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薄层半透明光伏单电池

阅读：1025发布：2020-07-21

专利汇可以提供薄层半透明光伏单电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种对光半透明的光伏单电池，其包括被透明区（6）分隔的多个光伏活性区（1），‑所述光伏活性区（1）由布置在对光透明的基板（5）上的薄层（2、3、4）的堆叠形成，所述薄层至少由以下各项构成：透明电极（2）、吸收体层（3）以及金属电极（4）；‑并且所述透明区（6）是至少被布置在金属电极（4）中和吸收体层（3）中的开口，用于让最大量的光通过；其特征在于此外包括导电的收集栅格（8），所述收集栅格被布置成要么与前电极（2）接触以用于减小透明电极（2）的电阻，要么与吸收体（3）接触以用于促进对所述单电池所生成的电流的收集。，下面是薄层半透明光伏单电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种对光半透明的光伏单电池，其包括被透明区（6）分隔的多个光伏活性区（1），
-所述光伏活性区（1）由布置在对光透明的基板（5）上的薄层（2、3、4）的堆叠形成，所述薄层至少由以下各项构成：透明电极（2）、吸收体层（3）以及金属电极（4），吸收体层（3）被布置在透明电极（2）和金属电极（4）之间；
-并且所述透明区（6）是至少被布置在金属电极（4）中和吸收体层（3）中的开口，用于让最大量的光通过；
其特征在于此外包括导电的收集栅格（8），所述收集栅格被布置成要么与透明电极（2）
接触以用于减小其电阻，要么与吸收体（3）接触以用于促进对所述单电池所生成的电流的收集。
2.根据权利要求1所述的光伏单电池，其特征在于，所述透明区（6）通过以中断或不中
断的直线带的形状或根据任何其它形状的开口来实现，所述收集栅格（8）于是具有适配于所述开口的尺寸和形状，以用于限制其在透明区（6）处的可见性。
3.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，某些光伏活性区（1）被在
两个相邻的光伏活性区（1、1’）之间布置在透明电极（2）上的收集栅格（8）所代替，收集栅格（8）的整体通过收集总线（10）而电气相连。
4.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，为了最小化收集栅格（8）
的视觉影响，所述收集栅格具有布置在某些光伏活性区（1）上的倒置的T的形状，以使得仅仅对应于倒置的T的基底的收集栅格（8）的小表面与透明电极（2）接触。
5.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述光伏活性区（1）由透
明电极（2）、比透明电极（2）窄的吸收体层（3）以及金属电极（4）构成，并且在于所述收集栅格（8）由布置在透明电极（2）上的、位于与吸收体层（3）相对处的细的金属细带构成。
6.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述光伏活性区（1）此外
包含多个沟道（7），所述沟道被布置在金属电极（4）和吸收体层（3）中，在该处导电的收集栅格（8）与透明电极（2）接触，所述收集栅格（8）通过介电材料（9）而与金属电极（4）和吸收体层（3）分隔，以使得减小透明电极（2）的串联电阻，同时最小化收集栅格（8）的可见性。
7.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述收集栅格（8）以在环
绕由薄层（2、3、4）的堆叠形成的光伏活性区（1）的介电材料（9）上所布置的金属罩的形式来实现。
8.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述收集栅格（8）在透明
电极（2）的实现之前被布置在基板（5）上，以使得所述收集栅格（8）被埋入透明电极（2）中。
9.根据权利要求8所述的光伏单电池，其特征在于包括被插入在基板（5）和所埋入的收
集栅格（8）之间的防反射的层。
10.根据权利要求8所述的光伏单电池，其特征在于，所述收集栅格（8）的区被布置在透
明电极（2）的层中，光伏活性区（1）的下方，以及相对于与基板（5）的界面而缩进，并且具有比光伏活性区（1）的宽度小的宽度，使得收集栅格（8）限制对环境光的荫蔽，以用于最大化通过光伏活性区（1）的电流生成。
11.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述收集栅格（8）被直
接布置在吸收体层（3）的内部。
12.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述收集栅格（8）是金
属的。
13.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述收集栅格（8）在其
之间通过前面的收集总线（10）而电气相连，所述前面的收集总线与使金属电极（4）相连的后面的收集总线（11）电绝缘。
14.根据权利要求6所述的光伏单电池，其特征在于，所述介电材料（9）对于可见光是透
明或半透明的。
15.根据权利要求14所述的光伏单电池，其特征在于，介电材料（9）的折射率有利地被
包括在透明基板（5）或透明电极（2）的折射率以及空气或光学透明胶的折射率之间。
16.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述光伏活性区（1）具
有任何形状并且具有的尺寸使得人眼不能辨别它们。
17.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述光伏活性区（1）或
透明区（6）被组织成基本几何结构的网。
18.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述光伏活性区（1）或
透明区（6）被组织成线性几何结构、圆形几何结构或多边形几何结构的网。
19.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述透明电极（2）由石
墨烯或金属纳米结构构成，又或由透明导体氧化物构成。
20.根据权利要求19所述的光伏单电池，其特征在于，所述透明导体氧化物是SnO2、ITO、
IZO、AZO、BZO、GZO或ZnO。
21.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述吸收体层（3）由一
个或多个无机和/或有机的半导体材料构成。
22.根据权利要求21所述的光伏单电池，其特征在于，所述一个或多个无机半导体材料
是基于非晶或微晶硅、GaAs（砷化镓）、CdTe（碲化镉）、或CIGS（铜-铟-镓-硒）构成的，并且所述一个或多个有机半导体材料是基于聚合物构成的。
23.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述金属电极（4）由包
括以下各项的金属构成：铝（Al）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、钼（Mo）、铬（Cr）、钛（Ti）或钯（Pd）。
24.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述透明基板（5）由固
体材料构成，并且可以是刚性或柔性的。
25.根据权利要求24所述的光伏单电池，其特征在于，所述固体材料是无机玻璃、有机
玻璃，又或PMMA、PET或聚碳酸酯类型的聚合物。
26.根据权利要求1和2中之一所述的光伏单电池，其特征在于，所述透明基板（5）被防
反射或抗UV的功能表面覆盖。
27.一种电气装置，其特征在于包括一个或多个根据前述权利要求中任一项所述的单
电池。
28.一种用于制造根据权利要求6所述的光伏单电池的方法，在所述方法中：
-供应对光半透明的单电池，其包括被透明区（6）分隔的多个光伏活性区（1）；
-通过对构成金属电极（4）和吸收体层（3）的材料的蚀刻或烧蚀而在光伏活性区（1）中
布置沟道（7）；
-在未经蚀刻的光伏活性区（1）周围沉积介电材料（9），而同时在沟道（7）处让透明电极（2）的区显现；
-沉积收集栅格（8）以及前面的收集总线（10）和后面的收集总线（11）。

说明书全文

薄层半透明光伏单电池

技术领域

[0001] 本发明涉及基于薄层光伏单电池并且同时用于产生电以及通过透明性而看到与光伏电池相关联的图像的半透明光伏设备的领域。

背景技术

[0002] 通过薄层或小的厚度，所理解的是任何性质（有机、无机）的光伏层，其中吸收体的厚度被包括在自数十纳米（在有机光伏材料的情况下）至数十微米（在某些无机光伏材料的情况下）的幅度中。

[0003] 这样的模块开始在整整一系列的商业应用中显露出其用处，尤其是在用于诸如便携式电话、触摸平板、计算机屏幕或配备有半透明光伏屏幕的其它设备之类的电子设备的
光伏屏幕的领域中，所述光伏屏幕即这样一种屏幕：其对于位于其前方的观察者而言让图
像显现而同时穿过不透明的光伏活性区而采集入射光的一部分以用于将其变换成用于为
配备有这样的屏幕的设备供电的电能。

[0004] 如这在专利US2012/236540中所描述的，为了同样好地改善其在透明性方面以及在光伏转换效率方面的性能，这样的屏幕优选地但并非必要地与光学器件相关联，所述光
学器件例如以叠合在图像显示系统以及半透明光伏模块上的透镜网的形式。

[0005] 然而薄层光伏模块一般由串联的多个光伏电池组成。这样的模块尤其在文献EP0500451-B1中被描述。该模块设计具有以下优点：增加模块端子上的电压并且减小由模
块的电极所引导的电流以及减小尤其在位于电池的前面上的透明电极处的电阻性损耗。但
是该设计同样已知一些缺陷。如此，光伏电池的串联通过对组成薄层光伏模块的不同的层
的蚀刻方法来进行。第一蚀刻，通常称为P1，是对透明电极的蚀刻，所述透明电极同样称为前电极，其沉积在透明基板上。称为P2的第二蚀刻是对光伏吸收体层的蚀刻，所述光伏吸收体层还称为吸收体，因为其吸收入射光子。第三蚀刻，称为P3，是对金属电极（所述金属电极还称为后电极）和/或光伏吸收体层的蚀刻。光伏模块的该设计在其在配备有大尺寸的粗糙屏幕的设备中的使用的范围中不存在特别的问题。相反，一旦从观察者的观点来看需要设
备的屏幕的图像品质的感知是完美的，这是例如对于所谓智能的便携式电话（英语中为
“smartphone”（智能电话））的情况，与已知半透明光伏模块的设计相关的多个缺陷显现出来。

[0006] 与蚀刻的错位相关的缺陷

[0007] 通过平面视图，例如从处于模块对面的观察者的观点而言，蚀刻P1、P2、P3相对于彼此轻微错位。由于蚀刻技术的有限精度以及为了不使它们叠合所取的容差，该错位可能或多或少是重大的。

[0008] 因此，对于两个相邻电池的每个串联，约为0.3mm的光伏材料的宽度在光伏转换方面变得无效，这减小屏幕的总体转换效率。例如对于智能电话的典型尺寸（假设大约40×70
2 2
=2800mm），光伏活性表面的损失可以从5%至10%，即多达280mm。该损失因此是不可忽视的，并且减小此外通过采用光伏半透明屏幕所能获得的优点。

[0009] 与电池的荫蔽相关的缺陷：

[0010] 将光伏电池串联的另一后果是在使用如此连接的电池的模块的荫蔽下的感光性。事实上，如果电池之一处于比其它电池的照明更小的照明下（在例如所承受的阴影或荫蔽
的情况下），在荫蔽下的该电池的电产出的降低将影响所有其它电池，因为电流在串联连接的所有电池中将以相同的方式降低。以相同的方式，如果由于例如光伏材料的沉积或掺杂
的同质性缺陷所引起的电池之一与其它电池相比性能不太好，则正是该欠缺的电池将造成
其它电池的损失并且降低光伏模块在其总体上的性能。

[0011] 与蚀刻线的可见性相关的缺陷：

[0012] 透明电极的蚀刻诱发被背光屏幕所发射的光穿过的区的光学指数的局部改变。结果，存在该区中通过的光线的局部偏离，并且即使材料本身是透明的，观察者也感知到蚀刻线，这产生不合期望的光学效应。

[0013] 此外，在某些光学配置中，存在于光伏材料区上的蚀刻区将可能也被看到。在堆叠的接连两层之间的指数的改变可能在每个蚀刻区中也是可见的，要么直接看见，要么通过在某些角度下的反射。

[0014] 考虑到屏幕产业所一般要求的光学品质，其旨在约为90%或更多的透明率，由于光伏电池的串联所引起的蚀刻线的可见性因此同样要避免。

发明内容

[0015] 发明目的

[0016] 本发明的一般目的因此在于提出一种没有前述缺陷的半透明光伏单电池的结构，以及制造所述单电池的方法。

[0017] 特别地，本发明的目的在于提出一种被适配用于使能其在电子设备、尤其是便携式电话的屏幕中的满意集成的半透明光伏单电池的结构。该结构于是应当解决在所显示的
图像的品质、因此的对于光的提高的透明性要求（大约80-90%）以及不受荫蔽问题影响的在等效于1日照（AM 1.5G）的照明下大于2mW/cm2的电产出品质之间的矛盾。

[0018] 发明主题

[0019] 为了达成所确定的目标，本发明的主题是一种光伏单电池，使用这样的单电池的装置，以及制造这样的单电池的方法，诸如在权利要求中所限定的那样。特别地，本发明的第一主题是对于光半透明的光伏单电池，其包括被透明区分隔开的多个光伏活性区，

[0020] -所述光伏活性区由被布置在对于光透明的基板上的薄层的堆叠形成，所述薄层至少由以下各项构成：透明电极、吸收体层以及金属电极；

[0021] -并且所述透明区是至少被布置在金属电极中以及吸收体层中的开口，用于让最大量的光通过；

[0022] 其特征在于此外包括导电收集栅格（8），所述栅格被布置成要么与前电极（2）接触以用于降低透明电极（2）的电阻，要么与吸收体（3）接触以用于促进由所述单电池所生成的电流的收集。

[0023] 本发明的第一原理在于针对转换的活性区的整体，通过单电池来取代多个光伏电池的串联。将光伏单电池称为唯一的光伏电池，其包括连成一片的薄层并且包括至少两个
导电层，即透明电极和金属电极，以及能形成光伏二极管的半导体中间层。如在详细的描述中将看到的，该布置用于至少部分地解决以上提及的三个问题。

[0024] 然而，基于单电池的该设计产生可能在电气方面造成损失的新问题。事实上，透明电极的串联电阻限制由单电池所产生的电流。为了解决该寄生效应，本发明预备恢复后部接触，如将与附图相关联地描述的那样。本发明预备改善由吸收体层所产生的电能的收集，这通过添加收集线或收集栅格，其比通常使用的透明电极的组成材料更导电。

[0025] 根据保持在本发明的范围中的某些实施例，透明电极由石墨烯或金属纳米结构构成，或还由透明导体氧化物（诸如SnO2、ITO、IZO、AZO、BZO、GZO或ZnO）构成。金属电极由诸如铝（Al）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）、钼（Mo）、铬（Cr）、钛（Ti）或钯（Pd）之类的金属形成。吸收体层由一种或多种无机和/或有机的半导体材料组成，例如基于非晶或微晶硅、
GaAs（砷化镓）、CdTe（碲化镉）、CIGS（铜-铟-镓-硒）或基于聚合物。其可以涉及p-i-n或p-n型的结，或还涉及串列式架构，也就是说包括优选地吸收光谱的不同部分的材料的多层。其可以被设计用于将可见光和/或紫外光和/或红外光转换成电。有利地，半导体材料的选择
被实现用于最大化所针对的照度条件中的光子的捕获。

[0026] 光伏活性区可以是任何形状的并且具有的尺寸使得人眼不能辨别它们。为此，光伏区的宽度优选地小于200微米。在特定的实施例中，光伏活性区或透明区被组织成基本几何结构、线性几何结构、圆形几何结构或多边形几何结构的网。

[0027] 优选地，为了确保在光伏单电池处的良好透明度，所述光伏单电池包括被布置在金属电极和吸收体的层中的透明区，以使得位于基板前方的观察者可以看到在光伏电池的
后方显示的图像，这些透明区被配置用于使得在它们之间存在光伏活性区。光伏单电池的
透明性是被不透明的光伏活性区所占据的表面分数的函数。在有利的实施例中，除了金属
电极和吸收体层之外，透明区还被布置在透明电极中，以便增加在透明区处光的透射，因为通过减少界面的数目，使得界面处的光学反射现象最小化。

[0028] 以该方式，与具有类似尺寸的已知光伏模块的差异在于，没有小尺寸的单独电池的串联，所述小尺寸典型地在宽度上大约小于1厘米。此外，单电池使得能够避免将最终可见并且因此不利于与光伏模块相关联的图像的视觉品质的光伏电池层的大部分蚀刻。

[0029] 相反，根据本发明的单电池形成基本上具有光伏模块或相关联的图像的尺寸的同质区，该图像可以是任意的。例如，其可以涉及背光屏幕的有源图像，如在移动电话、触摸平板、或具有背光图像的其它设备的情况中那样。但是，其也可以涉及单纯无源的反射图像，如在电子标签、双稳态屏幕（如在英语中所谓“e-paper”的电子纸张的情况中那样）、或甚至是承载了印刷图像的简单纸片的情况中那样。

[0030] 单电池的收集栅格是导电的并且优选地是金属的以用于促进在吸收体层中生成的并且通过单电池的透明电极输送的电荷的收集。该收集栅格因此使得能够减小透明电极
的电阻，所述电阻限制单电池的电学性能。

[0031] 该收集栅格可以以多种方式实现。根据第一实施例，某些光伏活性区由两个相邻光伏活性区之间的透明电极上所布置的收集栅格取代（参见图8），收集栅格的整体通过收集总线来电连接。

[0032] 根据另一有利实施例，光伏活性区由比透明电极窄的吸收体层和金属电极构成，并且收集栅格由布置在透明电极上的、位于与吸收体层相对处的细的金属细带构成（参见
图10）。这些金属细带可以非常细并且以裸眼不可见，这使得能够增加单电池的表面的外观的同质性。

[0033] 根据另一实现变型，收集栅格以在环绕由薄层的堆叠形成的光伏活性区的介电材料上布置的金属罩的形式来实现（参见图11）。

[0034] 根据附加的实现变型，收集栅格在透明电极的实现之前被布置在基板上，以使得所述收集栅格被埋入透明电极中（参见图12）。在该情况中，可以看到益处在于防反射的层被插入在基板和所埋入的收集栅格之间，以使得还减少所埋入的收集栅格的视觉影响。

[0035] 还可能的是，收集栅格（8）的区被完全布置在透明电极层的内部，在光伏活性区下方并且相对于与基板的界面而缩进（参见图13）。在该情况下，根据有利的变型，构成收集栅格的区具有比光伏活性区的宽度小的宽度，以使得收集栅格限制环境光的荫蔽，以用于使得光伏活性区的电流生成最大化（参见图14）。例如，收集栅格的区具有微米数量级的宽度并且位于光伏活性区下方的透明电极中，以使得收集栅格的带对于处于模块的基板前方的
观察者而言不可见。

[0036] 可替换地，收集栅格直接在吸收体层内部。

[0037] 有利地，为了最小化收集栅格的视觉影响，所述收集栅格具有被布置在某些光伏活性区之上的倒置的T的形状，以使得仅仅对应于倒置的T的基底的收集栅格的小表面与透
明电极接触（参见图9）。这减小收集栅格的视觉影响，但是损失了对应的收集区的面积，因为电流产生区于是被分流。

[0038] 为了补救这点，可以预见的是在呈倒置的T形状的金属带和光伏活性区之间的界面区借助于电绝缘体而被钝化，收集栅格于是被沉积在钝化层上。获得与先前相同的对收
集栅格的视觉影响的减小，而将对应的光伏活性区保持在运转状态上。在该实施例中，所述光伏活性区包含多个沟道，所述沟道被布置在金属电极和吸收体层中，在该处导电收集栅
格与透明电极接触，所述收集栅格通过介电材料而自金属电极和吸收体层分隔，以使得减
小透明电极的电阻，而同时最小化收集栅格的可见性（参见图17）。

[0039] 在光伏活性区中所布置的沟道的数目，以及在收集栅格和透明电极之间的接触面积被调整以使得最小化单电池的串联电阻，同时最大限度地降低由于该收集栅格的存在所
引起的并且对于观察者而言不合期望的光学效应。本领域技术人员将懂得根据透明电极的
固有电阻以及根据光伏单电池在所针对的应用中应当供应的电流来适配沟道的密度和收
集栅格的尺寸。

[0040] 收集栅格自吸收体层和金属电极分隔，这通过介电材料层而划定了沟道，所述介电材料层使收集栅格与这些薄层电绝缘，以便消除任何短路可能性，所述短路将导致单电
池的电学性能的降级。

[0041] 被布置在沟道的总体中的收集栅格在其之间通过前面的收集总线而电连接，所述前面的收集总线与使金属电极电连接的后面的收集总线电绝缘。在两个总线之间的电绝缘
可以借助于先前所述的介电材料而实现。此外，介电材料可以在某些实施例中通过单一步
骤来沉积并且因此覆盖透明区。介电材料因此有利地对于可见光是透明或半透明的以便不
减少穿过所述透明区的光的透射。此外，介电材料的折射率有利地被包括在透明基板或透
明电极的折射率以及空气或光学透明胶的折射率之间，以使得减少在界面处的光学反射现
象并且增加在透明区处的光的透射。

[0042] 按照不同的实施例，透明基板可以由固体材料构成，诸如无机玻璃、有机玻璃，又或PMMA、PET或聚碳酸酯类型的聚合物，并且可以是刚性或柔性的。

[0043] 在没有表示的特定实施例中，透明基板被例如防反射或抗UV的功能表面覆盖。

[0044] 本发明的主题还在于使用此处所述的一个或多个单电池的任何装置。

[0045] 本发明的另一主题涉及制造这样的半透明光伏单电池的方法，在所述方法中：

[0046] -供应对于光半透明的单电池，其包括被透明区所分隔的多个光伏活性区；

[0047] -通过对构成金属电极和吸收体层的材料的蚀刻或烧蚀而在光伏活性区中布置沟道；

[0048] -在未蚀刻的光伏活性区周围沉积介电材料，而同时在沟道处让透明电极区显现；

[0049] -沉积收集栅格，以及前面和后面的收集总线。

附图说明

[0050] 本发明借助于其与附图相关的详细描述将被更好地理解，在所述附图中：

[0051] -图1是在传统的多电池光伏模块中的串联连接的相邻两个光伏电池的横截剖面视图，诸如在构成现有技术的部分的文献EP0500451-B1中所描述的；

[0052] -图2是图1中已知的光伏模块的示意性俯视图；

[0053] -图3是根据图1和图2的模块的示意性细节视图，即在光伏模块的两个相邻电池之间的连接区E的横截剖面视图；

[0054] -图4是根据现有技术的多电池且半透明的光伏模块的平面示意图；

[0055] -图5是根据本发明的、在透明区的实现之前所表示的光伏单电池的平面视图；

[0056] -图6是根据图5的、配备有其透明区的光伏单电池的平面视图；

[0057] -图7是图6的、此外配备有收集栅格的光伏单电池的平面视图；

[0058] -图8至11是示出了根据本发明的光伏单电池的收集栅格的四个实施例的横截剖面视图；

[0059] -图12至15是其它实施例的横截剖面视图，其中收集栅格要么埋入光伏单电池的透明电极层中，要么埋入吸收体层中。

[0060] -图16是使用具有不同于图8至15的薄层的薄层堆叠的另一类型的光伏二极管的实施例的横截剖面视图。

[0061] -图17a、17b和17c分别图示了根据本发明的另一光伏单电池的前视图和两个横截剖面视图。

[0062] -图18a、18b、18c和18d通过横截剖面而示意性地示出了一些对象，其图示了在制造图17a至17c上所表示的光伏单电池的方法中的不同中间步骤。

[0063] 各图不是按比例的，单电池的组件的相对厚度被主动放大以用于更好地使其结构显现。

具体实施方式

[0064] 参考图1，其是先前提及的专利文献EP0500451-B1的图7的再现。该图的数字参考标记诸如其出现在所述文献中的那样。光伏模块包括两个相邻的光伏电池20、30，所述光伏电池在其之间通过互连区19而相连，所述互连区由平行且基本上相邻的三个区构成：透明
电极2的中断区21，其对应于称为P1的蚀刻，其中电池的光伏吸收体层3直接来与基板5接
触；钻孔或中断区23，其对应于该相同半导体层的称为P2的蚀刻，其中金属电极4直接来与近邻电池20的透明电极2接触，然后金属电极的另一中断区25，其对应于称为P3的蚀刻。

[0065] 该已知模块的半透明性由与串联互连区19垂直的透明带所确保，所述透明带通过蚀刻来切割，然后在其之间通过接触部的恢复而重新连接。

[0066] 在图3上表示了图1的该已知结构的更示意性的视图，其具有将在下文的描述中再拿来的数字参考标记。所述结构由参考标记为5的玻璃基板以及薄层（2、3、4）的堆叠所组成。标志2表示构成透明电极的透明导体层。标志3表示光伏吸收体层，其典型地由掺杂的硅制成，如本身所已知的那样。标志4表示构成金属电极的典型金属的导体层。

[0067] 通过12表示了透明电极2的绝缘线。其通过蚀刻P1而获得并且使得能够关于两个相邻的电池而将电极电绝缘。通过13表示了吸收体的绝缘线。其通过蚀刻P2而获得并且使
得能够将吸收体与两个相邻的电池电绝缘。通过14表示了金属电极4的绝缘线。其通过蚀刻P3而获得并且使得能够将金属电极与两个相邻的电池电绝缘。

[0068] 在图2上表示了根据图3的光伏模块的平面示意图。对应于蚀刻P1、P2以及P3的不同的蚀刻线以不同的程度可见，这根据其相对于基底的表面被实现所按的深度。因此，参考标记10指示连接总线，所述总线中之一连接到阳极并且另一个连接到阴极。参考标记C指示串联的多个光伏电池。D E和F指示化学或激光切割的轨迹，其经由透明性而从上方可见，并且其分别对应于在不同层中所实现的蚀刻线。

[0069] 在现实中最可见的区由对应于图3的区E的蚀刻构成，所述区E对应于基本光伏电池的串联区。但是同样看到与模块的阴极和阳极的连接总线相对应的蚀刻D、F。

[0070] 在基本电池的串联区E中看见最多的是金属接触部13（图3），其对应于两个近邻电池的串联（透明导体层上的金属）。

[0071] 还看到与透明电极2的蚀刻对应的线12，这是由于堆叠中的指数的跳变，因为从玻璃基板5为1.5的指数直接转到针对吸收体3的硅的3.5的指数，由此，在蚀刻线12上的光反
射将更强且可见。

[0072] 对于金属电极4的绝缘线14，在光学连续性上存在中断，因为在金属电极4的不透明的金属中的孔洞让没有被模块的光学系统所引导的残余的光通过，这存在于其中光伏模
块使用这样的光学系统用于引导光的情况中。

[0073] 图4是与图2的视图类似的视图，但是其中添加了透明区6，所述透明区在此处以通过例如激光蚀刻所切割的透明带的形式而实现在吸收体和电极的层中。

[0074] 透明带的存在让蚀刻P1、P2、P3的平面的可见性继续存在，如在上文中所解释的那样，但是现在看到以中断的划线的蚀刻线。串联区E的这些蚀刻轨迹（12、13、14）的整体是可见的并且干扰将被布置在光伏模块下方的图像的视觉品质，以使得该类型的已知模块不能被有效地集成在便携式电话类型的电子设备中，因为这些轨迹对于屏幕上的图像的可视性
的负面影响将太不利。

[0075] 现在参考图5和6，以用于描述本发明的原理，其借助于唯一的光伏电池，称为单电池，可以覆盖设备的整个有用表面，例如电子显示设备（如例如便携式电话）的屏幕。

[0076] 在图5上通过俯视图表示了在实现透明区6之前的单电池。如所看到的，实现包括唯一并且连成一片的单个光伏电池C。所述光伏电池在它的边上通过连接总线（10、11）而被划定，所述连接总线其一与透明电极2接触并且其中另一个与金属电极4接触，并且由此通
过平面视图察觉到激光蚀刻条纹D、F（图6）。在该配置中，与参考图1至4所描述的已知光伏模块的区别之处在于，不再有任何连接区来串联多个电池，因为仅仅存在单个大尺寸的光
伏电池，其代替大量串联连接的小基本电池。

[0077] 在图6上表示了图5的光伏单电池的相同平面视图，但是在典型不透明的电池中实现了透明区6的集合之后。这些透明区6例如通过规则带的切割而实现，尤其借助于通过激
光束的蚀刻方法。透明带或透明区6优选被规律地间隔开。针对观察者接近的图像，透明带和/或光伏活性带典型地以小于数微米的距离而被间隔开。针对观察者更远的图像，透明带和/或光伏活性带优选地以小于毫米的距离而被间隔开。

[0078] 根据按本发明的光伏单电池的有利实施例，某些透明区6可以以优选规律的间隔、被导体收集栅格8所取代，如在图7上通过平面视图以及在图8上通过剖面视图所表示的那
样。所述收集栅格比构成透明电极2的材料导电得多，并且使得能够减小所述透明电极2的
串联电阻。收集栅格8如被置于透明电极2上的电气分流器而起作用。所述收集栅格例如通
过铝、通过n或p掺杂的硅、通过银或另一非常导电的材料来实现。

[0079] 如在图8上所见到的，收集栅格8定位在透明电极上，这在位于那里的吸收体层3的去除之后。在收集栅格8和相邻的吸收体3的区之间存在透明区6，所述透明区对应于其中吸收体层3以及金属电极4的层已经尤其通过激光蚀刻、化学蚀刻或等离子体蚀刻而被去除的
区。收集电流的区通过吸收体区的堆叠的剩余部分以及置于其上的金属电极的剩余部分所
构成。

[0080] 与随后的图相关联地，将描述针对这样的收集栅格8的实现的可能的多个变型。

[0081] 在图8上，在收集栅格8和透明电极2之间的界面，其是金属且发亮的，可以被观察者通过俯视图而可见，这可能损害其中可以并入光伏模块的设备的视觉外观。解决该问题
的一种方式在于在收集栅格8和透明电极2之间插入非反射的元件（未表示）。

[0082] 另一解决方案在于使收集栅格8的可见尺寸最小化，如在图9上所表示的那样，其中收集栅格8具备倒置的T的形状，以使得T的基底位于与透明电极2的界面处。因此，通过俯视图而可见的收集栅格8的金属表面被缩减，然而收集栅格8的体积以及因此其导电能力相
对于图8并不改变。

[0083] 图10还表示了收集栅格8的另一实现变型，其中收集栅格的可见性的光学优化通过另一手段来获得。与光伏吸收体层3中的每一个相对地，在透明电极2上实现更细的收集
栅格8，而不是在某些吸收体3的带的位置处创建足够宽的收集栅格。很好理解，本领域技术人员将懂得根据透明电极2的固有电阻以及根据光伏电池在所针对的应用中应当供应的电
流来适配收集栅格8的线的密度。

[0084] 在图11中表示收集栅格8的另一变型。该结构呈现一些光伏活性区1，所述光伏活性区在一个光伏电池中实现并且建立在透明基板5上。光伏活性区1由透明电极2、吸收体层
3以及金属电极4组成。介电材料9（氧化物、氮化物、聚合物等等）在光伏活性带1的整个长度上以罩的形式包裹这些层（3、4）。理想为金属（铜、铝、银等等）的导体材料被沉积在介电材料9的上方，同样在带1的整个长度上。因此在光伏电池的透明电极2和金属材料8之间存在
电接触。然而，在该相同的金属材料8以及组成光伏电池的其它层（3、4）之间不存在任何电接触。在该变型中，材料8起到金属收集栅格8的作用，所述收集栅格收集在光伏电池的透明电极2中流通的电子。该结构呈现以下优点：减小电池的串联电阻，这是由于缩减了在由一般更为电阻性的透明导体材料所组成的透明电极2中由电子所经历的电气路径。层8还可以
起到对光的反射器的作用，这增加电池的能量效率。要注意的是，透明电极2可以对于所有光伏活性带1是公共的。于是获得对于光伏活性带1的整体而共有的透明电极2。

[0085] 另一进行方式在于实现一种不再是以凸起而布置在透明电极的透明电极上的收集栅格，而是将收集栅格埋入透明电极的透明电极内部，如在图12至15的变型中所表示的
那样。

[0086] 在图12上，收集栅格8在两个相邻的光伏活性带之间被埋入透明电极2中。但是考虑到玻璃基板5和透明电极2的透明性，如果收集栅格8有点太宽，则可能的是其金属反射通过穿过覆盖它的透明导体材料和玻璃的透明性仍可见。可以通过在玻璃和收集栅格8之间
插入防反射层（未表示）而对这进行衰减。

[0087] 在图14上表示的另一变型在于以导体细线8的集合的形式而实现收集栅格8，每条线具有比由堆叠（3、4）所构成的收集区的宽度小的宽度，并且被布置在透明电极2中，与吸收体3的对应的线相对。由于吸收体3和收集栅格8具有相似的亮度，因此收集栅格将不增添附加的视觉干扰。此外，吸收体3的线将非常不太可见，这是由于其构成规律间隔开的线的网。

[0088] 虽然由收集栅格8所形成的导线与没有收集栅格8的解决方案相比将产生光伏收集表面的损失，但是在某些情况下损失将是足够低的使得这相对于由透明导体材料所诱发
的损失而言并不令人感兴趣。事实上，在弱的照明（～1000勒克司）下，串联电阻对所生成的电力的影响并不显著，因此收集栅格的益处很低甚至为零。相反，在强照明（～0.5SUN，即大约50 000勒克司）的情况下，透明电极2的串联电阻强烈地造成损失（即约为50%的电力损
失）。

[0089] 因此，收集栅格要么通过荫蔽、要么通过减小活性表面而造成损失小部分的光伏活性表面，但是相反其使得能够利用光伏二极管的所有潜能。因此，在强照明下，收集栅格8最终使得挣得所产生的电力。

[0090] 该变型的另一优点在于保持了吸收体材料的标准供应并且不需要蚀刻透明电极。此外，透明电极可能非常细（约为数十纳米），这使得能够在收集区之间保持模块的高透明性。

[0091] 要注意的是，对于被埋入透明电极2中的收集栅格8的变型从制造效率的观点上来说具有附加的优点。事实上，当收集栅格8被插入在透明电极下方且在吸收体的带之间时，如在图8至11上所表示的，其在最后一步骤中实现。然而，其涉及具有可以达到90%的废品的非常高的损失率的步骤。为了限制损失，有可能要么在构成吸收体的层的沉积之前直接在
玻璃基板上实现收集栅格8（图12、14），要么甚至在透明电极2的内部（图13），或甚至在没有透明电极的情况下（图15）实现收集栅格8。

[0092] 第一选项似乎在经济上是最令人感兴趣的。事实上，如果在收集栅格8的实现期间，出现制造缺陷，则以非常低的成本来对板进行重新加工是非常简单的。此外，所埋入的收集栅格提供了用于可能的制造方法的大区段，用于实现收集栅格8在透明电极2上的金属
接触的取得，尤其在涉及温度范围时，没有吸收体层3的劣化的风险，因为吸收体层3在实现收集栅格/透明电极的接触的取得期间还没有被沉积。

[0093] 图15类似于图14，但是其中已经去除了透明电极：收集带8足够细使得吸收体3的导电率足够收集直接朝向收集栅格8的电子，而没有借助于透明导体材料。

[0094] 在图16上，表示了作为图8、14或15的结构的变型的结构，其中单电池包括吸收体3，所述吸收体3是CIGS（铜、铟、镓、硒）类型的材料。薄层（2、3、4）的堆叠于是被倒置并且形成P-N结。在该情况下，有必要在光伏活性区1之间插入透明电绝缘体9，其也称为透明电介质。但是这特别地示出了使用光伏单电池的本发明可以容易地适合于不同的吸收体材料，
并且最终独立于所使用的光子捕获技术。

[0095] 现在参考图17，其图示了根据本发明的另一光伏单电池的前视图（图17a）以及沿着轴J（图17b）或沿着轴K（图17c）所看的所述单电池的两个横截剖面，所述两个轴在图17a中被定义。

[0096] 所述单电池由三个光伏活性带1组成，所述光伏活性带本身由三个薄层构成，即透明电极2、吸收体层3以及金属电极4。这些光伏活性带1被自由带6分隔，所述自由带对应于在该处吸收体层3以及金属电极4已经被蚀刻的透明区。光伏活性带1包含多个沟道7，所述
沟道同样是通过对吸收体层3以及金属电极4的蚀刻而布置在这些光伏活性带1中的开口。

[0097] 这些沟道7使得能够将透明电极2与导电的收集栅格6电接触，以使得减小透明电极2的固有电阻，而同时最小化该栅格6的可见性。然而，为了不降低单电池的电学性能，收集栅格6通过介电材料9而自光伏活性带1的吸收体层3和金属电极4分隔。

[0098] 位于每个光伏活性带1上的收集栅格8的整体在单电池的外围处与前面的收集总线10相连，这使得能够收集被输送直到透明电极2的电荷。与该前面的收集总线10相对地，再发现后面的收集总线11，其使得能够连接每个光伏活性带1的金属电极4并且因此收集被
输送直到所述金属电极4的电荷。

[0099] 图18通过横截剖面而示意性地示出了一些对象，其图示了根据本发明的方法的不同步骤，剖面视图是在光伏活性带1处、沿着图17a中所定义的轴L而实现的。

[0100] 在第一步骤中（图18a），供应对于光半透明的单电池，其包括被透明区6所分隔的多个光伏活性区1。光伏活性区1在其外围、在电连接区处包括薄层（2、3、4）的一般平行的多个中断区：

[0101] -透明电极2的第一中断区，其对应于被称为P1的蚀刻，其中吸收体层3来直接与基板5接触；

[0102] -吸收体层3的第二中断区，其对应于被称为P2的蚀刻，其中后电极4来直接与前电极2接触；

[0103] -后电极4的第三中断区，其对应于称为P3的蚀刻。

[0104] 在第二步骤中（图18b），通过对构成金属电极4和吸收体层3的材料的接连蚀刻而在光伏活性区1中布置沟道7。这些蚀刻可以借助于光刻、纳米印刷（英语中为“nano-
imprint”）的方法又或直接通过激光烧蚀、经由湿润或干燥的途径来实现。光刻和纳米印刷的步骤（在图上没有表示）对于本领域技术人员而言是已知的并且在于在蚀刻前根据预定
义的图案来沉积非永久的、光敏的或热敏的树脂，然后在过程结束时溶解所述树脂。蚀刻可以借助于适合用于溶解层3和4的材料的溶液或借助于等离子体又或通过激光来实现。

[0105] 在第三步骤中（图18c），在未经蚀刻的光伏活性区周围沉积介电材料9，而同时在沟道7处让透明电极2的区显现。在该步骤中所使用的方法典型地是光刻方法，其中介电材料9是优选透明的、根据所期望的图案而展开的永久树脂。

[0106] 最终，最后的步骤（图18d）在于沉积收集栅格8，以及前面和后面的收集总线（10、11），用于获得根据本发明的半透明的光伏单电池。如金属之类的导电材料的沉积可以实现在整个单电池上，以使得填补先前蚀刻的区，这在通过光刻和蚀刻而将后面的收集总线11
与收集栅格8电绝缘并且使透明区显出（图18a）之前。

[0107] 本发明的优点

[0108] 根据本发明的光伏单电池使得能够达成所旨在的目的。凭借其设计，在活性区中不再有串联的蚀刻，也没有基本电池的荫蔽问题，也没有与串联的蚀刻相关的表面损失。

[0109] 根据本发明的光伏电池因此使得能够同时获得良好的光学同质性、经改善的电学性能以及最优的有效产出表面。

[0110] 这样的电池的制造技术通过在标准材料上的层沉积、光刻以及蚀刻而保持标准。

[0111] 在图上所使用的标记的列表

[0112]1 光伏活性区 10 前面的收集总线
2 透明电极 11 后面的收集总线
3 吸收体层 12 透明电极的蚀刻线（蚀刻P1）
4 金属电极 13 吸收体的蚀刻线（蚀刻P2）
5 透明基板 14 金属电极的蚀刻线（蚀刻P3）
6 透明区 20、30 相邻的光伏电池
7 沟道 21 透明电极的中断区（蚀刻P1）
8 收集栅格 23 吸收体的中断区（蚀刻P2）
9 介电材料 25 金属电极的中断区（蚀刻P3）

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