CN118525377A

CN118525377A - 用于串联光伏器件的材料和方法

Info

Publication number: CN118525377A
Application number: CN202280087892.6A
Authority: CN
Inventors: C·科塔巴; A·罗斯; A·梅; A·舒马克
Original assignee: First Solar Inc
Current assignee: First Solar Inc
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2022-11-10
Publication date: 2024-08-20
Also published as: EP4416763A1; JP2024543374A; EP4416763B1; WO2023086486A1; US20240421237A1

Abstract

提供了串联光伏器件的结构以及制造和使用串联光伏器件的方法，其中这样的器件可以包括第一子模块、第二子模块和设置在第一子模块与第二子模块之间的夹层。该夹层允许一部分光穿过它并包括第一和第二共形层以及芯层。第一共形层与第一子模块的表面直接接触并共形，第二共形层与第二子模块的表面直接接触并共形，并且芯层设置在第一共形层与第二共形层之间。

Description

用于串联光伏器件的材料和方法

技术领域

本技术涉及用于光伏器件的夹层，更具体而言，涉及使用特定的层来改善串联光伏器件。

背景技术

光伏器件通过使用表现出光伏效应的半导体材料将光转换成电来产生电力。某些半导体材料在吸收特定范围的电磁波谱方面更有效。为了改善光伏器件的整体效率，这些器件可以结合堆叠的子模块(也称为子单元)，从而利用具有不同吸收性质的半导体材料来形成串联光伏器件。

在一个示例串联光伏器件中，太阳辐射或光通过顶部子模块进入并且一部分辐射穿过顶部子模块到达底部子模块。顶部子模块可以吸收更多具有较短波长的较高能光子，而底部子模块可以吸收具有较长波长的较低能光子。顶部子模块与底部子模块之间可以放置夹层。

测量单独的子模块在相关光谱范围处的吸收效率的实验室实验已表明，存在有前景的子模块，可以将这些子模块一起使用以吸收更高比例的入射辐射。然而，随着串联架构的复杂性增加，缩小实际性能与理论性能之间的差距也可能是有挑战性的。生产具有良好效率和可制造性的串联光伏器件的重大挑战在于提供具有期望的电、光、物理和热性质的夹层。

因此，需要用于串联光伏器件中的替代夹层结构以及可用于组装串联光伏器件架构的方法和材料。

发明内容

根据本公开，本技术提供了用于制造和使用串联光伏器件的制品、系统和方法。

提供了串联光伏器件，其可以包括第一子模块、第二子模块和设置在第一子模块与第二子模块之间的夹层。夹层可以允许一部分光穿过它。夹层可以包括第一共形层、第二共形层和芯层。第一共形层可以直接接触并共形于第一子模块的表面的一部分。第一共形层可以包含熔点小于约170摄氏度的第一聚合物。第二共形层可以直接接触并共形于第二子模块的表面的一部分。第二共形层可以包含熔点小于约170摄氏度的第二聚合物。芯层可以设置在第一共形层与第二共形层之间并且与第一共形层和第二共形层直接接触。芯层可以包含熔点大于约200摄氏度的第三聚合物。因此，太阳辐射或光可以通过第一子模块进入，然后该辐射中的一部分可以穿过第一子模块和夹层到达第二子模块。夹层可以保持第一与第二子模块之间的期望介电电阻。夹层可以最小化第一与第二子模块的表面之间的空隙或缺陷，以优化它们之间的光学界面。

提供了制造和使用采用本技术的夹层的串联光伏器件的方法。可以使第一子模块的表面的一部分与第一共形层直接接触。然后可以使第一共形层共形于第一子模块的表面的该部分。同样，可以使第二子模块的表面的一部分与第二共形层直接接触。然后可以使第二共形层共形于第二子模块的表面的该部分。提供了使夹层与第一和第二子模块接触和共形的各种方法。

从本文提供的描述中，进一步的适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而不意在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明所选实施方案而非所有可能实施方式的目的，并且不意在限制本公开的范围。

图1示意性地绘示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的串联光伏器件的横截面视图。

图2示意性地绘示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的图1光伏器件的示例子模块。

图3示意性地绘示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的图2光伏子模块沿3-3的横截面视图。

图4示意性地绘示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的基板。

图5示意性地绘示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的图1串联光伏器件的横截面视图。

图6示意性地绘示了根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的夹层堆叠体的横截面视图。

图7绘示了制造根据本文示出和描述的一个或多个实施方案的串联光伏器件的示例方法。

具体实施方式

以下技术描述在性质上仅仅是一个或多个发明的主题、制造和用途的示例，而不意在限制本申请、提交时可能要求本申请优先权的此类其他申请或由此颁发的专利中所要求保护的任何具体发明的范围、应用或用途。关于所公开的方法，所呈现的步骤的顺序在性质上是示例性的，并因此，除非另有明确说明，否则步骤的顺序在各种实施方案中可以不同，包括某些步骤可以同时进行的情况。如本文使用，“一个(a/an)”表示存在“至少一个”所述项目；如果可能，可以存在多个这样的项目。除非另有明确指出，否则，在描述本技术的最广泛范围时，本说明书中的所有数值量都应理解为受“约”一词修饰并且所有几何和空间描述符都应理解为受“大体上”一词修饰。当应用于数值时，“约”表示计算或测量允许该值中存在一定的轻微不精确性(一定程度上接近该值的确切值；大致或合理地接近该值；差不多)。如果出于某种原因在本领域中不以此普通含义另外理解由“约”和/或“大体上”提供的不精确性，则如本文所用的“约”和/或“大体上”至少表示可能由测量或使用此类参数的普通方法产生的变动。

除非另有说明，材料性质的值对应于常温常压、20摄氏度和1个大气压下的条件。

除非另有说明，提供的范围的值包括端点，并包括整个范围内的所有不同的值和进一步划分的范围。

当一个元件或层被称为“在”另一个元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，它可以直接在所述另一个元件或层上、接合、连接或耦合到所述另一个元件或层，或者可以存在居间元件或层。相反，当一个元件被称为“直接在”另一个元件或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，可能不存在居间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在……之间”对“直接在……之间”、“毗邻”对“直接毗邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项目的任何和所有组合。

尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语的限制。这些术语可能仅用于区分一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、层或区段。除非上下文明确指出，否则当本文中使用时术语如“第一”、“第二”和其他数字术语并不意味着序列或顺序。因此，在不脱离示例实施方案的教导的情况下，下文讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段。

为了易于描述，本文可使用空间相对术语如“内”、“外”、“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等来描述如附图中所示意的一个元件或特征与另外一个或多个元件或特征的关系。除了图中所绘示的取向外，空间相对术语还可意在涵盖器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的器件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”的元件将取向为在其他元件或特征“上方”。器件可以取向为其他方式(旋转90度或处于其他取向)，则本文使用的空间相对描述符相应地解释。

术语“光”可以指电磁波谱的各种波长，如但不限于电磁波谱的紫外(UV)、红外(IR)和可见部分中的波长。如本文所用，“阳光”是指太阳发射的光。如本文所用，近红外(NIR)是指在约700nm至1300nm的范围内的波长。

术语“层”可以指表面上提供的一定厚度的材料。层可以覆盖所有或部分表面。层可包括子层并且可以在层内具有组成梯度。层可以包括一个或多个材料功能层。

本技术涉及包括第一子模块和第二子模块的串联光伏器件；然而，应认识到，这样的串联光伏器件可以包括另外的子模块以及另外的子模块布置。在如本文所提供的串联光伏器件的构造中，在第一子模块与第二子模块之间设置了夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它。这样，穿过第一子模块的一部分光可以进一步穿过夹层到达第二子模块。夹层对于近红外波长的光可以是透明的。入射在串联器件的前表面上的近红外光可以穿过第一子模块和夹层以吸收在第二子模块中。夹层可以操作以保持第一与第二子模块之间的期望介电电阻。夹层可以进一步最小化第一与第二子模块的表面之间的空隙或缺陷，以优化它们之间的光学界面。

串联光伏器件可以通过使用表现出光伏效应的半导体材料将光转换成直流电来产生电力。光伏效应在暴露于光时产生电力，因为光子在半导体材料内被吸收而将电子激发到更高的能态。这些被激发的电子可以在材料内移动，从而产生电流。适合用于光伏器件中的半导体材料可以包括例如II-VI型材料——包括碲化镉合金、III-V型材料——包括GaAs和InGaN、I-III-VI型材料——包括CIGS和CIS材料、以及硅和钙钛矿。

串联光伏器件可以通过捕获更大部分的太阳光谱来实现比单个光伏器件更高的总转换效率。串联器件可以由多于一个p-n结和具有不同带隙性质的材料形成，这些材料响应于不同范围的电磁波谱，包括红外光、可见光和紫外光。在初级光源来自上方的器件中，光入射的顶部单元或上部子模块可以具有大的带隙以捕获高能量的短波长，如可见光和uv光，而底部单元或下部子模块可以使用具有较小带隙的吸收材料以捕获较长的波长和反射的光子，包括近红外的。串联器件可以具有两个或更多个堆叠的子单元或子模块，并且每个子模块可以包括由具有不同吸收性质的半导体材料(包括不同类型的半导体材料)形成的活性区域。

如本文所述，串联光伏器件中的子模块可以堆叠并由夹层分开。入射的电磁辐射或光通过前表面或顶表面进入器件并进入上部子模块。未被上部子模块吸收的光将到达夹层。夹层可以配置成将一些光能或光子反射回上部子模块中，并也将光的光子透射到背面的单元或下部子模块。在大多数串联器件中，夹层结构对配置成被下部子模块吸收的光谱辐射波长大体上透明将是有益的。在具有多个堆叠的子模块的光伏器件中，可以在每个子模块之间提供另外的夹层。串联光伏器件可以包括双面器件，其配置成通过前表面和后表面两者接收入射辐射。双面串联器件可以配置成在顶表面或前表面上接收直接太阳辐射并在背表面或后表面上接收从外表面反射的辐射，包括可见光和红外光。

可以使夹层结构暴露于应力，包括高温、紫外辐射、机械应力和温度波动。不期望的是，在某些光伏器件中，这些应力可能导致子模块之间跨夹层的短路，并可能导致光伏器件的损坏。为了防止短路，期望夹层结构具有合适的介电击穿强度来电分离第一子模块与第二子模块。为了设计高效且可靠的串联光伏器件，还期望防止夹层结构与第一和第二子模块的边界表面之间的间隙或气泡。在一些串联架构中，可能期望夹层具有适合于将光子透射到第二子模块和/或将一些光子反射回第一子模块中的折射率。

在串联光伏模块中，从一个子模块的一个活性表面到另一个子模块的活性表面短路的风险很重要。子模块的活性表面之间的电隔离保持最小介电击穿距离。同时，为了实现良好的接触以便于光透射和为了保护子模块使之免于劣化，可以在第一与第二子模块之间以及其他系统部件周围形成封装物。既可以隔离又可以封装毗邻子模块的表面的夹层结构是符合需要的。为了取得所需的性质，针对由具有外层和中心芯层的多层膜形成的夹层提供了一种方法和结构，其中所述外层提供所需的粘附和封装，所述中心芯层保持所需的介电和结构性质。

在某些实施方案中，提供了一种包括多个层的夹层。所述夹层包括一个或多个芯层，每个芯层可以具有高的介电强度并且在串联光伏器件的预期工作条件下不可流动，其中每个芯层的材料可以具有高的熔点。夹层结构包括外层或第一共形层，该层是可流动的，具有低的熔点。夹层结构还可以包括另一外层或第二共形层，其中第一和第二共形层位于芯层的对置侧上。共形层可以包括熔点小于170摄氏度的可流动聚合物的层以在较高温度下的层压和工作期间共形于系统部件。芯层包含熔点大于200摄氏度的不可流动聚合物材料以维持介电和物理屏障，该介电和物理屏障将抵抗变形和介电击穿距离的变窄。包括多层膜的夹层结构在宽的工作温度范围上提供介电电阻。因此，夹层可以配置为用于机械堆叠的多结太阳能电池的透明多层膜，其提供透明性、热稳定性、粘附强度、防潮性，防止短路，并保持由夹层分开的子模块之间的最小介电击穿距离。夹层还可以防止湿气渗透并且可以用于，或与串联光伏器件的其他部分配合，以电连接不同的系统部件。

根据本技术构造的串联光伏器件可以包括第一子模块、第二子模块和设置在第一子模块与第二子模块之间的夹层。夹层可以允许一部分光穿过它。夹层可以包括第一共形层、第二共形层和芯层。第一共形层可以直接接触并共形于第一子模块的表面的一部分，其中第一共形层包括熔点小于约170摄氏度的第一聚合物。第二共形层直接接触并共形于第二子模块的表面的一部分，其中第二共形层包括熔点小于约170摄氏度的第二聚合物。芯层设置在第一共形层与第二共形层之间并直接接触第一共形层和第二共形层，其中芯层包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物。在某些实施方案中，第三聚合物可以具有大于约250摄氏度的熔点。

如本文所提供，夹层可以包括各种方面。例如，夹层可以具有约1.2至约2.0的折射率。在一些实施方案中，夹层具有大于1.4、大于1.5、大于1.6、或大于1.7的折射率。在一些实施方案中，对于在800nm至1200nm的范围内的波长，夹层具有在1.5至1.8的范围、1.6至1.8的范围、1.7至1.9的范围、或1.6至1.7的范围内的折射率。某些实施方案包括其中夹层具有约1.6的折射率的情况。更进一步的实施方案包括其中夹层具有大于约1.6的折射率的情况。这样，夹层可以提供允许穿过一个子模块的光有效地透射到另一个子模块的光学界面。夹层还可以表现出大于10kV/mm的介电强度。因此，子模块之间发生任何电短路的可能性被最小化。夹层的实施方案可以具有约100μm至约1500μm的厚度，其可以包括第一和第二共形层以及芯层的总厚度。夹层可以允许一部分近红外光穿过它。夹层可以配置成透射波长为700nm至1300nm的光中的至少85％。夹层可以配置成透射波长为约800nm至约1200nm的光中的至少90％。在一些实施方案中，夹层可以允许一部分可见光穿过。夹层可以进一步配置成透射穿过它的波长为约400nm至约800nm的光中的至少90％。夹层的某些实施方案对于750nm至1200nm的波长可以具有至少85％的光透射率。夹层的更进一步的实施方案在800nm下可以具有至少90％的光透射率。

用于形成夹层的第一和第二共形层以及芯层的聚合物可以包括各种方面。相应的第一和第二共形层的第一聚合物和第二聚合物可以独立地包括以下中的一种或多种：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体(POE)；压敏粘合剂；热熔粘合剂；聚乙烯醇缩丁醛；热塑性聚氨酯；硅酮；硅酮/聚氨酯混合物；离聚物；可UV固化树脂；乙烯-四氟乙烯(例如，Tefzel)、聚氟乙烯(例如，Tedlar)；四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的氟塑料(例如，THV220)；和聚萘二甲酸乙二醇酯。某些实施方案包括其中第一聚合物和第二聚合物包含相同材料的情况。芯层的第三聚合物可以包括取向聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚环辛烯、双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(boPET)和聚酰亚胺中的一种或多种。

夹层的各种层可以具有各种厚度。第一共形层和第二共形层可以具有不同的厚度。共形层可以用作粘合剂以及封装物。当共形层的聚合物大体上处于其相应的熔点下时，共形层可以流动并铺展过相应子模块的表面的部分。

芯层可以包括各种方面。芯层可以具有约25μm至约500μm的厚度。芯层的实施方案还可以具有大于约50kV/mm的介电强度。芯层的一种或多种聚合物可以选择为具有高于串联光伏器件的预期工作温度的熔点。这样，可以在串联光伏器件的工作期间保持芯层的完整性，包括其中在串联光伏器件的工作期间芯层保持所需的厚度并在子模块之间提供所需的介电强度的情况。

夹层的某些实施方案可以包括其中第一和第二共形层具有300μm的厚度、芯层具有100μm的厚度并且芯层的第三聚合物包括双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯的情况。

串联光伏器件的某些实施方案包括第一子模块、第二子模块和设置在第一子模块与第二子模块之间的夹层。夹层配置成允许一部分光穿过它，具有约1.2至约2.0的折射率、大于约10kV/mm的介电强度和约100μm至约1500μm的厚度。夹层包括第一共形层、第二共形层和芯层。第一共形层直接接触并共形于第一子模块的表面的一部分，其中第一共形层包括熔点小于约170摄氏度的第一聚合物，并且第一聚合物包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合。第二共形层直接接触并共形于第二子模块的表面的一部分，其中第二共形层包括熔点小于约170摄氏度的第二聚合物，并且第二聚合物包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合。芯层设置在第一共形层与第二共形层之间并直接接触第一共形层和第二共形层，其中芯层具有大于约50kV/mm的介电强度并包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物。第三聚合物包括选自以下的成员：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚四氟乙烯；聚环辛烯；双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰亚胺；及其组合。

本技术还提供了制造串联光伏器件的各种方法。此类方法包括提供如本文所述的夹层。可以使第一子模块的表面的一部分与夹层的第一共形层直接接触。可以使第一共形层共形于第一子模块的表面的该部分。可以使第二子模块的表面的一部分与夹层的第二共形层直接接触。可以使第二共形层共形于第二子模块的表面的该部分。这样，在某些实施方案中，芯层可以电连接两个子模块，以及防止湿气进入到串联光伏器件中。

夹层的提供可以采取各种形式。某些实施方案包括其中将芯层层压在第一共形层与第二共形层之间来提供夹层的情况。同样，可以将芯层挤出在第一共形层与第二共形层之间来提供夹层。形成夹层的其他手段包括热熔、沉积一个或多个层以及共挤出它的多于一个层。

制造串联光伏器件的方法可以包括各种方面。使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分可以包括将第一共形层加热到至少第一聚合物的熔点。使第二共形层共形于第二子模块的表面的部分也可以包括将第二共形层加热到至少第二聚合物的熔点。还可能的是，可以在使第一子模块的表面的部分与第一共形层直接接触之前将第一子模块的表面的部分和第一共形层中之一加热到至少第一聚合物的熔点，并且可以在使第二子模块的表面的部分与第二共形层直接接触之前将第二子模块的表面的部分和第二共形层中之一加热到至少第二聚合物的熔点。

某些方法可以包括其中使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分，且使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分可以包括在使第一子模块的表面的部分与第一共形层直接接触和使第二子模块的表面的部分与第二共形层直接接触后将第一子模块、夹层和第二子模块同时加热到至少第一聚合物的熔点和至少第二聚合物的熔点的情况。还可能的是，使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分包括将夹层和第一子模块压在一起，或者使第二共形层共形于第二子模块的表面的部分包括将夹层和第二子模块压在一起。方法的实施方案还可以包括其中使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分，且使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分包括将夹层压在第一子模块与第二子模块之间的情况。

在某些实施方案中，可以形成呈具有多个层的连续片材的夹层前体，其中所述多个层包括设置在第一共形层与第二共形层之间的芯层。可以将前体放置在第一子模块与第二子模块之间以形成未粘结的串联光伏器件。使未粘结的串联光伏器件经受足以使第一共形层和第二共形层流动并与相应的毗邻子模块粘结的层压热处理，并形成粘结的串联光伏器件。相应的共形层的至少部分将在层压过程中熔化以实现夹层与相应的子模块的所需润湿性和粘附，而芯层在层压过程中不熔化，并保持子模块之间的物理和电学屏障。层压后，夹层将物理隔离且电隔离串联光伏器件中子模块的活性表面。粘结的串联光伏器件可以经受精加工步骤，如添加进一步的封装层、总线连接等，以产生成品串联光伏器件。

本技术的方面可以以各种组合、相互依赖性和多重依赖性应用，如以下情况、实施例和实施方案中所阐述。

在一个实施方案中，串联光伏器件包括第一子模块；第二子模块；和设置在第一子模块与第二子模块之间的夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它，所述夹层包括：直接接触并共形于第一子模块的表面的一部分的第一共形层，所述第一共形层包括熔点小于约100摄氏度的第一聚合物；直接接触并共形于第二子模块的表面的一部分的第二共形层，所述第二共形层包括熔点小于约100摄氏度的第二聚合物；设置在第一共形层与第二共形层之间并直接接触第一共形层和第二共形层的芯层，所述芯层包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物。

在一些情况下，夹层具有约1.2至约2.0的折射率。

在一些情况下，夹层具有大于约10kV/mm的介电强度。

在一些情况下，夹层具有约400μm至约1500μm的厚度。

在一些情况下，夹层配置成透射波长为800nm至1200nm的入射光中的至少90％。

在一些情况下，第一聚合物和第二聚合物独立地包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合。在一些情况下，第一聚合物基本上由聚烯烃弹性体组成。

某一些情况下，第一聚合物和第二聚合物包含相同的材料。某一些情况下，第一聚合物和第二聚合物基本上由相同的材料组成或由相同的材料组成。

在一些情况下，第三聚合物包括选自以下的成员：聚对苯二甲酸乙二醇酯、取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚四氟乙烯；聚环辛烯；双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰亚胺；及其组合。在一些情况下，芯层基本上由聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。

在一些情况下，芯层具有25μm至200μm的厚度。

在一些情况下，芯层具有大于50kV/mm的介电强度。

在一些情况下，第一共形层和第二共形层具有不同的厚度。

在一些情况下，第一共形层具有约300μm的厚度，第二共形层具有300μm的厚度，芯层具有100μm的厚度，并且芯层的第三聚合物包括双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯。

根据本文提供的实施方案，串联光伏器件可以包括：第一子模块；第二子模块；设置在第一子模块与第二子模块之间的夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它，具有约1.2至约2.0的折射率、大于约10kV/mm的介电强度、约400μm至约1500μm的厚度，所述夹层包括：直接接触并共形于第一子模块的表面的一部分的第一共形层，所述第一共形层包括熔点小于约170摄氏度的第一聚合物，其中所述第一聚合物包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合；直接接触并共形于第二子模块的表面的一部分的第二共形层，所述第二共形层包括熔点小于约170摄氏度的第二聚合物，其中所述第二聚合物包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合；设置在第一共形层与第二共形层之间并直接接触第一共形层和第二共形层的芯层，所述芯层具有大于约50kV/mm的介电强度，所述芯层包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物，其中所述第三聚合物包括选自以下的成员：取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚四氟乙烯；聚环辛烯；双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰亚胺；及其组合。

根据本公开的实施方案，制造串联光伏器件的方法可以包括：提供夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它，所述夹层包括：第一共形层，所述第一共形层包括熔点小于约170摄氏度的第一聚合物；第二共形层，所述第二共形层包括熔点小于约170摄氏度的第二聚合物；设置在第一共形层与第二共形层之间并直接接触第一共形层和第二共形层的芯层，所述芯层包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物；使第一子模块的表面的一部分与第一共形层直接接触；使第一共形层共形于第一子模块的表面的该部分；使第二子模块的表面的一部分与第二共形层直接接触；和使第二共形层共形于第二子模块的表面的该部分。

在一些情况下，所述方法还包括将芯层层压在第一共形层与第二共形层之间来提供夹层。

在一些情况下，所述方法还包括将芯层共挤出在第一共形层与第二共形层之间来提供夹层。

在一些情况下，使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分的步骤包括将第一共形层加热到至少第一聚合物的熔点。在一些情况下，使第二共形层共形于第二子模块的表面的部分的步骤包括将第二共形层加热到至少第二聚合物的熔点。

在一些实施方案中，在使第一子模块的表面的部分与第一共形层直接接触之前将第一子模块的表面的部分和第一共形层中之一加热到至少第一聚合物的熔点；并且在使第二子模块的表面的部分与第二共形层直接接触之前将第二子模块的表面的部分和第二共形层中之一加热到至少第二聚合物的熔点。

在一些实施方案中，方法可以包括使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分和使第二共形层共形于第二子模块的表面的部分，并且在使第一子模块的表面的部分与第一共形层直接接触和使第二子模块的表面的部分与第二共形层直接接触后，将第一子模块、夹层和第二子模块同时加热到至少第一聚合物的熔点和至少第二聚合物的熔点。

在一些实施方案中，方法可以包括：使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分包括将夹层和第一子模块压在一起；或者使第二共形层共形于第二子模块的表面的部分包括将夹层和第二子模块压在一起。

在一些实施方案中，方法可以包括：使第一共形层共形于第一子模块的表面的部分和使第二共形层共形于第二子模块的表面的部分包括将夹层压在第一子模块与第二子模块之间。

实施例

本技术的示例实施方案参考随附的若干附图提供。

参考图1和图5，其示出了串联光伏器件300的一个实施方案。串联光伏器件300可配置成接收光并将光转换成电能，因为光子被从光中吸收并经由光伏效应转换为电流。为了讨论和清楚起见，串联光伏器件300可以限定前侧302，前侧302配置成面向初级光源，例如太阳。另外，串联光伏器件300还可以限定背侧304，背侧304从前侧302偏移例如多个材料功能层。

串联光伏器件300可以具有第一子模块100、第二子模块500和其间的夹层400。第一子模块100也可以被称为顶部单元或上部子模块。第二子模块500也可以被称为底部单元或下部子模块。夹层400也可以被称为夹层堆叠体、介电堆叠体或透明耦合层。第一子模块100、第二子模块500和夹层400中的每一个都可以包括多个层。串联光伏器件300的第一和第二子模块100、500中的每一个都可以包括一个或多个用于将光转换成电荷载流子的吸收层，和用于收集电荷载流子的导电层。

第一子模块100可以具有大体上面向串联光伏器件300的前侧302的第一表面102和大体上面向光伏器件300的背侧304的第二表面104。夹层400可以具有大体上面向光伏器件300的前侧302的第一表面402和大体上面向光伏器件300的背侧304的第二表面404。第二子模块500可以具有大体上面向光伏器件300的前侧302的第一表面502和大体上面向光伏器件300的背侧304的第二表面504。

如图1中所绘示，入射光(hv)10可以通过第一子模块100进入串联光伏器件300的前侧302，并且光能的第一部分11可以被第一子模块100吸收，而光能的剩余部分12可以穿过第一子模块100到达夹层400。在夹层400处，反射光13可以被引导回第一子模块100的吸收区，而透射光14可以传递到第二子模块500。任选地，在双面串联器件中，背侧光能16可以朝向第二子模块500进入串联光伏器件300的背侧304。在许多实施方式中，背侧光能16可以包括外部反射的可见光和近红外光。第一子模块可以吸收光能的第一部分11，其可以包括入射光10和反射光13的吸收组合。第二子模块可以吸收光能的第二部分15，其包括透射光14和任选地背侧光能16。

现在参考图2和图3，其示出了串联光伏器件300的第一子模块100的一个示例实施方案。第一子模块100可以包括设置在前侧102与背侧104之间的多个层。在一些实施方案中，第一子模块100的层可以被分成光伏电池200的阵列。例如，第一子模块100可以根据多个串行划线202和多个并行划线204进行刻划。串行划线202可以沿第一子模块100的长度Y延伸，并沿第一子模块100的长度Y划定光伏电池200的边界。光伏电池200的相邻电池可以沿第一子模块100的宽度X串联连接。换句话说，可以形成相邻电池200的单片互连；例如，毗邻于串行划线202。并行划线204可以沿第一子模块100的宽度X延伸，并沿第一子模块100的宽度X划定光伏电池200的边界。在运行中，电流205可以主要沿宽度X通过由串行划线202串联连接的光伏电池200。在运行中，并行划线204可以限制电流205沿长度Y流动的能力。并行划线204是任选的并且可以配置成将串联连接的光伏电池200分成沿长度Y排列的组206。

特别参考图2，并行划线204可以电隔离串联连接的光伏电池200的组206。在一些实施方案中，光伏电池200的组206可以并联连接，例如经由电气总线连接。任选地，并行划线204的数量可以配置成限制由光伏电池200的每个组206生成的最大电流。在一些实施方案中，由每个组206生成的最大电流可以小于或等于约200毫安(mA)，例如，在一个实施方案中小于或等于约100mA，在另一个实施方案中小于或等于约75mA，或在再一个实施方案中小于或等于约50mA。

特别参考图3，第一子模块100的层可以包括设在基板110之上的薄膜堆叠体。基板110可以配置成便于光透射到第一子模块100中。基板110可以设置在第一子模块100的前侧102处。共同参考图2和图3，基板110可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面112和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面114。可以在基板110的第一表面112与第二表面114之间设置一个或多个材料层。

现在参考图4，基板110可以包括透明层120，其具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面122和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面124。在一些实施方案中，透明层120的第二表面124可以形成基板110的第二表面114。透明层120可以由大体上透明的材料例如玻璃形成。合适的玻璃可以包括钠钙玻璃，或任何具有减少的铁含量的玻璃。在一些实施方案中，透明层120可以具有任何合适的透射率范围，包括约250nm至约1,300nm。透明层120还可以具有任何合适的透射率百分比，包括例如在一个实施方案中大于约50％，在另一个实施方案中大于约60％，在还另一个实施方案中大于约70％，在再一个实施方案中大于约80％，或在仍再一个实施方案中大于约85％。在一个实施方案中，透明层120可以由具有约90％或更高的透射率的玻璃形成。任选地，基板110可以包括施加到透明层120的第一表面122的涂层126。涂层126可以配置成与光相互作用或改善基板110的耐久性，如但不限于抗反射涂层、防污涂层或其组合。

再次参考图3，第一子模块100可以包括屏障层130，其配置成减轻来自基板110的污染物的扩散，此扩散可能导致光伏堆叠体的其他层的劣化或分层。屏障层130可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面132和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面134。在一些实施方案中，屏障层130可以毗邻于基板110设置。例如，屏障层130的第一表面132可以设在基板110的第二表面114上面。

通常，屏障层130可以大体上透明、热稳定、具有减少的针孔数量、具有高的钠阻挡能力和良好的粘附性质。替代地，或额外地，屏障层130可以配置成对光施加颜色抑制。屏障层130可以包括一个或多个合适材料的层，包括但不限于氧化锡、二氧化硅、铝掺杂氧化硅、氧化硅、氮化硅或氧化铝。屏障层130可以具有由第一表面132和第二表面134界定的任何合适的厚度，包括例如在一个实施方案中大于约10纳米、在另一个实施方案中大于约15纳米、或在再一个实施方案中小于约20纳米。

继续参考图3，第一子模块100可以包括透明导电氧化物(TCO)层140，其配置成提供电接触以传输由第一子模块100生成的电荷载流子。TCO层140可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面142和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面144。在一些实施方案中，TCO层140可以毗邻于屏障层130设置。例如，TCO层140的第一表面142可以设在屏障层130的第二表面134上面。通常，TCO层140可以由一个或多个大体上透明并且具有宽带隙的n-型半导体材料的层形成。具体而言，宽带隙可以具有与光的光子能量相比更大的能量值，这可以减轻不期望的光吸收。TCO层140可以包括一个或多个合适材料的层，包括但不限于二氧化锡、掺杂二氧化锡(例如，F-SnO₂)、氧化铟锡或氧化镉锡(Cd₂SnO₄)。在TCO层140包含锡酸镉的实施方案中，锡酸镉可以以结晶形式提供。例如，锡酸镉可以沉积为膜并然后经受退火工艺，这将薄膜转变为结晶膜。

第一子模块100可以包括缓冲层150，其配置成在TCO层140与任何毗邻的半导体层之间提供绝缘层。缓冲层150可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面152和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面154。在一些实施方案中，缓冲层150可以毗邻于TCO层140设置。例如，缓冲层150的第一表面152可以设在TCO层140的第二表面144上面。缓冲层150可以包括比TCO层140具有更高电阻率的材料，包括但不限于本征二氧化锡、氧化锌镁(例如，Zn_1-xMg_xO)、二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、氧化锌锡、氧化锌、氧化锡硅或其任何组合。在一些实施方案中，缓冲层150的材料可以配置成与毗邻的半导体层(例如，吸收剂)的带隙大体上匹配。缓冲层150可以在第一表面152与第二表面154之间具有合适的厚度，包括例如在一个实施方案中大于约10nm、在另一个实施方案中在约10nm至约80nm之间、或在再一个实施方案中在约15nm至约60nm之间。

仍然参考图3，第一子模块100可以包括吸收剂层160，其配置成与另一层协作并在第一子模块100内形成p-n结。相应地，光的被吸收光子可以释放电子-空穴对并生成载流子流，其可以产生电能。吸收剂层160可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面162和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面164。吸收剂层160的厚度可以限定在第一表面162与第二表面164之间。吸收剂层160的厚度可以在约0.5μm至约10μm之间，例如，在一个实施方案中在约1μm至约7μm之间，或在另一个实施方案中在约1.5μm至约4μm之间。

吸收剂层160可以由具有过量的正电荷载流子(即，空穴或受体)的p-型半导体材料形成。在一个实例中，吸收剂层160可以包含I-III-VI族吸收剂材料，例如铜铟镓硫化物/硒化物(CIGS)、铜镓硫化物/硒化物(CGS)或CuInSe₂(CIS)，并且可以以薄膜提供。吸收剂层160可以包括合适的p-型半导体材料如II-VI族半导体，例如镉和碲(CdTe)或硒化镉(CdSe)。II-VI族吸收剂材料的进一步实例包括但不限于包含镉、锌、碲、硒或其任何组合的半导体材料。在一些实施方案中，吸收剂层160可以包括镉、硒和碲的三元化合物(例如，CdSe_xTe_1-x)，或包含镉、硒、碲和一种或多种另外的元素的化合物(例如，CdZnSeTe)。吸收剂层160还可以包括一种或多种掺杂剂。本文提供的第一子模块100可以包括多种吸收剂材料。

在其中吸收剂层160包含碲和镉的实施方案中，吸收剂层160中碲的平均原子百分比可以大于或等于约25原子百分比并小于或等于约50原子百分比，例如，在一个实施方案中大于约30原子百分比并小于约50原子百分比，在再一个实施方案中大于约40原子百分比并小于约50原子百分比，或在还另一个实施方案中大于约47原子百分比并小于约50原子百分比。替代地，或额外地，吸收剂层160中碲的平均原子百分比可以大于约45原子百分比，例如，在一个实施方案中大于约49原子百分比。应指出，本文描述的平均原子百分比代表整个吸收剂层160，与吸收剂层160的总组成相比，吸收剂层160内某个特定位置处材料的原子百分比可以在整个厚度上呈梯度。例如，吸收剂层160可以具有梯度组成。

在其中吸收剂层160包含硒和碲的实施方案中，吸收剂层160中硒的平均原子百分比可以大于0原子百分比并小于或等于约25原子百分比，例如，在一个实施方案中大于约1原子百分比并小于约20原子百分比，在另一个实施方案中大于约1原子百分比并小于约15原子百分比，或在再一个实施方案中大于约1原子百分比并小于约8原子百分比。应指出，碲、硒或两者的浓度可以在吸收剂层160的整个厚度上呈梯度。例如，当吸收剂层160包括以摩尔分数x包含硒并以摩尔分数1-x包含碲的化合物(Se_xTe_1-x)时，吸收剂层160中x可以随距吸收剂层160的第一表面162的距离而变化。

仍然参考图3，吸收剂层160可以掺杂有配置成操纵电荷载流子浓度的掺杂剂。在一些实施方案中，吸收剂层160可以掺杂有VA族(15族)掺杂剂，例如砷、磷、锑或其组合。替代地，或额外地，吸收剂层160可以掺杂有IB族(11族)掺杂剂，例如铜、银、金或其组合。可以控制吸收剂层160内掺杂剂的总密度。此外，掺杂剂的量可以随距吸收剂层160的第一表面162的距离而变化。

图3示出了一种示例层结构和已用包括II-VI族材料的实例描述了的组成。在其他实施方案中，串联光伏器件300的第一子模块100可以在替代的层结构中使用其他光伏材料来产生光伏子模块。在一个实例中，第一子模块100可以包含I-III-VI族吸收剂材料，例如铜铟镓硫化物/硒化物(CIGS)或CuInSe₂(CIS)，并且可以以薄膜提供。在另一个实例中，第一子模块100可以包含钙钛矿吸收剂。在再一个实例中，第一子模块100可以包括硅吸收剂，其可以包含无定形、多晶、结晶或薄膜硅。

根据本文提供的实施方案，可以通过足够靠近于第一子模块100的具有过量负电荷载流子(例如，电子或给体)的部分提供吸收剂层160来形成p-n结。在一些实施方案中，吸收剂层160可以毗邻于n-型半导体材料设置。替代地，可以在吸收剂层160与n-型半导体材料之间设置一个或多个居间层。在一些实施方案中，吸收剂层160可以毗邻于缓冲层150设置。例如，吸收剂层160的第一表面162可以设在缓冲层150的第二表面154上面。

第一子模块100可以包括背面接触层170，其配置成减轻不期望的掺杂剂改变并提供与吸收剂层160的电接触。背面接触层170可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面172和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面174。背面接触层170的厚度可以限定在第一表面172与第二表面174之间。背面接触层170的厚度可以在约5nm至约200nm之间，例如，在一个实施方案中在约10nm至约50nm之间。

在一些实施方案中，背面接触层170可以毗邻于吸收剂层160设置。例如，背面接触层170的第一表面172可以设在吸收剂层160的第二表面164上面。在一些实施方案中，背面接触层170可以包括来自I、II、VI族的材料的组合，例如，一个或多个层以各种组成含有锌和碲。进一步的合适材料包括但不限于碲化镉锌和碲化锌的双层，或掺杂有V族(15族)掺杂剂(例如，氮)的碲化锌。薄膜结176可以定义为主要贡献于光伏效应的薄膜堆叠体。例如，在一些实施方案中，薄膜结176可以包括透明导电氧化物层140、缓冲层150、吸收剂层160、背面接触层170或其组合。

参考图3，第一子模块100可以包括导电层180，其可以是透明的并且配置成提供与背面接触层170、吸收剂层160或两者的电接触。在一些实施方案中，导电层180可以相对于吸收剂层160朝向第一子模块100的背侧形成。在单结器件中，或者当作为下部或后部子模块(例如，第二子模块500)的一部分提供时，导电层180可以设置在子模块(例如，第二子模块500)的背侧处并且可以使用不透明、非透明的金属层作为组成部分。然而，非透明层可能不适合用作第一子模块100的导电层180，设置在多结光伏器件或串联光伏器件中的结之间。导电层180可以具有大体上面向第一子模块100的前侧102的第一表面182和大体上面向第一子模块100的背侧104的第二表面184。在一些实施方案中，导电层180可以毗邻于背面接触层170或吸收剂层160设置。例如，导电层180的第一表面182可以设在背面接触层170的第二表面174或吸收剂层160的第二表面162上面。导电层180的厚度可以限定在第一表面182与第二表面184之间。导电层180的厚度可以小于约500nm，例如，在一个实施方案中在约40nm至约400nm之间，或在约60nm至约350nm之间。

第一子模块100可以在第一子模块100的背侧104处具有背层199。背层199的背表面限定前一子模块的背表面104。在一些实施方案中，背层199是导电层180的区域。在一些实施方案中，背层199包括电子反射层。在一些实施方案中，背层199包括具有p+子区域和n+子区域的隧道结。在一些实施方案中，背层199包括具有p++子区域和n++子区域的隧道结。

材料如半导体和透明导电氧化物可以掺杂有杂质以改变其电学和光学性质。掺杂剂可以掺入到功能层中以改变n-型或p-型电荷载流子浓度。大于约1x 10¹⁶cm^-3的电荷密度可以被认为是“+”型。虽然边界并不严格，但如果电子给体载流子以约1x 10¹¹cm^-3至约1x10¹⁶cm^-3的范围存在，则材料可以被认为是n-型，而如果给体载流子密度大于约1×10¹⁶cm^-3，则材料可以被认为是n+型。类似地，如果电子受体载流子(即，“空穴”)以约1x 10¹¹cm^-3至约1x 10¹⁶cm^-3的范围存在，则材料通常被认为是p-型，而如果受体载流子密度大于约1×10¹⁶cm^-3，则材料通常被认为是p+型。边界并不严格并且可以重叠，因为如果载流子浓度至少高出两个数量级(即，100倍)，则该层相对于p-型的层可以是p+(或相对于n-型的层可以是n+)，而不管绝对载流子密度如何。另外，大于约1x 10¹⁸cm^-3的电荷密度可以被认为是“++”型；并因此n-型或p-型的层相对于本身相对于第三层是“+”的同种类型的层可以是“++”，条件是++层具有超过+层100倍的相同类型载流子密度。

现在参考图1和图5，串联光伏器件300包括第二子模块500。第二子模块500可以设置在第一子模块100之下或下方，从而将串联光伏器件300的前侧302称为面向初级光的顶表面。光伏器件子模块500可以包括设置在第二子模块500的前侧上的第一表面502与第二子模块500的背侧上的第二表面之间的多个层。所述多个层中的一个或多个可以包括光伏吸收剂材料。在一些实施方案中，光伏器件子模块500的层可以被分成多个光伏电池。

串联光伏器件300的第二子模块500可以以层结构包括一种或多种吸收剂材料。在一个实例中，第二子模块500可以包含硅吸收剂，其可以包括无定形、多晶、结晶或薄膜硅。在另一个实例中，第二子模块500可以包含钙钛矿吸收剂材料。在再一个实例中，第二子模块500可以包含I-III-VI族吸收剂材料，如CIGS，并且可以以薄膜提供。在另一个实例中，第二子模块500可以包含II-VI族吸收剂材料，例如CdTe、CdZnTe、HgCdTe或CdSeTe。

第二子模块500可以与第一子模块100共享各种方面。第二子模块500可以在第二子模块500的前侧502处具有前层501。前层501的前表面可以限定第二子模块500的前表面502。在一些实施方案中，前层501为缓冲层。在一些实施方案中，前层501为导电层。在一些实施方案中，前层501包括导电金属网格。在一些实施方案中，前层501包含透明导电氧化物。在某些实施方案中，第二子模块500的其余部分或全部可以与第一子模块100相同或大体上相同地配置。第二子模块500的实施方案可以包括在功能和结构上与第一子模块100的部分相同或大体上相同的部分。在一些实施方案中，串联光伏器件300在第二子模块的第二表面504处包括第二夹层和背片材。在一些实施方案中，第二夹层包含：包括与第二共形层430相同的基质聚合物的材料。在一些实施方案中，第二夹层在器件的外围边缘处与第二共形层430熔合。在一些实施方案中，背片材包含：包括与芯层420相同的材料的材料。在其他实施方案中，背片材包含玻璃。在一些实施方案中，第二子模块大体上被构成第二共形层430的聚合物封装，且电连接器如总线连接线穿过其中。子模块被夹层和第二夹层封装可以有助于改善串联模块的稳健性。

继续参考图1和图5，串联光伏器件300包括夹层400。如图所示，夹层结构位于第一子模块100与第二子模块500之间。图6中以横截面片段示意性地绘示了夹层400结构的一个实例。根据本文提供的实施方案，夹层400可以包括第一共形层410和芯层420，其中第一共形层410设置在芯层420与第一子模块100的背层199之间。在一些实施方案中，芯层420可以设置在第一共形层410与第二共形层430之间。在一些实施方案中，芯层420可以毗邻于第一共形层410并毗邻于第二共形层430设置。例如，芯层420的第一表面422可以设在第一共形层410的第二表面414上面，而第二共形层430的第一表面432可以设在芯层420的第二表面424上面。因此，在一些实施方案中，夹层400的第一表面402可以由第一共形层410的第一表面412形成，而夹层400的第二表面402可以由第二共形层430的第二表面434形成。

根据本文提供的实施方案，夹层400的厚度可以限定在第一表面402与第二表面404之间。在某些实施方案中，夹层400的厚度可以是连续的并且大体上均匀的，且夹层400上的厚度偏差小于25％。在一个实例中，夹层400的厚度可以为约650微米(650μm)。在一些实施方案中，厚度在100μm至2500μm的范围内，例如，在约250μm至1500μm之间，或在约400μm至1000μm之间。

在一些实施方案中，夹层400的厚度可以是连续的并且不规则的。在一个实例中，芯层是大体上均匀的，而第一和第二共形层410、430中的一个或两个的厚度大体上不规则。在一个实例中，夹层包括大体上均匀的芯层与大体上不规则的共形层的组合；这种组合赋予了来自芯材料的电隔离和机械强度的益处与共形层可流动和粘附以填充并改善毗邻模块表面的表面不规则性的益处的组合。共形层连续地粘附到子模块和芯层的直接毗邻表面。在一些实施方案中，均匀层偏离平均厚度不超过25％，或在0％至25％的范围内。在一些实施方案中，不规则或不均匀层包括大于其平均厚度的30％、大于其平均厚度的40％或大于其平均厚度的50％的厚度偏差。在一些实施方案中，不规则或不均匀层包括高达不规则层平均厚度的30％至100％的范围、不规则层平均厚度的30％至90％的范围、不规则层平均厚度的40％至90％的范围、不规则层平均厚度的40％至80％的范围、或不规则层平均厚度的45％至75％的范围的厚度偏差。

夹层400的某些实施方案可以包括其中整个夹层400或夹层400的一个或多个层对于波长为800nm的光具有约1.2至约2.0(例如，约1.6)的折射率的情况。在一些实施方案中，第一共形层410、第二共形层430和芯层420中的至少一个可以具有约1.2至约2.0的折射率，其中某些实施方案包括对于波长为800nm的光具有大于1.6的折射率的一个或多个层。在一些实施方案中，第一共形层410、第二共形层430和芯层420中的至少一个对于800nm的光可以具有在1.6至2.5的范围内的折射率。

夹层400对于波长在800nm至1200nm之间的光可以具有大于20％的平均透射率。任选地，夹层400对于波长为800nm至1200nm的光可以具有大于约25％的平均透射率，例如，在一个实施方案中大于约50％，或在另一个实施方案中大于约60％，或在再一个实施方案中大于约75％。

不受理论的束缚，本文提供的夹层400为串联光伏器件提供了协同优势。提供在共形层410、430之间具有芯层420的夹层400为可制造性和操作性都带来了优势。芯层420可以防止短路并且可以提供物理和电分离。共形层410、430可以提供与芯层420和相应的子模块100、500的良好接触，这可以最大限度地减少诸如空隙和气泡之类的不规则性，以在子模块100、500之间提供可靠的光学性质。另外，夹层400封装子模块100、500并防止湿气侵入到子模块100、500中，从而减轻可能与潮湿环境相关的腐蚀、劣化和性能下降。

夹层400的芯层420可以提供介电和物理屏障，该屏障将抵抗变形和介电击穿距离的变窄。芯层420可以具有高于200摄氏度的熔点。在某些实施方案中，芯层420可以具有高于250摄氏度的熔点，而其他实施方案包括其中芯层420具有在约225摄氏度至约550摄氏度的范围内的熔点的情况。在一些实施方案中，芯层420可以具有大于10kV/mm、大于20kV/mm、大于50kV/mm、在10kV/mm至250kV/mm的范围内、或在10kV/mm至200kV/mm的范围内的介电击穿强度。

芯层420可以包含聚合物片材。在某些实施方案中，芯层420可以具有在10μm至400μm的范围内的厚度。在一些实施方案中，芯层420可以具有大于15μm、大于20μm、大于30μm、大于40μm、大于50μm、大于60μm的厚度。在一些实施方案中，芯层420可以具有小于400μm、小于300μm、小于200μm、小于250μm、小于200μm、小于150μm、小于120μm、小于100μm、小于90μm、小于80μm、或小于70μm的厚度。在一些实施方案中，芯层420可以具有约40μm至140μm的厚度。在一些实施方案中，形成芯层420的材料为热塑性聚合物树脂。在一些实施方案中，形成芯层420的材料可以包括以下中的一种或多种：取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(OPET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚环辛烯(PCO)或双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(boPET)。

通常，共形层410、430中的每一个可以由包含熔点小于170摄氏度的可流动聚合物的材料形成以在较高的温度下与子模块100、500层压和工作期间共形于系统部件。在一些实施方案中，共形层410、430由熔点小于110摄氏度的材料形成。在一些实施方案中，共形层410、430中的一个或两个具有在约50摄氏度至约170摄氏度的范围内、在70摄氏度至170摄氏度的范围内、在70摄氏度至110摄氏度的范围内、在90摄氏度至140摄氏度的范围内、或在80摄氏度至110摄氏度的范围内的熔点。在一些实施方案中，共形层410、430中的一个或两个具有小于150摄氏度、小于130摄氏度、小于120摄氏度、小于110摄氏度、或小于100摄氏度的熔点。

第一共形层410的材料可以包括聚乙烯(PE)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)和/或聚烯烃弹性体(POE)。适合用于该层中的其他材料包括各种光学上相容的粘合剂。

共形层410、430中的每一个的厚度可以为约180μm至约740μm。在一些实施方案中，第一共形层410具有大于180μm、大于200μm、大于220μm、大于250μm、或大于280μm的厚度。在一些实施方案中，第一共形层410具有小于700μm、小于600μm、小于500μm、小于400μm、小于350μm、或小于320μm的厚度。在一些实施方案中，第二共形层430具有大于180μm、大于200μm、大于220μm、大于250μm、或大于280μm的厚度。在一些实施方案中，第二共形层430具有小于700μm、小于600μm、小于500μm、小于400μm、小于350μm、或小于320μm的厚度。

共形层410、430可以配置成共形于毗连表面的不规则性，分别包括第一子模块100的第二表面104或第二子模块500的第一表面502的表面粗糙度。在一些实施方案中，毗连表面的平均表面粗糙度与相应的毗邻共形层的厚度之间的比率在1:1至1:1000之间。在一些实施方案中，毗连表面的平均表面粗糙度与共形层的厚度之间的比率大于1:1、大于1:2、大于1:10、大于1:50、或大于1:100。在一些实施方案中，毗连表面的平均表面粗糙度与共形层的厚度之间的比率小于1:900、小于1:750、小于1:500、小于1:300、或小于1:200。共形层的可流动组合物在制造期间的加工温度下提供有益的润湿性和粘附性，而不管表面不规则性如何。

现在参考图7，其在700处示出了制造串联光伏器件的方法的一个实施方案。705处的第一步可以包括提供如本文所述的夹层400，其中该夹层400允许一部分光穿过它。710处的第二步可以包括使第一子模块100的表面(例如，第二表面104)的一部分与第一共形层410直接接触。715处的第三步可以包括使第一共形层410共形于第一子模块100的表面(例如，第二表面104)的该部分。720处的第四步可以包括使第二子模块500的表面(例如，第一表面502)的一部分与第二共形层430直接接触。725处的第五步可以包括使第二共形层500共形于第二子模块500的表面(例如，第一表面502)的该部分。

夹层400可以以各种方式形成。在某些实施方案中，可以在预粘结步骤中将芯层420、第一共形层410和第二共形层430层压在一起来形成夹层400。可以将芯层420层压在第一共形层410与第二共形层430之间来提供夹层400。在某些实施方案中，夹层的一个或多个层作为单个片材或层共挤出。可以将芯层420共挤出在第一共形层410与第二共形层430之间来提供夹层400。

虽然图7依次绘示了方法700的步骤，但应理解，某些步骤可以同时进行和/或某些步骤可以以与所绘示的不同的顺序进行。例如，可以通过将第一共形层410加热到至少第一聚合物的熔点来使第一共形层410共形于第一子模块100的表面的部分。同样，可以通过将第二共形层430加热到至少第二聚合物的熔点来使第二共形层430共形于第二子模块500的表面的部分。可以在使第一子模块100的表面的部分与第一共形层410直接接触之前，将第一子模块100的表面的部分和第一共形层410中之一加热到至少第一聚合物的熔点。同样，可以在使第二子模块500的表面的部分与第二共形层430直接接触之前，将第二子模块500的表面的部分和第二共形层430中之一加热到至少第二聚合物的熔点。某些实施方案包括其中如下的情况：使第一共形层410共形于第一子模块100的表面的部分和使第二共形层430共形于第二子模块500的表面的部分包括在使第一子模块100的表面的部分与第一共形层410直接接触和使第二子模块500的表面的部分与第二共形层430直接接触后，将第一子模块100、夹层400和第二子模块500同时加热到至少第一聚合物的熔点和至少第二聚合物的熔点。还可能的是，通过将夹层400和第一子模块100压在一起来使第一共形层410共形于第一子模块100的表面的部分，且通过将夹层400和第二子模块500压在一起来使第二共形层430共形于第二子模块500的表面的部分。使第一共形层410共形于第一子模块100的表面的部分和使第二共形层共形于第二子模块500的表面的部分可以包括将夹层400压在第一子模块100与第二子模块500之间。

在一些实施方案中，形成串联光伏器件的方法包括：使第一子模块100的背表面或第二表面104与第一共形层410的第一表面402、412直接接触；使第二子模块500的前表面或第一表面502与第二共形层430的第二表面404、434直接接触；在第一共形层410与第二共形层430之间设置芯层420。所述方法可以包括使第一共形层共形于第一子模块的表面；和使第二共形层共形于第二子模块的表面。

所述方法可以在低于芯层的熔化温度的加工温度下进行。加工温度可以在共形层的熔化温度附近、之处或之上。在一些情况下，加工温度在第一聚合物的熔化温度之上或之下15摄氏度内。在一些情况下，加工温度在第二聚合物的熔化温度之上或之下15摄氏度内。在一些情况下，加工温度在第一和第二聚合物的熔化温度之上。在粘结夹层与第一和第二子模块的方法的一些实施方案中，加工温度为构成芯层的第三聚合物的熔化温度之下20至150度。在一些情况下，加工温度在80至170摄氏度的范围内。在一些情况下，加工温度小于150摄氏度、小于140摄氏度、小于130摄氏度、小于120摄氏度、小于110摄氏度、小于100摄氏度、小于90摄氏度、或小于85摄氏度。

通过控制夹层的子层的厚度和组成，可以控制制造过程中的材料热容量和热传递，以防止在适合于将共形层熔化并粘附到毗邻模块的表面的加工温度下损坏毗邻模块的温敏部件。在加工温度下的层压或粘结过程中，芯层可以是固体连续片材，而同时，共形层中的一个或两个被加热到可流动的粘稠状态。所述方法产生具有良好的粘附、稳健的电击穿强度和对近红外波长高度透明的耐用夹层。

提供示例实施方案以使本公开彻底、并将充分向本领域技术人员传达范围。阐述了许多具体细节，如具体部件、器件和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例实施方案可以以许多不同的形式实施，并且也不应将其解释为限制本公开的范围。在一些示例实施方案中，未详细描述众所周知的方法、众所周知的器件结构和众所周知的技术。可以在本技术的范围内对一些实施方案、材料、组成和方法作等同的改变、修改和变型，并得到大体上相似的结果。

Claims

1.一种串联光伏器件，所述串联光伏器件包含：

第一子模块；

第二子模块；

设置在所述第一子模块与所述第二子模块之间的夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它，所述夹层包括：

直接接触并共形于所述第一子模块的表面的一部分的第一共形层，所述第一共形层包括熔点小于170摄氏度的第一聚合物；

直接接触并共形于所述第二子模块的表面的一部分的第二共形层，所述第二共形层包括熔点小于170摄氏度的第二聚合物；

设置在所述第一共形层与所述第二共形层之间并且与所述第一共形层和所述第二共形层直接接触的芯层，所述芯层包括熔点大于200摄氏度的第三聚合物。

2.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述夹层在800nm下具有在1.4至1.8的范围内的折射率。

3.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中：

所述第一聚合物具有在70摄氏度至120摄氏度的范围内的熔点；

所述第二聚合物具有在70摄氏度至120摄氏度的范围内的熔点；并且

所述第三聚合物具有在200摄氏度至300摄氏度的范围内的熔点。

4.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述夹层具有大于约10kV/mm的介电强度。

5.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述夹层具有约100μm至约1500μm的厚度。

6.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述夹层配置成透射穿过它的波长为约700nm至约1300nm的光中的至少90％。

7.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物独立地包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合。

8.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物包含相同的材料。

9.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述第三聚合物包括选自以下的成员：取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚四氟乙烯；聚环辛烯；双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰亚胺；及其组合。

10.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述芯层具有在25μm至200μm的范围内的厚度。

11.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述芯层具有大于约50kV/mm的介电强度。

12.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述第一共形层和所述第二共形层具有不同的厚度。

13.根据权利要求1所述的串联光伏器件，其中所述第一共形层具有约300μm的厚度，所述第二共形层具有300μm的厚度，所述芯层具有100μm的厚度，并且所述芯层的所述第三聚合物包括双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯。

14.一种用于串联光伏器件的夹层，所述串联光伏器件具有第一子模块和第二子模块，包含：

配置成设置在所述第一子模块与所述第二子模块之间的夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它，具有约1.2至约2.0的折射率、大于约10kV/mm的介电强度、约100μm至约1500μm的厚度，所述夹层包括：

直接接触并共形于所述第一子模块的表面的一部分的第一共形层，所述第一共形层包括熔点小于约170摄氏度的第一聚合物，其中所述第一聚合物包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合；

直接接触并共形于所述第二子模块的表面的一部分的第二共形层，所述第二共形层包括熔点小于约170摄氏度的第二聚合物，其中所述第二聚合物包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合；

设置在所述第一共形层与所述第二共形层之间并且与所述第一共形层和所述第二共形层直接接触的芯层，所述芯层具有大于约50kV/mm的介电强度，所述芯层包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物，其中所述第三聚合物包括选自以下的成员：取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚四氟乙烯；聚环辛烯；双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰亚胺；及其组合。

15.一种制造串联光伏器件的方法，所述方法包括：

提供夹层，其中所述夹层允许一部分光穿过它，所述夹层包括：

第一共形层，所述第一共形层包括熔点小于约170摄氏度的第一聚合物；

第二共形层，所述第二共形层包括熔点小于约170摄氏度的第二聚合物；

设置在所述第一共形层与所述第二共形层之间并且与所述第一共形层和所述第二共形层直接接触的芯层，所述芯层包括熔点大于约200摄氏度的第三聚合物；

使第一子模块的表面的一部分与所述第一共形层直接接触；

使所述第一共形层共形于所述第一子模块的所述表面的所述部分；

使第二子模块的表面的一部分与所述第二共形层直接接触；和

使所述第二共形层共形于所述第二子模块的所述表面的所述部分。

16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括将所述芯层层压在所述第一共形层与所述第二共形层之间来提供所述夹层。

17.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括将所述芯层共挤出在所述第一共形层与所述第二共形层之间来提供所述夹层。

18.根据权利要求15所述的方法，其中：

使所述第一共形层共形于所述第一子模块的所述表面的所述部分包括将所述第一共形层加热到至少所述第一聚合物的熔点；并且

使所述第二共形层共形于所述第二子模块的所述表面的所述部分包括将所述第二共形层加热到至少所述第二聚合物的熔点。

19.根据权利要求15所述的方法，其中：

在使所述第一子模块的所述表面的所述部分与所述第一共形层直接接触之前，将所述第一子模块的所述表面的所述部分和所述第一共形层中之一加热到至少所述第一聚合物的熔点；并且

在使所述第二子模块的所述表面的所述部分与所述第二共形层直接接触之前，将所述第二子模块的所述表面的所述部分和所述第二共形层中之一加热到至少所述第二聚合物的熔点。

20.根据权利要求15所述的方法，其中使所述第一共形层共形于所述第一子模块的所述表面的所述部分和使所述第二共形层共形于所述第二子模块的所述表面的所述部分包括：在使所述第一子模块的所述表面的所述部分与所述第一共形层直接接触和使所述第二子模块的所述表面的所述部分与所述第二共形层直接接触后，将所述第一子模块、所述夹层和所述第二子模块同时加热到至少所述第一聚合物的熔点和至少所述第二聚合物的熔点。

21.根据权利要求15所述的方法，其中：

使所述第一共形层共形于所述第一子模块的所述表面的所述部分包括将所述夹层和所述第一子模块压在一起；或

使所述第二共形层共形于所述第二子模块的所述表面的所述部分包括将所述夹层和所述第二子模块压在一起。

22.根据权利要求15所述的方法，其中使所述第一共形层共形于所述第一子模块的所述表面的所述部分和使所述第二共形层共形于所述第二子模块的所述表面的所述部分包括：将所述夹层压在所述第一子模块与所述第二子模块之间。

23.根据权利要求15所述的方法，其中所述接触步骤在120摄氏度之下的加工温度下进行。

24.一种串联光伏器件，所述串联光伏器件包含：

第一子模块；

第二子模块；

直接接触并共形于所述第一子模块的表面的一部分的第一共形层，所述第一共形层包含熔点小于170摄氏度的第一聚合物；

直接接触并共形于所述第二子模块的表面的一部分的第二共形层，所述第二共形层包含熔点小于170摄氏度的第二聚合物；

设置在所述第一共形层与所述第二共形层之间的芯层，所述芯层包含熔点大于200摄氏度的第三聚合物。

25.根据权利要求3-14或权利要求24中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-24中任一项所述的方法，其中所述夹层在800nm下具有在1.4至1.8的范围内的折射率。

26.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-24中任一项所述的方法，其中：

27.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-26中任一项所述的方法，其中所述夹层具有大于约10kV/mm的介电强度。

28.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-27中任一项所述的方法，其中所述夹层具有约100μm至约1500μm的厚度。

29.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-28中任一项所述的方法，其中所述夹层配置成将波长为约800nm至约1200nm的入射光中的至少90％透射过它。

30.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-29中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物独立地包括选自以下的成员：聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；聚烯烃弹性体；及其组合。

31.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-30中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物和所述第二聚合物包含相同的材料。

32.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-31中任一项所述的方法，其中所述第三聚合物包括选自以下的成员：取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚四氟乙烯；聚环辛烯；双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚酰亚胺；及其组合。

33.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-32中任一项所述的方法，其中所述芯层具有在25μm至200μm的范围内的厚度。

34.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-33中任一项所述的方法，其中所述芯层具有大于约50kV/mm的介电强度。

35.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-34中任一项所述的方法，其中所述第一共形层和所述第二共形层具有不同的厚度。

36.根据权利要求3-14或权利要求24-25中任一项所述的串联光伏器件、根据权利要求14所述的夹层或根据权利要求15-34中任一项所述的方法，其中所述第一共形层具有约300μm的厚度，所述第二共形层具有300μm的厚度，所述芯层具有100μm的厚度，并且所述芯层的所述第三聚合物包括双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯。