ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 2021 года по МПК H01L31/224 H01L31/465 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к фотоэлектрическому модулю, содержащему множество тонкопленочных фотоэлектрических (ФЭ) элементов, расположенных на прозрачной подложке, причем каждый тонкопленочный фотоэлектрический (ФЭ) элемент содержит прозрачный электрод, обеспеченный на прозрачной подложке, пакет солнечных элементов, расположенный на прозрачном электроде, и верхний электрод, расположенный на пакете солнечных элементов.

Уровень техники

В Международной патентной публикации WO2014/188092 раскрыт тонкопленочный полупрозрачный фотоэлектрический моноэлемент, имеющий множество активных фотоэлектрических зон, разделенных прозрачными зонами. Фотоэлектрические зоны образованы из пакета тонких пленок, расположенных на прозрачной подложке, причем пакет имеет прозрачный электрод, слой поглотителя и металлический электрод.

В Европейской патентной публикации раскрыт модуль тонкопленочного солнечного элемента, который имеет подложку и модуль элемента, имеющий три или более цепочек элементов с постоянной шириной. Каждая цепочка элементов имеет множество солнечных элементов, соединенных последовательно и обеспеченных на подложке при параллельном соединении. Солнечные элементы имеют электрод передней поверхности, слой для фотоэлектрического преобразования и электрод задней поверхности. Дополнительно, каждая цепочка элементов имеет контактные линии, электрически соединяющие электрод передней поверхности первого солнечного элемента с электродом задней поверхности второго солнечного элемента.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение задумано для обеспечения решения для получения тонкопленочного фотоэлектрического модуля с высоким уровнем гибкости по форме, конструкции и использованию фотоэлектрического модуля.

Согласно настоящему изобретению обеспечен фотоэлектрический модуль, как задано выше, в котором обеспечено множество параллельно соединенных блоков фотоэлементов, где каждый из блоков содержит цепочку последовательно соединенных фотоэлементов, причем фотоэлектрический модуль дополнительно содержит положительную соединительную часть и отрицательную соединительную часть в одном верхнем слое межсоединений, обеспечивая схему параллельных соединений параллельно соединенных блоков фотоэлементов, и по меньшей мере один элемент перекрестного соединения в слое, отличном от одиночного верхнего слоя межсоединений, причем по меньшей мере один элемент перекрестного соединения обеспечивает электрическое соединение в отрицательной соединительной части и/или в положительной соединительной части.

С помощью вариантов воплощения настоящего изобретения можно сконструировать или разделить фотоэлектрический модуль (далее ниже также обозначенный как ФЭ-модуль) любого размера, без изменения основной характеристики ФЭ-модуля. Блоки ФЭ-элементов ФЭ-модуля находятся в конфигурации параллельной схемы, с обеспечением, таким образом, фиксированного напряжения ФЭ-модуля, даже если удален один или более блоков ФЭ-элементов (или они исключены в ходе процесса изготовления). Подаваемый ток, таким образом, линейно зависит от площади ФЭ-модуля. Это также имеет место быть в случае, если работает «полный» ФЭ-модуль, а часть ФЭ-модуля находится в тени.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет обсуждаться более подробно ниже, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1A показывает схематическое изображение ФЭ-модуля согласно примерному воплощению согласно уровню техники, а Фиг. 1B и 1C показывают разрезы двух типов тонкопленочных ФЭ-элементов;

Фиг. 2 показывает схематическое изображение ФЭ-модуля с множеством элементов перекрестного соединения согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг. 3 показывает схематическое изображение ФЭ-модуля согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения;

Фиг. 4A-D показывают разрезы элементов перекрестного соединения в ФЭ-модуле по Фиг. 3;

Фиг. 5 показывает схематическое изображение альтернативного варианта воплощения ФЭ-модуля, показанного на Фиг. 3;

Фиг. 6 показывает схематическое изображение еще одного варианта воплощения ФЭ-модуля согласно настоящему изобретению;

Фиг. 7A и 7B показывают разрезы элементов перекрестного соединения, как применено в варианте воплощения по Фиг. 6;

Фиг. 8 показывает схематическое изображение другого варианта воплощения блока ФЭ-элементов для ФЭ-модуля;

Фиг. 9A-C показывают три разреза блока ФЭ-элементов, показанного на Фиг. 8; и

Фиг. 10A и 10B показывают виды сверху единственного блока ФЭ-элементов и сочетание блоков ФЭ-элементов согласно еще одному варианту воплощения настоящего изобретения.

Описание вариантов воплощения

Данное изобретение относится к фотоэлектрическому (ФЭ) модулю, в котором использованы тонкопленочные ФЭ-элементы 2. ФЭ-модуль, например, сконструирован из прозрачной подложки 11, на которой изготовлено множество блоков 3 ФЭ-элементов, каждый из которых содержит множество ФЭ-элементов 2. Блок 3 ФЭ-элементов может быть взаимосоединен (например, в конфигурации параллельной схемы), с использований слоя межсоединений или металлизации ФЭ-модуля. Варианты воплощения настоящего изобретения обеспечивают альтернативную конструкцию межсоединений для такого ФЭ-модуля, что дает возможность разрезать ФЭ-модуль на несколько кусков и отыскивать несколько рабочих кусков с одинаковыми основными характеристиками (например, с выходным напряжением) в качестве оригинальных. Такие ФЭ-модули обычно изготавливают путем создания (структурированных) слоев различных материалов, с использованием подходящей технологии послойной укладки, такой как осаждение, печать, нанесение покрытия, и т.д., и других рабочих технологий, таких как травление или механическая обработка, обычно по всей поверхности ФЭ-модуля.

Варианты воплощения настоящего изобретения обеспечивают альтернативную конструкцию межсоединений для таких тонкопленочных ФЭ-модулей, которая дает возможность разрезать ФЭ-модуль на несколько кусков и отыскивать несколько рабочих кусков с одинаковыми основными характеристиками (например, с выходным напряжением) в качестве оригинальных.

ФЭ-модуль согласно уровню техники схематически показан на изображении по Фиг. 1A. Этот ФЭ-модуль 1 содержит множество блоков 3 ФЭ-элементов, в которых каждый блок 3 ФЭ-элементов имеет множество фотоэлектрических элементов 2 (блоки 3, как показано, имеют 9×9 ФЭ-элементов 2), которые последовательно соединены в цепочке. Каждый блок 3 ФЭ-элементов имеет один положительный выходной вывод 8 и один отрицательный выходной вывод 7, обычно на задней стороне блока 3 ФЭ-элементов (т.е., напротив прозрачной подложки 2). Положительные выходные выводы 8 всего блока 3 ФЭ-элементов соединены с положительным выводом 1a модуля через положительную соединительную часть 6 (например, как показано, с использованием положительных проводящих штырей (6), а отрицательные выходные выводы 7 всего блока 3 ФЭ-элементов соединены с отрицательным выводом 1b модуля через отрицательную соединительную часть 5 (теперь, например, как показано, с использованием отрицательных проводящих штырей 5). Положительная и отрицательная соединительные части 6, 5 образуют встречно-гребенчатую структуру. Следует отметить, что положительные и отрицательные проводящие штыри 6, 5 могут быть установлены в виде более широких путей тока в одиночном слое тонкопленочного ФЭ-модуля 1 и могут частично или полностью перекрывать блок 3 ФЭ-элементов.

Проблема возникает, когда форму ФЭ-модуля 1 необходимо изменить, например, путем извлечения трех блоков 3 ФЭ-элементов из ФЭ-модуля 1, как например, указано линиями 17 и 18 на Фиг. 1A. Такое изменение может оборвать соединение с положительным выводом 1a модуля всего верхнего ряда блоков 3 ФЭ-элементов, а также нижних двух рядов блоков 3 ФЭ-элементов. Необходимо предпринять дополнительные меры для повторного соединения затронутых блоков 3 ФЭ-элементов, либо разработать и внедрить новую конструкцию элементов межсоединений (отрицательной и положительной соединительных частей 5, 6), что может потребовать много времени и ресурсов.

Варианты воплощения настоящего изобретения могут быть реализованы, с использованием различных тонкопленочных 2 ФЭ-элементов, из которых на Фиг. 1B и 1C показано два примера. На Фиг. 1B показан разрез множества ФЭ-элементов 2 типа полосовых элементов, обеспеченных на прозрачной подложке 11. На прозрачной подложке 11 расположен прозрачный (отрицательный) электрод 12 (например, изготовленный из оксида индия-олова (indium tin oxide, ITO), поверх которого обеспечен пакет 13 солнечных элементов, который представляет собой активный материал или сочетание материалов, фактически преобразующих солнечное излучение в электрическую энергию (также называемый слоем поглотителя). Слоеобразный верхний электрод 14 обеспечен поверх пакета 13 солнечных элементов. С использованием подходящих технологий, таких как осаждение и травление материала, прозрачный электрод 12 одного ФЭ-элемента 2 соединяют с верхним электродом 14 смежного элемента 2. Наконец, изолирующий верхний слой 15 обеспечивают поверх верхнего электродного слоя, для завершения ФЭ-модуля. В этих типах ФЭ-элементов 2, отдельная ширина W_s элемента, например, ограничена максимумом 10 мм, например, менее 5 мм, вследствие чего носители заряда можно эффективно переносить от нижней части пакета 13 солнечных элементов и обеспечивать достаточно низкое внутреннее электросопротивление ФЭ-элемента 2.

На Фиг. 1C показан пример более сложного типа тонкопленочного ФЭ-элемента 2, также называемого элементом с обернутыми металлом сквозными соединениями (metal wrap through, MWT). MWT-элементы в первую очередь известны в области кремниевых моно- или поликристаллических элементов полупроводниковых пластин, но также применяются в тонкопленочных ФЭ-элементах. В этом типе ФЭ-элемента 2, одиночный прозрачный электрод 12 обеспечен в контакте с несколькими пакетами 13 солнечных элементов (которые можно рассматривать как ФЭ подэлементы, а ФЭ-элемент 2 тогда содержит множество таких ФЭ подэлементов). Верх одних и тех же пакетов 13 солнечных элементов контактирует со слоем верхнего электрода 14. Одиночный прозрачный электрод 12 приводят в контакт с задней стороной, с использованием вертикальных частей 16a, изолированных от слоя верхнего электрода 14. Смежные ФЭ-элементы 2 MWT-типа соединяют последовательно, с использованием подходящих частей 16, 16a, 16b межсоединений элемента. Хотя структура дополнительного слоя необходима, по сравнению с ФЭ-элементом полосового типа по Фиг. 1B, множество контактов в передним прозрачным электродом (вертикальные изолированные части 16a) позволяют получить более низкое внутреннее сопротивление и более оптимальное протекание тока от пакетов 13 солнечных элементов. Также, эта структура позволяет комбинировать множество пакетов 13 солнечных элементов при параллельном подключении, обеспечивая большую ширину W_m (например, 20 мм, или более) комбинированного MWT ФЭ-элемента 2.

Варианты воплощения настоящего изобретения позволяют извлекать один или более блоков 3 ФЭ-элементов ФЭ-модуля 1, с обеспечением, таким образом, проектировать ФЭ-модуль 1 в свободной форме, не влияя на надлежащую работу ФЭ-модуля 1. Для этой цели, настоящее изобретение обеспечивает множество вариантов воплощения, которые объединяют следующие признаки. Фотоэлектрический модуль 1 содержит множество тонкопленочных фотоэлектрических элементов 2, расположенных на прозрачной подложке 11, причем каждый тонкопленочный фотоэлектрический элемент 2 содержит прозрачный электрод 12, обеспеченный на прозрачной подложке 11, пакет 13 солнечных элементов, расположенный на прозрачном электроде 12, и верхний электрод 14, расположенный на пакете 13 солнечных элементов. Обеспечено множество параллельно соединенных блоков 3 ФЭ-элементов, причем каждый содержит цепочку последовательно соединенных ФЭ-элементов 2. ФЭ-элементы 2 могут представлять собой любой тип известного тонкопленочного ФЭ-элемента, например, полосовой тип тонкопленочного солнечного элемента, или тип с обернутыми металлом сквозными соединениями тонкопленочного солнечного элемента. Фотоэлектрический модуль 1 дополнительно содержит положительную соединительную часть 6, 20a и отрицательную соединительную часть 5, 20b в одиночном верхнем слое межсоединений, с обеспечением схемы параллельного соединения параллельно соединенных блоков 3 ФЭ-элементов, и по меньшей мере один элемент 9a, 9b перекрестного соединения в слое, отличном от одиночного верхнего слоя межсоединений. По меньшей мере один элемент 21a, 22a; 22b, 23b; 25a, 25b перекрестного соединения обеспечивает электрическое соединение в отрицательной соединительной части 5, 20b и/или в положительной соединительной части 6, 20a.

Этот характерный вариант воплощения дополнительно описан со ссылкой на схематическое изображение по Фиг. 2, показывающее ФЭ-модуль 1, имеющий конфигурацию 4×3 блоков 3 ФЭ-элементов. Фиг. 2 показывает изображение первого конкретного варианта воплощения настоящего изобретения, в котором положительная 6 соединительная часть образована путем комбинирования вертикальных положительных проводящих линий 20a, горизонтальных положительных проводящих линий 21a и положительных контактных перемычек 9a (которые все, таким образом, электрически соединены с положительным выводом 1a модуля). Отрицательная соединительная часть 5 образована путем комбинирования вертикальных отрицательных проводящих линий 20b, горизонтальных отрицательных проводящих линий 21b и отрицательных контактных перемычек 9b (которые все, таким образом, электрически соединены с отрицательным выводом 1b модуля). Блоки 3 ФЭ-элементов расположены согласно рисунку так, чтобы положительные контактные выводы 8 (и отрицательные контактные выводы 7) каждой группы четырех смежных блоков 3 ФЭ-элементов были сгруппированы вместе, обеспечивая создание электрических соединений, соответственно, с положительными и отрицательными контактными перемычками 9a, 9b. Таким образом, получают сетчатый рисунок из положительных и отрицательных линий сетки, которые в основном расположены в одиночном верхнем слое межсоединений: лишь контактные перемычки 9a, 9b находятся в другом слое ФЭ-модуля 1. Это гарантирует то, что даже при извлечении из ФЭ-модуля 1 единственного блока 3 ФЭ-элементов, сохраняется соединение с остальными блоками 3 ФЭ-элементов ФЭ-модуля 1. Таким образом, нет никакой необходимости в переконструировании соединительной структуры элемента или в применении дополнительных контактных выводов.

Схематическое изображение ФЭ-модуля 1 согласно второму варианту воплощения настоящего изобретения показано на Фиг. 3, где ФЭ-модуль содержит множество полосообразных тонкопленочных ФЭ-элементов 2 в конфигурации матрицы 4×4 блоков 3 ФЭ-элементов. Ширина элемента W_s каждого из множества ФЭ-элементов 2 составляет менее 10 мм, например, менее 5 мм, для поддержания достаточно низкого сопротивления прозрачного слоя электрода 12 в каждой последовательно соединенной цепочке ФЭ-элементов 2. Блоки 3 ФЭ-элементов в этом примерном варианте воплощения содержат, например, 12 ФЭ-элементов 2 полосового типа, где каждый имеет размер 5×60 мм, с получением блока ФЭ-элементов 60×60 мм. В этом случае, каждый блок ФЭ-элементов сможет обеспечить напряжение блока ФЭ-элементов 6В. Как показано в варианте воплощения по Фиг. 3, положительная 6 соединительная часть содержит множество соединенных между собой положительных линий 20a, 21a сетки, где первая группа положительных линий 20a сетки обеспечена в одиночном верхнем слое межсоединений, а вторая группа положительных линий 21a сетки обеспечена в слое верхних электродов 14. Положительные линии 20a, 21a сетки первой группы и второй группы ориентированы по существу перпендикулярно друг другу. Этот вариант воплощения может позволить ограничить положительную соединительную часть 6 площадью поверхности между блоком 3 ФЭ-элементов, который может, например, позволить свету проникать в ФЭ-модуль с обеих сторон. Вариант воплощения также может быть описан как имеющий первую группу линий 20a сетки в одиночном верхнем слое межсоединений а вторую группу линий 21a сетки в скрытом слое ФЭ-модуля 1.

Аналогично, в дополнительном или альтернативном варианте воплощения отрицательная соединительная часть 5 содержит множество соединенных между собой отрицательных линий 20b, 21b сетки, где первая группа отрицательных линий 20b сетки обеспечена в одиночном верхнем слое межсоединений, а вторая группа отрицательных линий 21b сетки обеспечена в слое верхних электродов 14, и в котором отрицательные линии 20b, 21b сетки первой группы и второй группы ориентированы по существу перпендикулярно друг другу.

Как показано в варианте воплощения, изображенном на Фиг. 3, обеспечен по меньшей мере один элемент 9a, 9b перекрестного соединения, где положительные и отрицательные линии 20a, 21a, 20b, 21b сетки пересекаются. Воплощение элементов перекрестного соединения в любом из четырех возможных местоположений в сетке подробно изображено на разрезах по Фиг. 4A-D, как обозначено на Фиг. 3 линиями IVA-IVA - IVD-IVD.

Фиг. 4A-D также показывают, что тип ФЭ-элемента 2, используемого в этом варианте воплощения, представляет собой ФЭ-элемент 2 типа полосового элемента. Последовательно соединенные ФЭ-элементы 2 обеспечены посредством проводящих элементов 14a между прозрачным электродом 12 ФЭ-элемента 2 и верхним электродом 14 смежного ФЭ-элемента 2. Это обеспечивает токовый путь низкого сопротивления, а проводящие элементы 14a можно легко получать, с использованием технических приемов, известных как таковые из полупроводниковых технологий.

На разрезах по Фиг. 4A и 4C, показано, что положительные выводы двух смежных блоков 3 ФЭ-элементов могут быть соединены в слое верхнего электрода 14. В вариантах воплощения, показанных на Фиг. 4A и 4C по меньшей мере один элемент 9a перекрестного соединения для положительной соединительной части 6, 20a содержит часть 21a положительного контактного слоя в слое верхних электродов 14, часть 21a положительного контактного слоя, соединяющую верхние электроды 14 двух смежных ФЭ-элементов 2 двух соседних блоков 3 ФЭ-элементов. Вариант воплощения по Фиг. 4A показывает воплощение элемента 9a перекрестного соединения, где две положительные линии 20a, 21a сетки пересекают друг друга в варианте воплощения ФЭ-модуля 1 по Фиг. 3. Здесь по меньшей мере один элемент 9a перекрестного соединения для положительной части 6, 20a дополнительно содержит соединительный слой 22a между частью 21a положительного контактного слоя и положительной соединительной частью 6, 20a. Фиг. 4C показывает разрез элемента 9a перекрестного соединения, где отрицательная линия 20b сетки первой группы пересекает положительную линию 21a сетки второй группы.

На разрезах по Фиг. 4B и 4D показано, что отрицательные выводы двух смежных блоков 3 ФЭ-элементов могут быть соединены в слое прозрачного электрода 12. В этих вариантах воплощения по меньшей мере один элемент 9b перекрестного соединения для отрицательной соединительной части 5, 20b содержит часть отрицательного контактного слоя 23b в слое прозрачных электродов 12, причем часть отрицательного контактного слоя 23b соединяет прозрачные электроды 12 двух смежных ФЭ-элементов 2 двух соседних блоков 3 ФЭ-элементов и соединительный пакет 24b, 21b поверх части отрицательного 23b контактного слоя. Это является примером «скрытого» элемента 9b перекрестного соединения, где при пересечении положительной линии 20a сетки первой группы и отрицательной линии 21b сетки второй группы, прозрачные электроды 12 с отрицательной полярностью двух смежных ФЭ-элементов соединяются между собой, с использованием части отрицательного контактного слоя 23b.

В еще одном варианте воплощения, показанном на разрезе по Фиг. 4D, по меньшей мере один элемент 9b перекрестного соединения для отрицательной соединительной части 5, 20b дополнительно содержит соединительный слой 22b между соединительным пакетом 24b, 21b и отрицательной соединительной частью 5, 20b. Это является примером элемента 9b перекрестного соединения, который простирается вплоть до отрицательной линии 20b сетки первой группы.

Фиг. 5 показывает схематическое изображение альтернативного варианта воплощения ФЭ-модуля, показанного на Фиг. 3, в котором отрицательная и положительная соединительные части 5, 6 ФЭ-модуля перекрывают большую часть нижележащего блока 3 ФЭ-элементов. В этом варианте воплощения, положительная соединительная часть 6, 20a и отрицательная соединительная часть 5, 20b в одиночном верхнем слое межсоединений охватывают площадь поверхности, перекрывающую блок 3 ФЭ-элементов, т.е., большую площадь, чем воплощение линии сетки, как описано для варианта воплощения, показанного на Фиг. 3. Поскольку соединительные части 5, 6 обладают большей площадью поверхности, представляется возможным сделать соответствующий слой тоньше при том же номинальном токе (что является более экономичным и позволяет экономить время в ходе изготовления). В еще одном варианте воплощения, площадь поверхности снабжена перфорационными отверстиями, чтобы сделать ФЭ-модуль 1 (полу-)прозрачным. Следует отметить, что положительная и отрицательная соединительные части 5, 6 показаны в виде ромбовидных полей, но должно быть ясно, что могут быть предусмотрены и другие формы и распределения площадей между положительной соединительной частью 6 и отрицательной соединительной частью 5.

В дополнительной группе вариантов воплощения, ФЭ-элементы 2 ФЭ-модуля реализованы в виде тонкопленочных MWT ФЭ-элементов 2. Примерный вариант воплощения показан на схематическом изображении по Фиг. 6, на котором ФЭ-модуль 1 представляет собой 2×2 матрицу блоков 3 ФЭ-элементов, причем каждый имеет матрицу 6×6 последовательно соединенных ФЭ-элементов 2 MWT-типа. В показанном варианте воплощения, ориентация отдельного блока 3 ФЭ-элементов такова, что отрицательные выводы 7 каждого блока 3 ФЭ-элементов являются смежными друг с другом, позволяя использовать одиночный элемент 9b перекрестного соединения, который расположен под положительной соединительной частью 6. Фиг. 7A и 7B показывают разрезы варианты элементов 9a, 9b перекрестного соединения, которые можно использовать в вариантах воплощения ФЭ-элементов 2 типа MWT.

В первом варианте, как показано на разрезе по Фиг. 7A, и который может быть применен в варианте воплощения, как показано на Фиг. 6, ФЭ-элементы 2 представляют собой ФЭ-элементы типа тонкопленочного типа с обернутыми металлом сквозными соединениями (metal wrap through, MWT). Каждый прозрачный электрод 12 и связанный с ним верхний электрод 14 ФЭ-элемента 2 перекрывает множество ФЭ-подэлементов (см. описание Фиг. 1C выше), а элементы 16, 16a, 16b межсоединений обеспечены для последовательного соединения ФЭ-элементов 2 в блоке ФЭ-элемента 3. Элемент 9b перекрестного соединения (отрицательный) содержит полосу отрицательного параллельного соединительного слоя 25b для смежного блока 3 ФЭ-элементов, который обеспечен в том же слое, что и элемент 16 межсоединений. Полосу отрицательного параллельного соединительного слоя 25b соединяют с отрицательной соединительной частью 5 через соединение 26b промежуточного слоя. Это конфигурация допускает параллельное соединение множества блоков 3 ФЭ-элементов (конфигурация более 2×2, показанная на Фиг. 6), с использованием регулярной структуры положительных и отрицательных соединительных частей 5, 6, в которых положительная соединительная часть 6 целиком простирается в одиночном слое тонкопленочного ФЭ-модуля. Тогда необходимы лишь отрицательные элементы 9b перекрестного соединения, - один для каждой группы из четырех блоков 3 ФЭ-элементов.

В альтернативном варианте воплощения, разрез которого показан на Фиг. 7B, где положительная и отрицательная части являются функционально взаимозаменяемыми. Следовательно, в этом варианте воплощения, ФЭ-элементы 2 имеют тонкопленочный тип с обернутыми металлом сквозными соединениями (MWT), в которой каждый прозрачный электрод 12 и соответствующий верхний электрод 14 ФЭ-элемента 2 перекрывает множество ФЭ-подэлементов, а элементы 16, 16a, 16b межсоединений обеспечены для последовательного соединения ФЭ-элементов 2 в блоке ФЭ-элемента 3. Полоса положительного параллельного соединительного слоя 25a для смежного блока 3 ФЭ-элементов обеспечена в том же слое, что и элемент 16 межсоединений. Полосу положительного параллельного соединительного слоя 25a соединяют с положительной соединительной частью 6 через соединение 26a промежуточного слоя.

Фиг. 8 показывает схематическое изображение дополнительного варианта воплощения согласно настоящему изобретению сочетания четырех блоков 3 ФЭ-элементов для использования в качестве конструкционного блока ФЭ-модуля 1. ФЭ-элементы 2, используемые в этом варианте воплощения, представляют собой ФЭ-элементы 2 тонкопленочного типа с обернутыми металлом сквозными соединениями. Весь ФЭ-модуль может содержать, например, матрицу комбинации 3×4 блока 3 ФЭ-элементов по Фиг. 8, что приводит к получению ФЭ-модуля, имеющего 48 блоков 3 ФЭ-элементов. В соединительном слое (тонкопленочного) блока ФЭ-элементов, ФЭ-элементы 2 блока 3 ФЭ-элементов соединены последовательно, с использованием областей 27 последовательного соединения. В одном и том же слое образована положительная соединительная часть 6 и отрицательная 5 соединительная часть. Как обозначено на этом схематическом изображении, комбинация четырех блоков 3 ФЭ-элементов дополнительно содержит элемент 9a перекрестного соединения, который электрически соединяет четыре части положительной 6 соединительной части (на расположенной в другом слое). Отрицательная и положительная соединительные части 5, 6 комбинации из четырех блоков 3 ФЭ-элементов просто продолжаются на их сторонах до смежных комбинаций из четырех ФЭ-элементов 3.

Это показано более четко со ссылкой на разрезы, как показано на Фиг. 9A-9C. Общая структура тонкопленочного типа MVT ФЭ-элементов 2 аналогична структуре, показанной на чертежах разрезов Фиг. 7A-D, с небольшими альтернативными компоновками. Тонкопленочные фотоэлектрические элементы 2 структурированы на прозрачной подложке 11, где каждый тонкопленочный фотоэлектрический элемент 2 содержит прозрачный электрод 12, обеспеченный на прозрачной подложке 11, пакет 13 солнечных элементов, расположенный на прозрачном электроде 12, и верхний электрод14, расположенный на пакете 13 солнечных элементов. Обеспечен изоляционный верхний слой 15, отделяющий верхний электрод 14 от контактного слоя (с отрицательной и положительной соединительными частями 5, 6 и областями 27 последовательного соединения). В этом варианте ФЭ-элемента 2 MWT-типа, прозрачный электрод 12 электрически соединен с верхней частью, с использованием элемента 16a межсоединений. Например, элемент 16 межсоединений расположен в центральной части пакета 13 солнечных элементов (и электрически изолирован от нее, следовательно, «с обернутыми металлом сквозными соединениями»). Элемент 16a межсоединений соединен со смежным ФЭ-элементом 2, с использованием области 27 последовательного соединения и проводящего элемента 14a, с верхним электродом 14 этого смежного ФЭ-элемента 2.

Фиг. 9A показывает разрез, как обозначено на Фиг. 8, вдоль линии 9A-9A, на котором отрицательные выводы смежных MWT ФЭ-элементов 2 соединяются между собой, с использованием отрицательной соединительной частью 5. Фиг. 9B показывает разрез, как обозначено на Фиг. 8 вдоль линии 9B-9B, где (положительные) верхние электроды 14 двух смежных ФЭ-элементов 2 соединяются между собой в скрытой структуре, с использованием части 21a положительного контактного слоя. Следует отметить, что в угловой позиции, где четыре ФЭ-элемента, сходящиеся (позиция чуть ниже линии 9B-9B на Фиг. 8) с четырьмя смежными ФЭ-элементами, могут быть соединены между собой указанным образом. Фиг. 9C показывает разрез, как обозначено на Фиг. 8, вдоль линии 9C-9C, на котором положительные выводы смежных ФЭ-элементов 2 скомбинированы или соединены между собой с помощью части 21a положительного контактного слоя и (дополнительными) элементами 22a перекрестного соединения (в изолирующем верхнем 15 слое). В этом варианте воплощения ясно, что (скрытый) элемент 9a перекрестного соединения образован частью 21a положительного контактного слоя и элементом 22a перекрестного соединения.

Следует отметить, что может быть возможен дополнительный вариант ФЭ-модуля 1, в котором положительные и отрицательные структурные элементы являются взаимозаменяемыми. В ФЭ-модуле 1, как описано со ссылкой на Фиг. 8 и 9A-9C, использованы только положительные элементы 9a перекрестного соединения. Возможны варианты, в которых использованы только отрицательные элементы 9b перекрестного соединения (см., например, вариант воплощения, описанный со ссылкой на Фиг. 6), или с сочетанием положительных и отрицательных элементов 9a, 9b перекрестного соединения.

Варианты воплощения настоящего изобретения были описаны выше, с использованием полосообразных ФЭ-элементов 2 или ФЭ-элементов 2 прямоугольной формы. Однако, понятно, что используют и другие формы, которые можно легко адаптировать в способе изготовления для ФЭ-модуля 1 тонкопленочного типа. Например, ФЭ-элементы 2 могут иметь форму прямоугольных элементов, полосообразных элементов или ромбовидных элементов. С использованием ромбовидных элементов, может быть обеспечен другой вариант воплощения, в котором каждый блок 3 ФЭ-элементов содержит три блока ромбовидных ФЭ-элементов 2, имеющих основную ось блока, где основная ось одного блока находится под углом 60 градусов к основной оси смежного блока. Это обеспечивает ФЭ-модуль, состоящий из элементарных блоков гексагональной формы ФЭ-элементов, что обеспечивает очень хорошие характеристики затенения ФЭ-модуля 1. На Фиг. 10A и 10B показан такой примерный вариант воплощения. На Фиг. 10A показан вид сверху единственного блока 3 ФЭ-элементов, с отрицательным выводом 7 и положительным выводом 8. Отдельные ФЭ-элементы 2 трех блоков соединены последовательно, как обозначено извилистой линией, идущей от отрицательного вывода 7 к положительному выводу 8. На Фиг. 10B показан вид сверху комбинации из множества блоков 3 ФЭ-элементов, с получением, таким образом, сотовой конфигурации ФЭ-модуля 1. Кроме того, поскольку могут быть применены настоящие структуры межсоединений, можно дополнительно скорректировать форму ФЭ-модуля с минимальным влиянием на рабочие характеристики ФЭ-модуля 1.

Настоящее изобретение было описано выше со ссылкой на множество примерных вариантов воплощения, как показано на чертежах. Возможны модификации и альтернативные воплощения некоторых деталей или элементов, и они включены в объем охраны, заданный в прилагаемой формуле изобретения.

Предлагается фотоэлектрический модуль с несколькими тонкопленочными (2) фотоэлектрическими элементами. Каждый тонкопленочный фотоэлектрический элемент (2) имеет прозрачный электрод (12), обеспеченный на прозрачной подложке (11), пакет (13) солнечных элементов, расположенных на прозрачном электроде (12), и верхний электрод (14), расположенный на пакете (13) солнечных элементов. Обеспечено множество параллельно соединенных блоков (3) ФЭ-элементов, причем каждый содержит цепочку последовательно соединенных ФЭ-элементов (2). В одиночном верхнем слое межсоединений имеется положительная соединительная часть и отрицательная соединительная часть, с обеспечением схемы параллельного соединения параллельно соединенных блоков (3) ФЭ-элементов. В слое, отличном от одиночного верхнего слоя межсоединений, присутствует по меньшей мере один элемент перекрестного соединения, который обеспечивает электрическое соединение в отрицательной соединительной части и/или в положительной соединительной части. Настоящее изобретение задумано для обеспечения решения для получения тонкопленочного фотоэлектрического модуля с высоким уровнем гибкости по форме, конструкции фотоэлектрического модуля со схемой соединения фотоэлементов, обеспечивающей возможность сконструировать или разделить фотоэлектрический модуль любого размера, без изменения основной характеристики фотоэлектрического модуля. 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Фотоэлектрический модуль, содержащий множество тонкопленочных фотоэлектрических элементов (2), расположенных на прозрачной подложке (11),

причем каждый тонкопленочный фотоэлектрический элемент (2) содержит прозрачный электрод (12), обеспеченный на прозрачной подложке (11), пакет (13) солнечных элементов, расположенный на прозрачном электроде (12), и верхний электрод (14), расположенный на пакете (13) солнечных элементов,

причем обеспечено множество параллельно соединенных блоков (3) фотоэлектрических элементов, каждый из которых содержит цепочку последовательно соединенных фотоэлектрических элементов (2),

причем фотоэлектрический модуль дополнительно содержит положительную соединительную часть (6, 20a) и отрицательную соединительную часть (5, 20b) в одиночном верхнем слое межсоединений, с обеспечением схемы параллельного соединения параллельно соединенных блоков (3) фотоэлектрических элементов, и по меньшей мере один элемент (9a, 9b) перекрестного соединения в слое, отличном от одиночного верхнего слоя межсоединений, причем по меньшей мере один элемент (9a, 9b) перекрестного соединения обеспечивает электрическое соединение в отрицательной соединительной части (5, 20b) и/или в положительной соединительной части (6, 20a).

2. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором ширина элемента каждого из множества фотоэлектрических элементов составляет менее 10 мм, например менее 5 мм.

3. Фотоэлектрический модуль по п. 1 или 2, в котором последовательно соединенные фотоэлектрические элементы (2) обеспечены посредством проводящих элементов (14a) между прозрачным электродом (12) фотоэлектрического элемента (2) и верхним электродом (14) смежного фотоэлектрического элемента (2).

4. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором по меньшей мере один элемент (9a) перекрестного соединения для положительной соединительной части (6, 20a) содержит часть (21a) положительного контактного слоя в слое верхних электродов (14), причем часть (21a) положительного контактного слоя соединяет верхние электроды (14) двух смежных фотоэлектрических элементов (2) двух соседних блоков (3) фотоэлектрических элементов.

5. Фотоэлектрический модуль по п. 4, в котором по меньшей мере один элемент (9a) перекрестного соединения для положительной соединительной части (6, 20a) дополнительно содержит соединительный слой (22a) между частью (21a) положительного контактного слоя и положительной соединительной частью (6, 20a).

6. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором по меньшей мере один элемент (9b) перекрестного соединения для отрицательной соединительной части (5, 20b) содержит часть (23b) отрицательного контактного слоя в слое прозрачных электродов (12), причем часть (23b) отрицательного контактного слоя соединяет прозрачные электроды (12) двух смежных фотоэлектрических элементов (2) двух соседних блоков (3) фотоэлектрических элементов, и соединительный пакет (24b, 21b) поверх части (23b) отрицательного контактного слоя.

7. Фотоэлектрический модуль по п. 6, в котором по меньшей мере один элемент (9b) перекрестного соединения для отрицательной соединительной части (5, 20b) дополнительно содержит соединительный слой (22b) между соединительным пакетом (24b, 21b) и отрицательной соединительной частью (5, 20b).

8. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором положительная соединительная часть (6, 20a) содержит множество соединенных между собой положительных линий (20a, 21a) сетки, где первая группа положительных линий (20a) сетки обеспечена в одиночном верхнем слое межсоединений, а вторая группа положительных линий (21a) сетки обеспечена в слое верхних электродов (14), и при этом положительные линии (20a, 21a) сетки первой группы и второй группы ориентированы по существу перпендикулярно друг другу.

9. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором отрицательная соединительная часть (5, 20b) содержит множество соединенных между собой отрицательных линий (20b, 21b) сетки, где первая группа отрицательных линий (20b) сетки обеспечена в одиночном верхнем слое межсоединений, а вторая группа отрицательных линий (21b) сетки обеспечена в слое верхних электродов (14), и при этом отрицательные линии (20b, 21b) сетки первой группы и второй группы ориентированы по существу перпендикулярно друг другу.

10. Фотоэлектрический модуль по п. 8 или 9, в котором обеспечен по меньшей мере один элемент (9a, 9b) перекрестного соединения, где пересекаются положительные и отрицательные линии (20a, 21a, 20b, 21b) сетки.

11. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором фотоэлектрические элементы (2) имеют тонкопленочный тип с обернутыми металлом сквозными соединениями (MWT), причем каждый прозрачный электрод (12) и связанный с ним верхний электрод (14) фотоэлектрического элемента (2) перекрывают множество фотоэлектрических подэлементов, а элементы (16, 16a, 16b) межсоединений обеспечены для последовательного соединения фотоэлектрических элементов (2) в блоке (3) фотоэлектрических элементов, и при этом

элемент (9b) перекрестного соединения содержит полосу (25b) отрицательного параллельного соединительного слоя для смежных блоков (3) фотоэлектрических элементов, которая обеспечена в том же слое, что и элемент (16) межсоединений, причем полоса (25b) отрицательного параллельного соединительного слоя соединена с отрицательной соединительной частью (5) через соединение (26b) промежуточного слоя.

12. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором фотоэлектрические элементы (2) имеют тонкопленочный тип с обернутыми металлом сквозными соединениями (MWT), причем каждый прозрачный электрод (12) и связанный с ним верхний электрод (14) фотоэлектрического элемента (2) перекрывают множество фотоэлектрических подэлементов, а элементы (16, 16a, 16b) межсоединений обеспечены для последовательного соединения фотоэлектрических элементов (2) в блоке (3) фотоэлектрических элементов, и при этом

элемент (9a) перекрестного соединения содержит полосу (25a) положительного параллельного соединительного слоя для смежных блоков (3) фотоэлектрических элементов, которая обеспечена в том же слое, что и элемент (16) межсоединений, причем полоса (25a) положительного параллельного соединительного слоя соединена с положительной соединительной частью (6) через соединение (26a) промежуточного слоя.

13. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором положительная соединительная часть (6, 20a) и отрицательная соединительная часть (5, 20b) в одиночном верхнем слое межсоединений охватывают площадь поверхности, перекрывающую блок (3) фотоэлектрических элементов.

14. Фотоэлектрический модуль по п. 13, в котором упомянутая площадь поверхности снабжена перфорационными отверстиями.

15. Фотоэлектрический модуль по п. 1, в котором фотоэлектрические элементы (2) имеют форму прямоугольных элементов, полосообразных элементов или ромбовидных элементов.

16. Фотоэлектрический модуль по п. 15, в котором фотоэлектрические элементы представляют собой ромбовидные элементы, и каждый блок (3) фотоэлектрических элементов содержит три блока ромбовидных фотоэлектрических элементов (2), имеющих основную ось блока, где основная ось одного блока находится под углом 60 градусов к основной оси смежного блока.