦阅?的形狀，上層電池和下層電池接觸以將上層電池與下層電池串聯(lián)聯(lián)接起來。
[0015]描述了一種用于形成該裝置的方法，其中至少一部分II1-V上層電池制造在晶態(tài)襯底上，然后在粘合至單獨(dú)制造的1-1I1-VI下層電池之前，上層電池從襯底剝離。在剝離之后，附加層添加至上層電池，并在附接至下層電池之后增加附加薄膜層以通過使多個堆串聯(lián)電耦合而使該裝置集成，其中每個堆至少具有一個II1-V電池和一個1-1I1-VI電池。在多個實(shí)施方式中，進(jìn)行劃線以準(zhǔn)許附加層分離電池并實(shí)現(xiàn)串聯(lián)聯(lián)接電池所需要的電接觸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是串聯(lián)多結(jié)裝置的豎直放大的剖視圖，該串聯(lián)多結(jié)裝置具有位于1-1I1-VI電池之上的II1-V電池，該圖示出了互連層；
[0017]圖2是用于制造圖1的串聯(lián)多結(jié)裝置的過程的流程圖；
[0018]圖2A是用于形成1-1I1-VI下層電池的過程的流程圖；
[0019]圖2B是用于形成II1-V上層電池的過程的流程圖；
[0020]圖2C是用于形成II1-V上層電池的可替代性過程的流程圖；[0021]圖3是模塊的俯視平面圖，示出了 II1-V電池處于1-1I1-VI電池上以及如圖1所示的上圖案化金屬互連；
[0022]圖3A是圖3的模塊的示意圖；
[0023]圖3B是使用圖1的裝置的可替代性模塊的示意圖；
[0024]圖4是圖3的模塊的一部分的詳細(xì)示圖；
[0025]圖5是可替代性串聯(lián)多結(jié)裝置的豎直放大的剖視圖，該裝置具有位于1-1I1-VI結(jié)之上的II1-V結(jié)，該圖示出了互連層。
[0026]圖6是可替代性串聯(lián)多結(jié)光伏裝置的豎直放大的剖視圖，該光伏裝置具有位于1-1I1-VI結(jié)之上的II1-V結(jié)，該圖示出了互連層；
[0027]圖7是可替代性串聯(lián)多結(jié)裝置的豎直放大的剖視圖，該裝置具有三個圖案化導(dǎo)電層；
[0028]圖8是使用圖6的裝置的模塊的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]某些II1-V光伏裝置(如由GaAs、AlGaAs、GaAsP或InGaP制成的光伏裝置)具有帶隙，使得用于光子吸收的最小能量明顯大于在某些1-1I1-VI材料(如CIGS和相似材料)中用于光子吸收的最小能量。因此，假定在界面層和導(dǎo)體層中沒有損失，由這些材料制成并具有位于1-1I1-VI結(jié)之上的II1-V結(jié)的串聯(lián)多結(jié)光伏裝置將在II1-V結(jié)中吸收高能光子和在1-1I1-VI下層結(jié)中吸收穿過II1-V層的某些較低能量的光子。
[0030]處理CIGS (銅-銦-鎵-聯(lián)硒化物)和相關(guān)1-1I1-VI半導(dǎo)體(如CIS (銅-銦-硒化物)、AIGS (銀-銦-鎵-硒化物))經(jīng)常需要一個或多個高溫處理步驟以形成1-1I1-VI半導(dǎo)體合金和使1-1I1-VI半導(dǎo)體合金退火，并且高溫處理步驟是在包括大量硒蒸汽的氣體中執(zhí)行的。類似地，GaAs及相關(guān)化合物如鋁-砷化鎵(AlGaAs)和銦砷化鎵-磷化物(InGaAsP)還需要高溫處理步驟來退火、摻雜及形成II1-V半導(dǎo)體合金，并且這些步驟通常是在包括大量砷蒸汽(或砷化合物，如砷化三氫)的氣體中執(zhí)行的。通常提供這些氣體以防止相對易揮發(fā)元素(如硒、硫以及砷)的蒸發(fā)，并避免損耗半導(dǎo)體中的這些元素。但是，這些高溫處理步驟可能與串聯(lián)多結(jié)裝置中的其他材料不相容一如果GaAs裝置在CIGS裝置之上形成和退火，砷可能污染或摻雜至下方的CIGS裝置，并且如果CIGS裝置在GaAs裝置之上形成和退火，硒可能污染或摻雜至下方的GaAs裝置。除了污染問題，可期望的是在具有相似原子間距的晶種(seed crystal)上生長GaAs和相關(guān)II1-V層，這是因?yàn)檫@種層在多晶或非晶層上提供改進(jìn)的性能。此外，1-1I1-VI多晶裝置通常沒有被設(shè)計(jì)成承受基于II1-V的晶態(tài)上層電池沉積的高處理溫度。
[0031]但是，CIGS和GaAs裝置在較低溫處理?xiàng)l件(如蒸發(fā)金屬涂覆)下是穩(wěn)定的。
[0032]參照圖1和圖2，輕質(zhì)柔性的多結(jié)光伏裝置100 (圖1)這樣形成:通過單獨(dú)地制造(202)下層柔性1-1I1-VI光伏結(jié)和模塊，以及制造(204)上層II1-V光伏結(jié)，將這兩個結(jié)與位于柔性襯底102上的1-1I1-VI光伏結(jié)106之上的II1-V結(jié)104粘合(206)在一起，然后通過(208)將被堆疊裝置與附加層互連來形成多個被堆疊結(jié)裝置。
[0033]參照圖1和圖2A，通過將金屬的背接觸層110沉積(205)在柔性聚酰亞胺襯底102上來制造(202)光伏裝置100的下層結(jié)或下層電池。在【具體實(shí)施方式】中，金屬的背接觸層110主要包括鑰。在背接觸層110之上可應(yīng)用(252)可選的中間層(圖1中未示出)。通過在升高的溫度處沉積和反應(yīng)所應(yīng)用的元素來形成1-1I1-VI吸收體，1-1I1-VI吸收體層112(如CIGS層，或具有CIT、CIGS和AIGS的子層的吸收體)形成(254)在背接觸層110或可選的中間層上。沉積(256)異質(zhì)結(jié)相伴層114或發(fā)射層(如硫化鎘(CdS)層)以形成結(jié)來收集形成在吸收體層112中的載流子，并應(yīng)用(258)透明導(dǎo)體層116 (如銦錫氧化物(ITO)層)以便于收集光電流。在某些實(shí)施方式中，第二異質(zhì)結(jié)相伴層或緩沖層可應(yīng)用在第一異質(zhì)結(jié)相伴層114與透明導(dǎo)體層116之間。襯底102以及層110、112、114、116形成下層結(jié)106，并且在具體的實(shí)施方式中由與之前在本 申請人:的待決且擁有的第12/899,446號美國申請中所公開處理步驟相似的處理步驟形成，該申請的內(nèi)容通過引用并入本文。
[0034]在可替代實(shí)施方式中，1-1I1-VI吸收體層為多晶合金，其具有選自銅、銀和金的一種或多種IB族元素；選自鎵、銦和鋁的一種或多種IIIa族元素；以及選自氧、硫、硒和碲的一種或多種VIa族元素。本文中論述的特別有利的實(shí)施方式包括選自銅和銀的一種或多種IB族元素；選自鎵、銦和鋁的一種或多種IIIa族元素；以及選自硒和碲的一種或多種VIa元素；1-1I1-VI吸收體層的示例包括CIGS、AIGS、ACIGS (銀-銅-銦-鎵-硒化物)、CIS (銅-銦-硒化物)、CIT (銅-銦-碲化物)、CIGT (銅-銦-鎵-碲化物)、CIGAT(銅-銦-鎵-鋁-碲化物)以及CIGAS (銅-銦-鎵-鋁-硒化物)。在具有這些材料的一些【具體實(shí)施方式】中，氧還可以存在于一定百分比的格點(diǎn)中，其中在該格點(diǎn)中期望有硒和碲。
[0035]在特定實(shí)施方式中，1-1I1-VI吸收體層選自低帶隙合金(如可能的CIGT、CIT或CIS)。在可替代實(shí)施方式中，吸收體層為漸變的(graded)吸收體層，其具有從在其底部主要地為銅漸變成在其頂部附近主要為銀的I元素組合物、和/或在其底部附近主要為碲漸變成在其頂部附近主要為硒的VI元素組合物。
[0036]光伏裝置100的上部部分包括與下部部分的層單獨(dú)形成的層，在【具體實(shí)施方式】中，這些層通過與由Tatavarti公開的過程類似的逆生長過程而形成。
[0037]參照圖1和圖2B，AlGaAs犧牲釋放層(因?yàn)樵诮M裝前被移除所以圖1中未示出)在可再次使用的剛性GaAs或鍺(Ge)襯底(因?yàn)樵诮M裝前被移除所以圖1中未示出)上外延生長(270)成單晶并且通過該襯底來結(jié)晶。N型單晶半導(dǎo)體結(jié)層122生長(272)在AlGaAs層上并通過該AlGaAs層進(jìn)行結(jié)晶。II1-V半導(dǎo)體的單晶吸收體層124外延生長(274)在結(jié)層122之上并通過該結(jié)層進(jìn)行結(jié)晶。
[0038]在堆疊的多結(jié)光伏裝置中，上吸收體在下吸收體層所處位置處遮蓋下吸收體層；具體地上吸收體作為低通濾波器，吸收比穿透到下吸收體的光波長更短的光。由上吸收體形成的低通濾波器的有效截止波長是上吸收體帶隙的函數(shù)。在白光下，相比于穿過具有更小帶隙的吸收體，更大比例的光子穿過具有大帶隙的上吸收體層。每個吸收體層中所產(chǎn)生的光電流大致上與在該層中被吸收的光子成比例。如果上層結(jié)與下層結(jié)串聯(lián)地電耦合以形成兩結(jié)兩端式裝置，期望的是上吸收體中誘生的光電流與下吸收體中誘生的光電流近似相同以優(yōu)化輸出。多結(jié)光伏裝置的設(shè)計(jì)可通過選擇上吸收體的帶隙(因此選擇截止波長)來稍微調(diào)節(jié)，使得在典型的照明下，上層結(jié)與下層結(jié)的光電流相匹配。例如，AlGaAs往往具有比GaAs更高的帶隙。
[0039]在【具體實(shí)施方式】中，II1-V半導(dǎo)體為來自InGaAsP材料系統(tǒng)的單結(jié)裝置，其具有設(shè)計(jì)為與從1-1I1-VI下層電池產(chǎn)生的總電流相配的帶隙。在該實(shí)施方式中，1-1I1-VI下層電池包括位于基于II1-V的上層電池之下和不位于基于II1-V的上層電池之下的區(qū)域。在示出該概念的使用的實(shí)施方式中，沒有被覆蓋的下層電池區(qū)域使得較低帶隙的II1-V上層電池(如具有GaAs吸收體的電池)使用在兩端的、電流相配的配置中。在另一實(shí)施方式中，上II1-V半導(dǎo)體為具有來自InGaAsP材料系統(tǒng)的兩個結(jié)的雙結(jié)裝置；在【具體實(shí)施方式】中，上II1-V裝置為雙結(jié)裝置，其具有位于GaAs中等帶隙電池之上的InGaP上層電池；如本文中所述，該雙結(jié)裝置放置在1-1I1-VI下層電池之上。
[0040]界面層(未示出)和透明導(dǎo)體層126 (如ITO層)沉積(276)在吸收體層之上。參照圖1和圖2，可選的犧牲下操作層(因?yàn)樵诮M裝之間被移除所以圖1中未示出)可應(yīng)用(210)在導(dǎo)體層126之上。操作層通常為金屬或聚合材料層，這些材料在另外的處理和/或組裝步驟期間被添加到被完全或部分制造的電池中以使電池機(jī)械地加厚和加強(qiáng)；在裝置組裝和/或處理的之后階段，操作層可被移除。操作層可作為粘性帶、或壓滾、噴涂、刷到裝置上的溶解的樹脂或漆，并允許在裝置上變硬。
[0041]在各種實(shí)施方式中，除本文中參考1-1I1-VI下層電池和II1-V上層電池示出和描述的之外，還可包括附加層或子層(如發(fā)射層和緩沖層)。此外，單獨(dú)的層(如1-1I1-VI吸收體層)可沉積或生長成一系列子層以制造具有漸變組合物的層，該漸變組合物提供改進(jìn)的性能。在【具體實(shí)施方式】中，例如，1-1I1-VI吸收體層可沉積為一系列子層，使得最終吸收體層具有I族成分，其在下表面處主要為銅逐漸變?yōu)樵谄渖媳砻嫣幹饕獮殂y。類似地，II1-V上層電池結(jié)和吸收體層可應(yīng)用為一系列輕度摻雜材料和重度摻雜材料，以在這些層內(nèi)制造N和N+和/或P和P+子層，從而增強(qiáng)光伏結(jié)性能和改進(jìn)與導(dǎo)體層的歐姆接觸。
[0042]在可替代性實(shí)施方式中，II1-V吸收體層為晶態(tài)合金，其具有選自鎵、銦和鋁的一種或多種IIIa族元素；選自氮、磷、砷、銻和鉍的一種或多種Va族元素。本文中論述的特別有利的實(shí)施方式包括選自鎵、銦和鋁的一種或多種IIIa族元素；以及選自磷和砷的一種或多種Va族元素；II1-V吸收體層的示例包括GaAs、GaInP和AllnP。在這些材料的一些【具體實(shí)施方式】中，氮還可以一定比例存在于砷或磷被期望的格點(diǎn)中。在可替代性實(shí)施方式中，II1-V吸收體層包括大量的氮，并且可以是氮化鎵或氮化銦。
[0043]然后AlGaAs犧牲釋放層通過刻蝕而被溶解(212)以從襯底釋放上層電池104，然后上層電池從襯底剝離(214)。透明的上導(dǎo)體層120然后被應(yīng)用(216)在上層電池104的頂部，處于結(jié)層122之上，結(jié)層122先前與釋放層鄰近。然后條紋化(218)任何下操作層。因此上層電池沒有單獨(dú)的襯底，并且附接至上層電池的任何操作層不是襯底，因?yàn)樵谖阵w層和上層電池結(jié)的形成過程中其不存在。
[0044]在可替代性實(shí)施方式中，如圖2C所示，上層電池以從下到上的方式而不是相反地以參照圖2B描述的從上到下的方式制備。在該實(shí)施方式中，單晶AlGaAs犧牲釋放層外延生長(270)在單晶襯底上。在該層生長后，吸收體層124生長(280)在釋放層上。然后，單晶II1-V結(jié)層122生長(282)在吸收體層124上以形成光電二極管。然后，透明上導(dǎo)體層120(可以為ΙΤ0)和任何必要的界面層或阻隔層(未示出)沉積在結(jié)層上。然后上操作層(因?yàn)橥瓿汕耙岩瞥晕词境?應(yīng)用到電池上來加強(qiáng)電池以允許操作。在該實(shí)施方式中，沒有使用下操作層。然后移除釋放層，并且電池與可再次使用的單晶襯底剝離。然后增加(289)上層電池下接觸層126并處理繼續(xù)圖2的步驟(206)，即將上層電池粘合至下層電池。在一個實(shí)施方式中，在將上層電池粘合到下層電池之前，可以增加額外的圖案化金屬層406 (圖7)。
[0045]然后上層電池104利用透明導(dǎo)電聚合粘合劑128 (黏合劑)層粘合(206)至下層電池106。在一個實(shí)施方式中，粘合劑128為透明硅樹脂，其具有導(dǎo)電性納米結(jié)構(gòu)的填充劑。在【具體實(shí)施方式】中，納米結(jié)構(gòu)為銀納米線。在可替代性實(shí)施方式中，納米結(jié)構(gòu)為碳納米管。在另一實(shí)施方式中，納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選適于增強(qiáng)垂直電導(dǎo)和使側(cè)向或面內(nèi)光學(xué)吸收或反射橫截面最小化，以避免穿過上層電池104到達(dá)下層電池106的長波長、低能量的光的過度陰影。在納米結(jié)構(gòu)的納米線的情況下，長度可顯著大于寬度，具有10以上的長度-比-寬度的長寬比。
[0046]粘合劑128提供了用于電流從位于上層電池106頂部的透明導(dǎo)體層116到透明導(dǎo)體層126的路徑，其中透明導(dǎo)體層126形成與II1-V吸收體層124的背側(cè)接觸。在可替代性實(shí)施方式(未示出)中，圖案化導(dǎo)電金屬圖案的第一網(wǎng)格被應(yīng)用至上層電池的底部，第二網(wǎng)格被應(yīng)用至下層電池的頂部(232)，第一網(wǎng)格和第二網(wǎng)格可具有相同的圖案以使陰影最小化，并且這些網(wǎng)格在一個邊緣處通過薄箔彼此連接，該薄箔粘合至每個網(wǎng)格的母線(busbar)以在上層電池與下層電池之間形成可閉合的鉸接(hinge)。然后不導(dǎo)電的粘合層應(yīng)用到下層電池的上表面上，并且上層電池被折在下層電池上。在該可替代性實(shí)施方式中，粘合劑不需要是導(dǎo)電的，并且網(wǎng)格圖案還可與位于上層電池頂部上的上網(wǎng)格相配(310)以進(jìn)一步最小化陰影。在該可替代性實(shí)施方式中，利用激光劃線(220)、圖案化絕緣體層130的應(yīng)用以及用于互連電池排的上導(dǎo)電層138的應(yīng)用，來繼續(xù)進(jìn)行處理。[0047]然后，執(zhí)行(220)第一分離激光劃線以分離電池排(如分離第一電池排134與第二電池排136)，并增加透明圖案化絕緣體層130以通過互連導(dǎo)體層138來防止上層電池的短路；該分離激光劃線132切透裝置除襯底之外的所有層，包括切透背接觸層110。靠近或鄰近于分離激光劃線來執(zhí)行(222)第二接觸激光劃線，然而該激光劃線僅切透位于下層電池106的鑰背接觸層110之上的層。
[0048]絕緣體層130被圖案化以提供通過互連層130防止電池短路的絕緣體材料的形狀345，形狀345 (圖4A)可覆蓋部分上層電池邊緣、下層電池邊緣、以及下層電池的上導(dǎo)體層118，其處于圖案化的導(dǎo)體層138的形狀之下，在該處接觸是不期望的。絕緣體層130的形狀可通過絕緣墨水的絲網(wǎng)印刷、化學(xué)氣相淀積然后是掩模和刻蝕、墨噴式印刷、或通過光伏電池和集成電路領(lǐng)域中公知的另一合適的應(yīng)用方法來應(yīng)用。在圖案化導(dǎo)體層138的形狀與位于下方的導(dǎo)體層(如上層電池透明導(dǎo)體120層、下層電池的背接觸110層、或下層電池的上透明導(dǎo)體層116)的接觸是期望的位置處，絕緣體層130被圖案化以不存在。
[0049]在一些實(shí)施方式中，圖案化導(dǎo)體層138的形狀可通過化學(xué)氣相淀積或適當(dāng)金屬的蒸發(fā)來應(yīng)用作薄膜；然后，不期望的部分可通過光刻或刻蝕移除以留下期望的形狀，如裝置上的形狀310、346。在可替代性實(shí)施方式中，圖案化導(dǎo)體層138的形狀310、346通過絲網(wǎng)印刷或高度導(dǎo)電墨水(如粘合劑中具有高含量銀的墨水)的墨噴式印刷來施加。
[0050]如上所述，1-1I1-VI電池形成為連續(xù)結(jié)構(gòu)，該連續(xù)結(jié)構(gòu)然后通過劃線被分成各個電池，該各個電池為每個電池排的電池-如下層1-1I1-VI電池302、304。類似地，電池層在接觸區(qū)域中被選擇性地除去以暴露背接觸層110，從而允許圖案化導(dǎo)電層的形狀到達(dá)并接觸背接觸層。在可替代性實(shí)施方式中，下層1-1I1-VI電池的分割和背接觸層110的暴露是利用激光劃線之外的其他技術(shù)執(zhí)行的。在一些實(shí)施方式中，這些其他技術(shù)選自集成電路和光伏裝置制造領(lǐng)域中公知的其他圖案化技術(shù)，如光刻和刻蝕；這種分割通常是在不切或割下方柔性襯底102的情況下執(zhí)行的。
[0051]然后應(yīng)用(224)和圖案化導(dǎo)電頂層138，使得圖案化的導(dǎo)體層138僅覆蓋混合裝置100的總表面面積的小部分，并且用來收集來自第一電池排134的上層電池104的電流并將電流提供給第二電池排136的下層電池106的背接觸層110。因此圖案化導(dǎo)體層138用來將第二電池排的電池與第一電池排的電池串聯(lián)地電聯(lián)接。
[0052]然后，將透明保護(hù)層(如硅聚合物層，為簡明起見圖1中未示出)應(yīng)用(226)在整個裝置上以保護(hù)裝置，包括保護(hù)圖案化導(dǎo)電層138的形狀。
[0053]在另一可替代性實(shí)施方式中，在將下層電池制造202在透明導(dǎo)體116上之后，電流擴(kuò)散導(dǎo)電層被應(yīng)用(232)和圖案化。該電流擴(kuò)散導(dǎo)電層用來減少從下層電池收集電流的透明導(dǎo)體層116的有效電阻；該層優(yōu)選被圖案化為網(wǎng)格，該網(wǎng)格僅覆蓋一部分下層電池、與圖案相配、并且與位于上層電池之上的網(wǎng)格對準(zhǔn)。
[0054]在又一可替代性實(shí)施方式中，在應(yīng)用(216)上接觸透明導(dǎo)體層120之后，第二上操作層被增加234到上層電池上。如果被使用，在上層電池粘合至下層電池之后，該上操作層被條紋化236。
[0055]圖2的過程用來制造具有多排的混合光電模塊300 (圖3，圖4是圖3的一部分的詳細(xì)示圖，圖3A是具有4排的模塊的一部分的電學(xué)示意圖)。每排具有大的下1-1I1-VI光伏電池302、304，其與一組并聯(lián)連接的上層II1-V電池306串聯(lián)地電耦合。圖3的實(shí)施方式使用來自圓形替代晶元的半圓形電池306，以避免浪費(fèi)這種較昂貴的材料；半圓形II1-V電池不能覆蓋相對于II1-V電池具有“過量面積”的模塊的顯著可用1-1I1-VI電池面積。利用形成在圖案化的導(dǎo)體層138中的正電接頭307和負(fù)電接頭308，電池排被串聯(lián)地電耦合起來。正電接頭307和負(fù)電接頭308通常粘合至能夠用于將模塊300連接至負(fù)載的線。
[0056]圖3和圖3A的模塊將利用一個圖案化導(dǎo)電層138進(jìn)行說明。該導(dǎo)體層為用來從每排的上層II1-V電池收集電流的網(wǎng)格310。在一個實(shí)施方式中，網(wǎng)格310覆蓋每個電池306的百分之五或更少。網(wǎng)格310延伸至劃線接頭312，在劃線接頭312處網(wǎng)格310接觸下金屬層110以將II1-V電池306的排302的上層連接至相鄰1-1I1-VI電池排304的下層。由薄粘合劑層和薄的無襯底的被剝離II1-V上層電池裝置堆104所允許的薄臺階高度，來使得沉積的圖案化導(dǎo)電層形狀138的一部分的電氣連續(xù)性，其中該形狀138在由上層電池的厚度形成的臺階之上將上網(wǎng)格310連接至下接觸層110。圖1是沿圖4的線A-A的圖4的一部分的放大剖視圖。圖案化導(dǎo)電層還形成有助于從上部收集電流的擴(kuò)散網(wǎng)格形狀314，或不由II1-V上層電池覆蓋的每個下層1-1I1-VI電池的“多余面積”，并且以最小電阻將該電流傳導(dǎo)至位于上層II1-V電池306下方的一部分透明導(dǎo)電層116。這樣允許處于整個1-1I1-VI電池上表面之上的近似恒壓的層116、314，并且在沒有II1-V電池覆蓋的下層電池(1-1I1-VI裝置)區(qū)域向下層電池提供額外的電流以允許與II1-V上層電池相配的更好的電流。模塊輸出308處的輸出電壓來源于串聯(lián)的四個堆或排，其中每個堆(排)具有與兩個并聯(lián)II1-V電池306串聯(lián)的一個1-1I1-VI電池。該過程可用于制造這樣的模塊，該模塊具有處于堆(排)中的多個并聯(lián)的πι-v電池和串聯(lián)聯(lián)接的任何數(shù)目的堆(排)。
[0057]眾所周知，為了堆疊的異質(zhì)光伏裝置的最高效率，如圖3和圖3A所示，其中堆中每個電池的電流通過串聯(lián)連接而被迫相等，由下層1-1I1-VI電池制造的處于最高功率的光電流應(yīng)與由每個堆中上層II1-V電池制造的處于最高功率的光電流近似相等，并且串聯(lián)連接的每個堆(排)的光電流還必須相配。在一個實(shí)施方式中，處于最高功率的光電流的匹配通過參考到達(dá)光子的給定光譜分布的設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)。在一個實(shí)施方式中，具體使用的II1-V材料被選擇，并且處于下方且互連的1-1I1-VI電池區(qū)域的尺寸被確定，使得希望到達(dá)1-1I1-VI電池的光子將產(chǎn)生與在II1-V電池中產(chǎn)生的電流近似相同的處于最高功率的光電流。
[0058]在圖5所述的實(shí)施方式348中，在模塊的每排中需要過量的1-1I1-VI電池區(qū)域，以提供用于具體上層電池的相配電流，但是在該實(shí)施方式中位于1-1I1-VI電池頂部和上層II1-V電池底部上的透明導(dǎo)體層116、126具有足夠高的電阻率以弓I起潛在的輸出功率損失。在該實(shí)施方式中，可增加額外的圖案化導(dǎo)電層350(其被圖案化以阻擋下層1-1I1-VI電池的小比例的表面面積，如百分之五)，以從下層電池106的沒有由II1-V上層電池覆蓋的區(qū)域收集電流，以及提供額外的電流以有助于使II1-V上層電池104的最高功率電流相配?？梢允褂锰幱谠搶?50上的圖案化的導(dǎo)體來替代擴(kuò)散網(wǎng)格314的導(dǎo)體或與其并聯(lián)使用。圖5上的大多數(shù)層與圖1的層類似，并且與圖1的具有相同附圖標(biāo)記的層相同，這里為了簡化起見，不再重復(fù)其描述。
[0059]在可替代性實(shí)施方式中，其中每排中有更大的總1-1I1-VI電池區(qū)域可用，該總1-1I1-VI電池區(qū)域大于提供與希望由上層II1-V電池制造的光電流近似相配的光電流所需要的區(qū)域，該模塊被設(shè)計(jì)成通過將過量的1-1I1-VI分成多個較小的光伏電池330(圖3B)來利用過量的1-1I1-VI電池區(qū)域。這些小1-1I1-VI電池330、340、342、344利用上圖案化導(dǎo)電層346串聯(lián)耦合，使得適當(dāng)?shù)男‰姵卮?lián)地電聯(lián)接并且并聯(lián)聯(lián)接至與一個或多個上述1-1I1-VI和II1-V光伏電池堆相配的電壓。因?yàn)檫@些1-1I1-VI電池具有比上層II1-V電池更小的帶隙，所以每個這種電池通常具有比上層II1-V電池更低的最高功率點(diǎn)電壓。這樣，串聯(lián)聯(lián)接成串的小1-1I1-VI電池的總數(shù)大于一個或多個1-1I1-VI和II1-VI電池堆中電池的數(shù)目，其中該成串的小1-1I1-VI電池與1-1I1-VI和II1-VI電池堆并聯(lián)連接。在圖4A中，三個1-1I1-VI電池與具有一個1-1I1-VI電池和一個II1-V電池的一個堆并聯(lián)；在可替代性實(shí)施方式中，具有N個1-1I1-VI電池330的串可與M個堆并聯(lián)連接，其中每個堆具有一個1-1I1-VI電池和一個II1-V電池。圖3B示出了 N=12和M=4。在模塊中串和堆的總體布置為串并聯(lián)式以實(shí)現(xiàn)合適的輸出電平。
[0060]在一些可替代性實(shí)施方式中，沒有由II1-V上層電池覆蓋的一些1-1I1-VI下層電池區(qū)域用于電流匹配，并且提供擴(kuò)散網(wǎng)格形狀314以使電流從這些部分流向堆的上層電池。并且剩余的1-1I1-VI電池區(qū)域被分成小1-1I1-VI電池，小1-1I1-VI電池被耦合到與圖4A類似串聯(lián)串中并與堆并聯(lián)。這些可替代性實(shí)施方式允許設(shè)計(jì)者通過利用所有可用的1-1I1-VI電池區(qū)域來優(yōu)化功率生成，并且在每個堆中僅提供足夠的下層1-1I1-VI電池區(qū)域以與通過上方的II1-V上層電池制造的光電流相配。
[0061]在另一可替代性實(shí)施方式358中，在制造第一上層電池104之后可制造230第二上層電池360，在如圖6所示的三結(jié)多層光伏裝置中，第一上層電池104變成中間電池而第二上層電池360變成上層電池。第二上層電池350具有II1-V吸收體層352和N型結(jié)層354。II1-V吸收體層352具有比第一上層電池104的II1-V吸收體層124更高的帶隙和用于吸收的更高的最小光子能量。該能量差是通過使用與下層電池104所不同的上層電池360的II1-V材料而實(shí)現(xiàn)的。
[0062]在【具體實(shí)施方式】中，上部II1-V吸收體層352為InGaP，下部II1-V吸收體層122為GaAs，而下部1-1I1-VI吸收體層112選自CIT或CIS，或者為包括CIAS或CIGS轉(zhuǎn)變到CIS的漸變吸收體層。
[0063]在又一實(shí)施方式400中，如圖7所示，額外的圖案化導(dǎo)電層402 (被圖案化以阻擋少于下層1-1I1-VI電池的表面面積的小比例(如百分之五))用來從下層電池106 (包括由II1-V上層電池覆蓋和沒有由II1-V上層電池覆蓋的區(qū)域)收集電流和將該電流帶到II1-V上層電池104之下。該額外的圖案化導(dǎo)電層402類似于圖5的圖案化的導(dǎo)電層350，但可以是金屬。此外，導(dǎo)電層402上可鍍有低溫焊錫404。在制造204過程中，第二額外的圖案化導(dǎo)電層406應(yīng)用在上層電池之上，以當(dāng)上層電池104位于下層電池106之上時其位于透明導(dǎo)體層126之下，其中該第二額外的圖案化導(dǎo)電層406被圖案化以阻擋少于下層1-1I1-VI電池的表面面積的小比例(如百分之五)并與額外的圖案化導(dǎo)電層404對準(zhǔn)以使得更多的(如果不是所有)額外圖案化導(dǎo)電層404的部分覆蓋金屬層406。然后將在【具體實(shí)施方式】中具有100到200°C的熔點(diǎn)的低溫焊錫被回流以將上層電池與下層電池粘合起來并使電流從下層電池轉(zhuǎn)移到上層電池。在可替代性實(shí)施方式中，導(dǎo)電粘合劑可用于將額外的導(dǎo)電層的形狀粘合起來以使電流從上層電池轉(zhuǎn)移到下層電池。
[0064]因?yàn)樗袑佣际潜〉?，所以整個混合多結(jié)光伏裝置是柔性的并可卷起來用于運(yùn)輸和存儲。
[0065]在可替代性實(shí)施方式中，可使用矩形上層電池306來替代所示的半圓形電池，只要能夠完全在上層電池306之下或具有不處于電池306之下的過量區(qū)域可提供電流相配的下層電池，以允許更好的電流相配和每單位重量具有更高功率(瓦/公斤)的模塊或更高效的模塊。
[0066]在可替代性實(shí)施方式中，上層電池104實(shí)施新近開發(fā)的量子點(diǎn)技術(shù)。除上層電池104的制造以外，其余步驟與本文所述相同。
[0067]在II1-V電池應(yīng)用在1-1I1-VI電池上之后，1-1I1-VI電池被分開，包括絕緣形狀的應(yīng)用，如上所述，可應(yīng)用覆蓋的圖案化金屬或其他圖案化導(dǎo)電材料以提供將電池電氣互連的形狀，以及應(yīng)用保護(hù)層，組件通過切成各個模塊被劃分，并增加連接以將每個模塊連接至系統(tǒng)的外部電路。
[0068]在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可對上述方法和系統(tǒng)做出改變。因此，應(yīng)注意到，以上描述中包括的或附圖中示出的所有內(nèi)容應(yīng)該解釋為說明性的而非限制性的。權(quán)利要求旨在涵蓋本文中描述的所有一般的特征和特殊的特征，以及由于語言的原因可能被認(rèn)為落在其外的本發(fā)明和系統(tǒng)的范圍的所有聲明。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏(PV)裝置，包括: 至少第一下層光伏電池和第二下層光伏電池，包括: 襯底， 金屬的背接觸層， 1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層， 異質(zhì)結(jié)相伴層，以及 透明導(dǎo)體層； 至少一個上層光伏電池，包括: II1-V半導(dǎo)體吸收體層， 半導(dǎo)體結(jié)層，以及 上透明導(dǎo)體層； 圖案化導(dǎo)電層的至少一個導(dǎo)電形狀，所述形狀應(yīng)用在所述至少一個上層光伏電池的所述上透明導(dǎo)體層上并與所述上透明導(dǎo)體層相接觸，所述形狀與第一和第二下層光伏電池的所述透明導(dǎo)體層分離，并耦合至所述第二下層光伏電池的所述背接觸層，所述形狀用于將堆與相鄰的下層光伏電池串聯(lián)耦合，所述堆包括所述上層光伏電池和所述第一下層光伏電池；以及 導(dǎo)電黏合劑，將所述至少一個上層光伏電池粘附至所述第一下層光伏電池，所述至少一個上層光伏電池設(shè)置成接收光，所述第一下層光伏電池設(shè)置為接收穿透所述至少一個上層光伏電池的光，所述黏合劑能夠傳輸至少一些光，所述黏合劑使上層光伏電池與所述第一下層光伏電池串聯(lián)地電耦合； 其中，上層光伏電池不具有單晶襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置，其中，具有導(dǎo)電材料的所述至少一個圖案化層的形狀將上層光伏電池和下層光伏電池的多個堆串聯(lián)地電耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置，其中，所述1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層包括銀和銅中的至少一種,包括銦和鎵中的至少一種，以及包括硒和碲中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏裝置，其中，所述1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層為銅-銦-鎵-聯(lián)硒化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置，其中，所述至少一個上層光伏電池的所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層為單晶的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置，其中，所述黏合劑為具有導(dǎo)電填充物的透明聚合材料，所述導(dǎo)電填充物包括銀納米線或碳納米管中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏裝置，其中，所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層包括:鎵、銦和鋁中的至少一種，以及砷和磷中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏裝置，其中，所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層包括:銦、鎵和磷。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏裝置，還包括第二上層光伏電池，所述第二上層光伏電池包括: 第二 II1-V半導(dǎo)體吸收體層；以及 第二半導(dǎo)體結(jié)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏裝置，還包括電池串，所述電池串包括串聯(lián)地電耦合的多個1-1I1-VI電池而不包括II1-V電池，其中所述電池串與至少一個堆并聯(lián)耦合，所述至少一個堆的所述多個1-1I1-VI電池中的至少一個與下層光伏電池相鄰。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏裝置，還包括圖案化導(dǎo)電層的至少一個附加形狀，所述附加形狀僅與下層光伏電池的所述上透明導(dǎo)體層相接觸，所述附加形狀用來減小用于電流的有效電阻，所述電流從沒有被上層光伏電池覆蓋的下層光伏電池的至少一些部分流至上層光伏電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光伏裝置，其中，所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層包括:銦、鎵和磷。
13.一種光伏(PV)裝置，包括: 至少第一下層光伏電池和第二下層光伏電池，包括: 襯底， 金屬的背接觸層， 1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層， 異質(zhì)結(jié)相伴層，以及 透明導(dǎo)體層； 至少一個上層光伏電池，包括: II1-V半導(dǎo)體吸收體層， 半導(dǎo)體結(jié)層，以及 上透明導(dǎo)體層； 在下層光伏電池的透明導(dǎo)體層與上層光伏電池的所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層之間提供電導(dǎo)通的層，從而下層光伏電池與上層光伏電池串聯(lián)耦合成為堆；以及 圖案化導(dǎo)體層的至少一個形狀，在所述第二下層光伏電池的所述金屬的背接觸層與上層光伏電池的所述上透明導(dǎo)體層之間提供電接觸； 其中，上層光伏電池沒有單晶襯底；以及 其中，上層光伏電池有意地沒有覆蓋下層光伏電池的大部分，并且至少一些沒有被覆蓋的區(qū)域有助于所述裝置的光生電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光伏裝置，還包括所述圖案化導(dǎo)電層的至少一個附加形狀，所述附加形狀提供與下層光伏電池中沒有被上層光伏電池覆蓋的部分的透明導(dǎo)體層的接觸，所述附加形狀提供減小的用于電流的電阻，所述電流相對于流過下層光伏電池的透明導(dǎo)體層的電流而流至上層光伏電池的透明下導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光伏裝置，其中，所述圖案化導(dǎo)體層包括金屬。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，在下層光伏電池的透明導(dǎo)體層與所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層之間提供電導(dǎo)通的所述層還包括導(dǎo)電粘合劑，所述粘合劑將上層光伏電池粘附至下層光伏電池，所述粘合劑能夠傳輸至少一些光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光伏裝置，還包括: 至少一個電池串，所述電池串包括串聯(lián)地電耦合的多個1-1I1-VI電池而不包括II1-V電池，其中所述電池串與至少一個堆并聯(lián)耦合。
18.根據(jù) 權(quán)利要求14所述的裝置，其中，在下層光伏電池的透明導(dǎo)體層與所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層之間提供電導(dǎo)通的所述層包括低溫焊錫層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光伏裝置，還包括: 至少一個電池串，所述電池串包括串聯(lián)地電耦合的多個1-1I1-VI電池而不包括II1-V電池，其中所述電池串與至少一個堆并聯(lián)耦合。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光伏裝置，其中，所述1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層包括銀和銅中至少一種，包括銦和鎵中至少一種，以及包括硒和碲中至少一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光伏裝置，其中，所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層包括:鎵、銦和鋁中至少一種，以及砷和磷中至少一種。
22.—種光伏(PV)裝置，包括: 至少一個下層光伏電池，包括: 襯底， 金屬的背接觸層， 1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層， 異質(zhì)結(jié)相伴層， 透明導(dǎo)體層， 圖案化上導(dǎo)電層； 至少一個上層光伏電池，包括: 下圖案化導(dǎo)電層， II1-V半導(dǎo)體吸收體層， 半導(dǎo)體結(jié)層，以及 上透明導(dǎo)體層； 黏合劑，將下層光伏電池的所述圖案化上導(dǎo)電層電耦合至上層光伏電池的所述下圖案化導(dǎo)電層；以及 至少一個導(dǎo)電形狀，位于圖案化導(dǎo)電層上，所述形狀應(yīng)用在上層光伏電池的所述上透明導(dǎo)體層上并與上層光伏電池的所述上透明導(dǎo)體層相接觸，所述形狀與下層光伏電池的所述透明導(dǎo)體層分離，并耦合至相鄰的下層光伏電池的所述背接觸層，所述形狀用于將包括所述上層光伏電池和所述下層光伏電池的堆與相鄰的下層光伏電池串聯(lián)耦合； 其中，上層光伏電池沒有單晶襯底，并且上層光伏電池的所述下圖案化導(dǎo)電層電耦合至下層光伏電池的所述圖案化上導(dǎo)電層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光伏裝置，其中，位于導(dǎo)電層的至少一個圖案化層上的形狀將上層光伏電池和下層光伏電池的多個堆串聯(lián)耦合。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光伏裝置，其中，所述1-1I1-VI半導(dǎo)體吸收體層包括銀和銅中至少一種，包括銦和鎵中至少一種，以及包括硒和碲中至少一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光伏裝置，其中，所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層包括:鎵、銦和鋁中至少一種，以及砷和磷中至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光伏裝置，其中，所述II1-V半導(dǎo)體吸收體層包括:銦、鎵和磷。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光伏裝置，其中，所述黏合劑為焊錫，上層光伏電池的所述下圖案化導(dǎo)電層和下層光伏電池的所述圖案化上導(dǎo)電層為薄膜金屬層，所述焊錫用來將上層光伏電池的所述下圖案化導(dǎo)電層電連接至下層光伏電池的所述圖案化上導(dǎo)電層。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光伏裝置，其中，下層光伏電池的所述圖案化上導(dǎo)電層通過金屬箔鉸合件耦合至上層光伏電池的所述下圖案化導(dǎo)電層。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光伏裝置，還包括第二上層光伏電池，所述第二上層光伏電池包括: 第二 II1-V半導(dǎo)體吸收體層；以及 第二半導(dǎo)體結(jié)層。
30.一種制造光伏(PV)裝置的方法，包括: 在柔性襯底上制造包括1-1I1-VI太陽能吸收體層的光伏電池層，并在所述柔性襯底上將所述光伏電池層 分成第一光伏電池和第三光伏電池； 制造具有II1-V太陽能吸收體層的第四光伏電池和第二光伏電池，所述II1-V太陽能吸收體層具有第一帶隙，所述第二光伏電池和所述第四光伏電池制造在晶態(tài)襯底上，所述晶態(tài)襯底晶種生長在所述第二光伏電池和所述第四光伏電池中； 從所述第二光伏電池和所述第四光伏電池移除所述晶態(tài)襯底； 將所述第二光伏電池粘合在所述第一光伏電池上以形成第一堆，所述第一光伏電池和所述第二光伏電池串聯(lián)地電耦合并定位成使得沒有由所述第二光伏電池吸收的至少一些入射光可到達(dá)所述第一光伏電池； 將所述第四光伏電池粘合在所述第三光伏電池上以形成第二堆，所述第三光伏電池和所述第四光伏電池串聯(lián)地電耦合并定位成使得沒有由所述第四光伏電池吸收的至少一些入射光可到達(dá)所述第二光伏電池；以及 應(yīng)用具有將所述裝置的電池互連的至少一個形狀的圖案化導(dǎo)電層，使得至少所述第一堆和所述第二堆串聯(lián)地電耦合。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述圖案化導(dǎo)電層上的至少一個形狀至少耦合至所述第二光伏電池的上透明導(dǎo)體層，其中，通過激光劃線來劃分所述光伏電池層，以使所述第一光伏電池與所述第三光伏電池分離，所述第一光伏電池和所述第三光伏電池具有1-1I1-VI太陽能吸收體層并形成在所述柔性襯底上，所述劃線使得所述至少一個形狀接觸所述第三光伏電池的背接觸金屬層，從而將所述第一光伏電池、所述第二光伏電池和所述第三光伏電池串聯(lián)地電耦合。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，通過在所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間應(yīng)用透明聚合粘合劑來執(zhí)行粘合步驟，所述透明聚合粘合劑包括導(dǎo)電填充物，其中通過所述導(dǎo)電填充物來實(shí)現(xiàn)所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間的電導(dǎo)通。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述導(dǎo)電填充物包括選自銀納米線和碳納米管的納米結(jié)構(gòu)。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，通過在第一圖案化金屬層與第二圖案化金屬層之間應(yīng)用焊錫來執(zhí)行粘合步驟，所述第一圖案化金屬層具有與所述第一光伏電池相接觸的形狀，所述第二圖案化金屬層具有與所述第二光伏電池相接觸的形狀。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，粘合步驟包括應(yīng)用第一附加圖案化導(dǎo)電層和第二附加圖案化導(dǎo)電層，所述第一附加圖案化導(dǎo)電層與所述第一光伏電池相接觸，所述第二附加圖案化導(dǎo)電層與所述第二光伏電池相接觸，將所述第一附加圖案化導(dǎo)電層與所述第二附加圖案化導(dǎo)電層電耦合，以及在所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間應(yīng)用透明粘合劑。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，粘合步驟還包括: 應(yīng)用第一附加圖案化導(dǎo)電層和第二附加圖案化導(dǎo)電層，所述第一附加圖案化導(dǎo)電層與所述第一光伏電池相接觸，所述第二附加圖案化導(dǎo)電層與所述第二光伏電池相接觸，以及 在所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間應(yīng)用聚合粘合劑，所述聚合粘合劑包括導(dǎo)電填充物； 其中，通過所述導(dǎo)電填充物形成所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間的電導(dǎo)通。
37.如權(quán)利要求30所述的方法，還包括: 制造具有II1-V太陽能吸收體層的第五光伏電池，所述II1-V太陽能吸收體層具有第二帶隙，所述第五光伏電池處于所述第二光伏電池之上，所述第五光伏電池在將所述晶態(tài)襯底從所述第二光伏電池移除之前被制造； 其中，所述第二帶隙與所述第一帶隙不同，以及 其中，所述第一堆包括所述第一光伏電池、所述第二光伏電池、以及所述第五光伏電池。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述圖案化薄膜金屬層的至少一個形狀至少耦合至所述第五光伏電池的上透明導(dǎo)體，所述方法還包括: 劃線以將所述第一光伏電池與所述第三光伏電池分開，所述第三光伏電池具有1-1I1-VI太陽能吸收體層且形成在所述柔性襯底上，所述劃線使所述圖案化導(dǎo)電層的所述至少一個形狀接觸所述第三光伏電池的背接觸金屬層，從而將所述第一光伏電池、所述第二光伏電池、所述第四光伏電池、以及所述第三光伏電池串聯(lián)地電耦合。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，通過在所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間應(yīng)用透明聚合粘合劑來執(zhí)行粘合步驟，所述透明聚合粘合劑包括導(dǎo)電填充物，并且通過所述導(dǎo)電性填充物實(shí)現(xiàn)所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間的電導(dǎo)通。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，通過在第一金屬層與第二金屬層之間應(yīng)用焊錫來執(zhí)行粘合步驟，所述第一金屬層與所述第一光伏電池相接觸，所述第二金屬層與所述第二光伏電池相接觸。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，粘合步驟包括應(yīng)用第一附加圖案化導(dǎo)電層和第二附加圖案化導(dǎo)電層，所述第一附加圖案化導(dǎo)電層與所述第一光伏電池相接觸，所述第二附加圖案化導(dǎo)電層與所述第二光伏電池相接觸，將所述第一附加圖案化導(dǎo)電層與所述第二附加圖案化導(dǎo)電層電耦合，以及在所述第一光伏電池與所述第二光伏電池之間應(yīng)用透明粘合劑。
42.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述圖案化薄膜導(dǎo)電層上的第二形狀僅與所述下層光伏電池的上透明導(dǎo)體層相接觸并且用于減小用于電流的電阻，所述電阻從下層光伏電池的沒有由上層光伏電池覆蓋的部分流至所述下層光伏電池的透明導(dǎo)體層的由所述上層光伏電池覆蓋的部分。
43.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，還包括:劃線以將下層光伏電池層的沒有由上層光伏電池覆蓋的部分分成多個未被覆蓋的電池，其中，圖案化導(dǎo)電層上的至少一個形狀用于將所述多個未被覆蓋電池電耦合成具有未被覆蓋電池的串聯(lián)串，并將所述具有未被覆蓋的電池的串聯(lián)串至少與所 述第一堆并聯(lián)聯(lián)接。
【文檔編號】H01L31/065GK103534804SQ201180067131
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月13日
【發(fā)明者】勞倫斯·M·伍茲, 約瑟夫·H·阿姆斯特朗 申請人:阿森特太陽能技術(shù)公司