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    一種光伏裝置之一疊層係包含第一電極層(40)、第二電極層(60)、及配置於第一電極層和第二電極層間之光敏層(50)。第一電極層(40)包括至少一電性支援層(41)，係具有具第一結構之電性導電電極線(42A、42B)及具第二結構且寬於上述電極線(42A、42B)之電性導電集極線(44A、44B)。電極線(42A、42B)及集極線(44A、44B)係被設置於電性支援層之平面中。光伏裝置具有複數之光伏模組(A、B…)，係分別包括上述疊層之各自橫向部分。一橫向部分包括第一電極層部分(40A、40B)，係具有第一電極層(40)之電性支援層部分(41A、41B)、包括第二電極層(60)之第二電極層部分(60A、60B)、以及包括光敏層50之光敏層部分(50A、50B)。電性支援層部分(41A、41B)包括具第一結構之一個別部分、以及與第一結構之上述個別部分電性連接且具第二結構之一個別部分。該等光伏模組係以串列連接被配置，其中，透過前後互隨的第一個光伏模組之第一電極層部分(40A)之一集極線(44A)與上述前後互隨的第二個光伏模組(B)之一第二電極層部分(60B)之間的電性連接，用以耦接上述前後互隨之光伏模組。設置至少一條件式電性旁路元件(30)，用以與電性支援層(41)相靠。條件式電性旁路元件具有第一及一第二端(31、32)，各自連接至互異且相鄰電性支援層部分(41A、41B)之各集極線(44A、44B)。條件式電性旁路元件(30)具有一條件式電性導電通道(35)，係介於上述第一及上述第二端之間。
    公开号:TW201306284A
    申请号:TW101117965
    申请日:2012-05-21
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Edward Willem Albert Young
    申请人:Tno；
    IPC主号:H01L27-00
    专利说明:
    光伏裝置及其製造方法
    本發明係有關於光伏裝置。進一步，本發明係有關於光伏裝置之製造方法
    多數有機光伏(OPV)裝置係以電性串列配置產生。以此方式減少弱導電透明電極及其他電流導體中之歐姆耗損(Ohmic losses)。然而，於此串列配置中，一或多個電池之區域屏蔽(local shading)(由於樹及煙囪陰影、鳥類糞便、樹葉粘附於光伏裝置表面等)會導致嚴重的功率損失。被屏蔽之電池無法很好地導通電流。除此之外，未被遮蔽之電池所產生之電壓可導致一或多個已被遮蔽電池之逆向偏壓(reversed biased)。電池之逆向偏壓會引起電池性能退化，甚至使電池完全失效。旁路元件(bypass elements)，像是旁路二極體(diode)或更複雜的旁路電路，係用以克服此一問題。美國專利公開號US 2007089779A所揭示之系統係包括：光伏電池及二極體。光伏電池係包括：第一電洞載子層(hole carrier layer)、第一電洞阻礙層(hole blocking layer)、及介於第一電洞載子層及第一電洞阻礙層之光敏層(photoactive layer)。二極體係包括：第二電洞載子層及第二電洞阻礙層。其中，係將第一電洞載子層電性連接至第二電洞阻礙層，並將第二電洞載子層電性連接至第一電洞阻礙層。該習知系統之缺點在於，旁路元件僅限於旁路二極體。
    本發明之第一方面係提供一種光伏裝置，包括：一疊層，係包含第一電極層、第二電極層、以及配置於第一電極層和第二電極層間之光敏層。第一電極層包括電性支援層。電性支援層包括具第一結構之電性導電電極線。電性支援層包括具第二結構且寬於電極線之電性導電集極線。更特別地，電極線之寬度範圍通常為15至150微米(μm)，且通常集極線之寬度至少為150微米，例如：為500微米。將電極線及集極線設置於電性支援層之平面中。光伏裝置具有複數之光伏模組，係分別包括上述疊層之各自橫向部分。每一橫向部分包括第一電極層之第一電極層部分、第二電極層之第二電極層部分、以及光敏層之光敏層部分。每一第一電極層部分包括電性支援層之各電性支援層部分。光伏模組以串列連接被配置，其中，透過前後互隨的第一個光伏模組之第一電極層部分之集極線(44A)與上述前後互隨的第二個光伏模組之第二電極層部分之間的電性連接，用以耦接上述前後互隨之光伏模組。設置至少一條件式電性旁路元件，用以與電性支援層相靠。條件式電性旁路元件具有第一及第二端，各自連接至互異且相鄰電性支援層部分之各集極線。條件式電性旁路元件具有一條件式電性導電通道，係介於上述第一及上述第二端之間。該至少一條件式電性旁路元件形成至少一光伏模組或一模組集合之分流(shunt)。每一光伏模組最好有各自之條件式電性旁路元件。
    於本發明第一方面所提供之光伏裝置中，作為電極及集極之電性支援層從電極收集電流。進一步作為連接設備之電性支援層之集極線，係電性與機械性地連接條件式電性旁路元件。因此，易於將本發明第一方面所提供之光伏裝置分成較小之粒度(granularity)。舉例而言，光伏模組之大小可為幾平方厘米(cm)。於光伏裝置中，當僅有一小部分為不正常(dysfunctional)時，優點是免於必須繞過之大面積。
    可將電性支援層之平面中電極線配置為格狀或網狀，但可選擇性地包括複數之相互平行線。一方面，由於光線可從光敏層之環境無阻礙地通過電極線之間，此配置具良好透明度。因此，電極線本身不需為透明，從而能夠優先選擇具有較高導電性之材料，像是鋁或銅金屬。可將所需一額外透明電極層施加於此電性支援層及光敏層之間。由於電性支援層已提供良好之橫向導電，使此額外透明電極層之導電性需求較小，因此能夠優先選擇具有良好透明度之材料。可使用如銦錫氧化物(ITO)層之無機層，但可選擇性地使用如聚二氧乙基塞吩(PEDOT)層之有機層。於光伏裝置所設計之波長範圍內，該額外透明電極層具有50%之透明度較佳，這通常為可見輻射之波長範圍。最好至少有90%之透明度。能夠以單獨製程製造旁路元件，且如果需要的話，可依據另一項技術製造。舉例來說，可利用小型之矽基製程(silicon based process)來製造。
    於依據第一方面之光伏裝置實施例中，該條件式電性旁路元件為二極體。然而，該條件式電性旁路元件最好包括一開關元件。通常該開關元件於導通狀態下具有可忽略之電阻。可透過外部信號來控制該開關元件，如電晶體，但條件式電性旁路元件最好進一步包括控制器，用以控制該開關元件，且由該旁路元件之第一及第二端供電。以此方式便不需要開關元件之外部控制線。舉例來講，專利文獻US 20090184746A1、US 20080198523A1、DE 10200501223B4係提供習知上適合此目的之電路結構(circuitry)。
    本發明之第二方面係提供一種光伏裝置製造方法。於本發明第二方面所提供之方法中，提供第一電極層，至少包括一電性導電材料之一電性支援層，且包括具第一結構之電極線及具第二結構且寬於上述電極線之集極線。將電極線與集極線兩者設置於電性支援層之平面中。將第一電極層分成複數之相互絕緣之橫向部分。
    將至少一條件式電性旁路元件設置於電性支援層上。條件式電性旁路元件具有第一及一第二電性端，分別與上述電性支援層之第一及第二相鄰部分之各集極線電性接觸。條件式電性旁路元件具有一條件式電性導電通道，係介於上述第一及上述第二端之間。
    可選擇性地將電性導電透明材料之另一透明電極層部分施加於電性支援層結構之各橫向部分上。可於設置至少一條件式電性旁路元件之步驟前或後來執行施加另一電極層部分之選擇性步驟。
    依據本發明第二方面之方法進一步包括將各光伏層部分施加於第一電極層部分，然後將各第二電極層部分施加於光伏層部分。因此，所形成之每一光伏模組包括：第一電極層之一橫向部分，其具有電性支援層部分、光伏層、及第二電極層。於每一第二電極層部分及相鄰第一電極層部分間形成電性連接，用以提供光伏模組之電性串列連接。透過施加第二電極層部分有助於形成這些電性連接，並使其延伸超過相鄰第一電極層部分之集極線上方之一自由部分。
    為徹底地瞭解本發明，係提供各種具體細節詳述如下。然而，所屬技術領域中具有通常知識者需暸解無這些具體細節之情況下亦可實現本發明。於其他情況下，並未詳述習知之方法、程序及元件以免混淆本發明。
    下文係配合所附圖式所呈現之本發明實施例來充份地說明本發明。惟本發明並不限於所述之示範性實施例，亦可以不同形式實現。更確切地說，這些實施例係用以全盤完整地了解本發明，並對所屬技術領域中具有通常知識者充份地傳達本發明所涵蓋之範圍。為清楚說明，於圖示中，階層及區域之尺寸及相關尺寸可能被誇大。配合剖面圖所述之本發明實施例係為本發明理想實施例(及中間結構)之示意圖。如此一來，諸如製造技術以及/或者容許誤差所造成之圖式形狀變化是可能發生的。因此，本發明實施例不應被限定在圖式區域之特定形狀，但包括如製造所造成之形狀偏差。因此，圖中所示區域實質上為示意，且其形狀非用以表示區域的裝置之實際形狀，亦非用以限定本發明之保護範圍。
    需瞭解的是，當一元件或階層被表示“連接於”、“耦接於”另一元件或階層，或“置於其上”時，可為直接地連接於、耦接於、或置於另一元件或階層之上，或者表示存有中間元件或階層。反之，當一元件或階層被表示“直接連接於”、“直接耦接於”另一元件或階層，或“直接置於其上”時，則表示並無中間元件或階層存在。相同或類似之符號係表示相同或類似之元件。此處所使用之“以及/或者”，係包括一或多個相關項目之所有組合。
    需瞭解的是，儘管此處使用第一、第二、第三等方式來表示相異之元件、組件、區域、階層、以及/或者區段，這些元件、組件、區域、階層、以及/或者區段並不限於這些表示方式。這些表示方式僅用以區別一元件、組件、區域、階層或區段，與另一區域、階層或區段。因此，下述之一第一元件、組件、區域、階層或區段，在不悖離本發明之教導下，係可以為一第二元件、組件、區域、階層或區段。
    空間上相關之表示，像是“下面”、“下方”、“較低”、“上方”、“較高”及其它，可於此用以方便說明圖示中一元件或特徵與另一元件或特徵之關係。需瞭解的是，除了圖示所述之方向外，空間上相關之表示係用以涵蓋所使用或操作中裝置之各種方向。舉例而言，當圖示之裝置翻轉時，對其它元件或特徵而言，“下方”或“下面”之元件，將重新定位成位於其它元件或特徵之“上方”。因此，“下方”之表示方式能夠同時涵蓋上方及下方之方向。裝置可以其它方式轉向(旋轉90度或其它方向)，並對應地陳述空間相關之說明。
    除非另有定義，於此所使用之所有名詞(包括技術及科學名詞)，通常就本發明所屬技術領域中具有通常知識者之理解而言，係具有相同字義。需進一步瞭解的是，除非於此特別定義，像是一般使用字典定義之名詞，其字義係與相關技術領域之文中字義具有一致性，而非理想化或過份形式化來加以解讀。於衝突情況下，本說明書，包括定義，將進行管理。除此之外，材料、方法和例子僅用於說明而非限定。
    於不同圖式中，相同之參考標號係表示相同之元件。
    第1圖係顯示具有複數之光伏模組A-F之光伏裝置示意圖。於第1圖中，係將這些模組依字母順序串列配置。於此情況下，這些光伏模組為矩形且被配置於單一列中。之後的模組係被配置於其毗鄰之長邊上。第2圖係顯示光伏裝置之另一實施例，係具有複數之光伏模組A-I，其中，將這些模組依二維模式配置。於第2圖中，係將這些模組依字母順序電性串列配置。
    第3圖係顯示沿著第1圖之III-III切線剖面圖。如第3圖所示，光伏裝置具有疊層，係包含：第一電極層40、第二電極層60、以及配置於第一電極層40和第二電極層60間之光敏層(photo-active layer)50。這些層之間可存在其他功能層。舉例來說，可將電洞載子層(hole carrier layer)配置於第一電極層40及光敏層50之間，並將電洞阻礙層(hole blocking layer)配置於第二電極層60及光敏層50之間。光敏層50可具有分層，像是能夠感測到波長範圍互異之兩個或多個分層。如第3A圖所示，第一電極層40包括作為第一分層之電性支援層(electric support layer)41，以及作為第二分層之另一透明電極層43，係被設置與電性支援層41相靠。第4圖係顯示沿著第3圖之電性支援層41之IV-IV切線剖面圖。如第4圖所示，電性支援層41包括：具第一結構之電極線42A、42B，此處係被配置為六角形格狀(hexagonal grid)；以及具第二結構之電性導電集極線(electrically conductive collector line)44A、44B。就上述電極線而言，集極線相對較寬。將電極線42A、42B及集極線44A、44B設置於電性支援層41之平面中。可將電性支援層41置於基板上、或者嵌入至基板之電性絕緣透明層20中或基板本身之上或之中。
    將透明電極層43配置於電性支援層41之一側，以面對光敏層50。如第3圖所示，光伏模組A、B分別包括：上述疊層40、50、60之各自橫向部分。更特別地，疊層之橫向部分包括：第一電極層40之第一電極層部分40A、40B；第二電極層60之第二電極層部分60A、60B；及光敏層50之光敏層部分50A、50B。於第3A圖所示之情況下，第一電極層部分40A、40B分別包括：由電性支援層部分41A、41B所各自形成之第一分層部分、及第二分層部分43B。如第3圖所示，透過前後互隨的第一個光伏模組A之第一電性支援層部分41A之集極線44A與前後互隨的第二個光伏模組B之第二電極層部分60B之間的電性連接，用以耦接前後互隨之光伏模組A、B，從而將光伏模組A、B以串列連接配置。用語“透明”意指於光伏裝置所設計之波長範圍內，該階層20傳輸至少50%之輻射，這通常為可見輻射之波長範圍。最好至少有90%之輻射傳輸。
    此處雖然根據六角形圖案(pattern)來配置電極線42A、42B，然而，如第6A-C圖所示，可使用各種替代圖案。設置至少一條件式電性旁路元件(conditional electric bypass element)30，用以與電性支援層41相靠。條件式電性旁路元件30包括第一及第二端31、32，各自連接至相鄰電性支援層部分41A、41B之集極線44A、44B。第5圖係顯示沿著第4圖之V-V切線剖面圖。第5圖更詳細地顯示出條件式電性旁路元件30具有一條件式電性導電通道33，介於上述第一及第二端31、32之間。條件式電性旁路元件30通常由矽基晶片(silicon based chip)形成。所屬技術領域中具有通常知識者可利用各種方法來實現元件30與電性支援層41之間的機械及電氣連接。舉例來講，可使用直接焊線(direct wire bonding)。除此之外，與電性支援層41之間的連接可使用金或錫凸塊(bump)。可使用轉接板(interposer)而非直接將條件式電性旁路元件30置於電性支援層41上。舉例而言，可將條件式電性旁路元件30以凸塊置於轉接板上，之後，可將轉接板透過焊接(soldering)、接合(gluing)或壓烙(crimping)連接至電性支援層41。
    第6A圖係顯示電性支援層41A+B之另一配置圖。其中，係以圓形圖案來配置電極線42A+B。第6B圖係顯示以矩形格來配置電極線42A、42B之配置圖。第6C圖係顯示以一組平行線來配置電極線42A、42B之配置圖。如第6C圖所示，集極線44A、44B圍繞電性支援層41之每一橫向部分41A、41B，以此方式，於具第一結構之電極線42A、42B與具第二結構之電極線42A、42B之間，各自取得最佳之電性接觸。然而，可選擇性地將集極線沿著圓周之一部分配置。於另一實施例中，可將電性支援層部分之集極線配置於電極線之結構內。集極線44A、44B之寬度大體上大於電極線42之寬度。
    光伏裝置之各階層所使用之合適材料等係被揭示於所引用之EP參考文獻中。
    舉例來說，第7圖係顯示具有四個模組A-D之光伏裝置配置示意圖，其中，模組B無作用。每一模組A-D具有條件式電性旁路元件30A-30D。於此情況下，對應之條件式電性旁路元件30B為電性導電，因此經由此旁路元件30B來轉移電流路徑Ip。如第7A圖之實施例所示，於依據本發明第一方面之光伏裝置中，條件式電性導電通道35係為以正常阻斷(blocking)方向配置之二極體，意即當其對應之光伏模組正常工作時則為阻斷。第7B圖係顯示條件式電性導電通道35為開關元件(switching element)35之第二實施例。可將開關元件耦接至外部控制器。第7C圖係顯示另一實施例，其中，上述條件式電性旁路元件30更包括用來控制開關元件35之控制器36，係由旁路元件30之第一及第二端31、32供電。第7D圖係顯示控制器36之細節。控制器36具有控制模組361及電源模組362。控制模組361依據端點31、32上所感測到之電壓來控制開關元件35。電源模組362具有耦接至旁路元件30之端點31、32之輸入端，並提供一調整之供應電壓V至控制模組361。電源模組362可使用已知技術等來提供調整之供應電壓，例如：像是二極體之整流器元件、像是電池或電容之儲存元件。亦可將更複雜之電壓調整單元，例如電壓轉換單元，像是切換模式之電源併入至此模組。
    並不需要透過單一條件式電性旁路元件來橋接每一光伏模組。反之，可將一組以串列配置之光伏模組透過一條件式電性旁路元件來橋接。如第7E圖所示之實施例中，第一對光伏模組A、B具有條件式電性旁路元件30AB，而第二對光伏模組C、D具有條件式電性旁路元件30CD。每一光伏模組A-D分別具有各自之橫向部分41A…41D，係包括：具有電極線42A…42D及集極線44A…44D之電性支援層。將成對之串列配置模組A、B耦接至主集極線44AB，並將成對之串列配置模組C、D耦接至主集極線44CD。第7F圖係顯示此一配置之電性替換機制。舉例來講，係顯示光伏模組B為不正常(dysfunctional)之情況。於此情況下，條件式電性旁路元件30AB成為電性導電。
    第8圖為光伏裝置之實施例操作說明，光伏裝置包括如第7D圖所示之旁路元件30。於t0至t1期間，光伏裝置沒有接觸到任何輸入輻射。因此，輸入電壓Vin，即相對於端點31之端點32之電壓，係為0V。之後，於t1至t2期間，光伏裝置接收到太陽輻射，而對應於旁路元件30之光伏模組，係表示為監測光伏模組，為正常工作。因此，產生超過第一臨界電壓V1之正電壓。控制模組361透過阻斷開關元件35來回應此條件。之後，於t2至t3期間，舉例而言，當光伏裝置內之其他光伏模組正常工作時，監測光伏模組被樹的陰影所遮蓋。其結果導致控制模組361感測到低於第二臨界電壓V2之電壓。控制模組361透過設定開關元件35之導電狀態來回應此條件。此外，餘留之少量剩餘電壓使監測光伏模組能夠偵測當下之條件。之後，於t3至t4期間，監測光伏模組之遮蓋消失，使上述模組正常工作。因此，控制模組361所觀察到之電壓Vin再次超過第一臨界電壓V1，致使控制模組361阻斷開關元件35。之後，於t4至t5期間，監測光伏元件被遮蓋，致使控制模組361設定開關元件35為導電狀態。於t5至t6期間，光伏裝置再次地沒有接觸到任何輸入輻射。因此，輸入電壓Vin，即相對於端點31之端點32之電壓，係為0V。於此條件下，控制模組361通常維持開關元件35之阻斷狀態。
    可透過二極體351來橋接開關元件35，用以作為防失效設備(fail save facility)。
    如第9圖所示，旁路元件30可包括一附加之旁路通道352，係由第二控制模組363控制。可將第二控制模組363耦接至第一控制模組361，用以接收已偵測到之條件所指示之輸入信號Sc。輸入信號Sc可指示下列條件其中之一。
    - 第一信號值，用以指示於光伏裝置中，無光伏模組在操作(當無太陽輻射被接收時)之第一條件。
    - 第二信號值，用以指示監測光伏模組正常工作之第二條件。
    - 第三信號值，用以指示監測光伏模組沒有正常工作但其他光伏模組正常工作之第三條件。
    第二控制模組363可統計性地分析各種條件之發生，並依據此分析設定附加之旁路通道352從正常阻斷狀態至固定導電狀態。舉例來說，當超過一臨界時間間隔並未偵測到第二條件時，可將附加之旁路通道352設定為固定導電狀態。
    於維修期間，透過像是監測光伏模組上之汙點，可使監測光伏模組僅為暫時性地故障。於此情況下，可提供一工具，係能夠產生一正常未發生照明序列(normally not occurring illumination sequence)，如光連續脈衝(light pulse train)，用以使監測光伏模組恢復正常操作。控制模組36可具有用來偵測此光序列之重置設備。舉例來講，重置設備可為第二控制模組363之一部分，用以偵測第一及第二條件之快速交替。
    於第7D圖所示之實施例中，係顯示一防失效設備(fail save facility)。
    依據本發明之第二方面，根據本發明第一方面之光伏裝置係透過下列步驟產生。
    於步驟S1中，提供第一電極層，係包括：電性導電材料之電性支援層、以及被設置於上述電性支援層之平面中且具第一結構之電性導電電極線。電性支援層包括具第二結構之集極線，亦被設置於上述電性支援層之平面中，且其寬度大於集極線之寬度。電性支援層包括彼此相互隔離之複數之橫向部分。
    於步驟S2中，將至少一條件式電性旁路元件設置於上述電性支援層上。條件式電性旁路元件具有第一電性端，係與電性支援層相鄰之第一及第二部分之第一者之集極線電性接觸。條件式電性旁路元件具有第二電性端，係與電性支援層相鄰之第一及第二部分之第二者之集極線電性接觸。條件式電性旁路元件具有條件式電性導電通道，係介於上述第一及第二端之間。
    於步驟S3中，將電性導電透明材料之第一電極層部分施加於電性支援層結構之該等複數之橫向部分上。
    於步驟S4中，將光伏層(photo-voltaic layer)部分各自施加於第二電極層部分上。
    於步驟S5中，將第二電極層部分各自施加於光伏層部分上。因此，於每一第二電極層部分及其相鄰第一電極層部分之集極線間係形成電性連接。需注意，可將單一階層成為堆疊分層。
    不需依此處所示之順序執行該等步驟。也可以先根據步驟S1、S3、S4及S5來製造光伏電池，然後執行步驟S2，將條件式電性旁路元件設置於上述電性支援層上。於另一實施例中，可將該至少一條件式電性旁路元件整合至光伏電池下方之箔片(foil)中、步驟S2可為第一步驟、且之後為步驟S1、S3、S4及S5。
    以下更詳細地說明依據本發明第二方面之實施例之方法。
    第10圖係說明依據第二方面之第一實施例之方法。於此實施例中，第一步驟S1包括四子步驟S101、S102、S103、及S104，如第10A-10E圖所示。
    更特別地，提供第一電極40之第一步驟S1係包括：提供第一金屬基板10之第一子步驟S101，如第10A圖所示。
    如第10B圖所示，於步驟S1之第二子步驟S102中，圖案化該金屬基板之第一主表面11。此外，於上述第一主表面11上產生突出(protruding)部分12及凹蝕(recessed)部分13。
    如第10C圖所示，於第三子步驟S103中，將電性絕緣透明支援層20沉積於金屬基板10之第一主表面11上。
    如第10D及10E圖所示，於第四子步驟S104中，從金屬基板之第二主表面15，係位於金屬基板之第一主表面11之對面，移除材料。第10E圖係顯示10D圖之XIE方向上之頂視圖。第10D圖係顯示沿著第10E圖之D-D切線剖面圖。電性絕緣透明支援層20由於金屬基板10之材料移除而外露，而凹蝕部分13則消失。此外，所形成之電性支援層41被嵌入至電性絕緣透明支援層20中，並包括：具一結構之電性導電電極線42A、42B，係被配置於上述電性支援層之平面中。電性支援層41形成電極40。世界專利申請號WO 2011/016724係更詳細地說明這些提供第一電極40之方法。
    於第二子步驟S102期間，係產生突出部分12及凹蝕部分13之圖案，因此，電性支援層41包括彼此電性絕緣之複數之橫向部分41A、41B。換言之，於橫向部分所在之兩區域之間，係透過不具有突出部分之邊界區來斷開突出部分12及凹蝕部分13之圖案。每一電性支援層部分41A、41B包括具第一結構之電極線42A、42B及具第二結構之集極線44A、44B。每一電性支援層部分41A、41B之第一結構及第二結構彼此電性連接。
    第10F及10G圖係分別顯示第二步驟S2。顯示為切線剖面圖。顯示沿著第10F圖之XIG方向上之頂視圖。第10F圖係顯示沿著第10G圖之F-F切線剖面圖。於步驟S2中，將至少一條件式電性旁路元件30設置於上述電性支援層41上。如第10F圖所示，條件式電性旁路元件30之第一電性端31，係與電性支援層41之相鄰部分41A、41B之第一者41A之集極線44A電性接觸。條件式電性旁路元件30之第二電性端32，係與電性支援層41之相鄰部分41A、41B之第二者41B之集極線44A電性接觸。
    第10H、10J及10L圖係分別顯示步驟S3、S4及S5之剖面圖，且第10I、10K及10M圖係分別顯示步驟S3、S4及S5之頂視圖。第10H、10J及10L圖係顯示沿著第10I圖之H-H切線、第10K圖之J-J切線及第10M圖之L-L切線剖面圖。頂視圖之方向對應於第10E及10G圖之頂視圖所定義之方向。
    第10H及10I圖係顯示第三步驟S3之結果，其中，將電性導電透明材料之電性導電透明層部分43A、43B，如銦錫氧化物(ITO)或聚二氧乙基塞吩(PEDOT)，各自施加於電性支援層結構41之該等複數之橫向部分41A、41B上。支援層結構41之橫向部分41A及電性導電透明層部分43A共同形成電極層40之橫向部分40A。支援層結構41之橫向部分41B及電性導電透明層部分43B共同形成電極層40之橫向部分40B。
    第10J及10K圖係顯示第四步驟S4之結果，其中，將光伏層部分50A、50B各自施加於電性導電透明層部分43A、43B上。或者，可將光伏層部分50A、50B直接施加於電性支援層結構41之橫向部分41A、41B上。
    第10L及10M圖係顯示第五步驟S5之結果，其中，將第二電極層部分60A、60B各自施加於光伏層部分50A、50B上。延伸第二電極層部分60B，使其超過所對應之光伏層部分50B而在支援層41之橫向部分41A之集極線44A上方，其中，橫向部分41A為相鄰第一電極層部分40A之一部分。因此，於第二光伏模組B之第二電極層部分60B及第一光伏模組A之第一電極層部分40A間係形成電性連接。於此情況下，直接延伸第二電極層部分60B至模組A之電性支援層結構41之橫向部分41A之集極線44A上方。此外，可經由中間層或階層之組合來形成電性連接。舉例而言，可經由第一電極層部分40A之透明層43A來形成第二電極層部分60B與第一電極層部分40A之間的電性連接。為簡化說明，僅顯示單一第二電極層部分60B與單一第一電極層部分40A之間的電性連接，但實際上光伏裝置可具有多個以此方法串列配置之複數之光伏模組，如第1及2圖所示。
    第11A-11H圖係說明依據本發明第二方面之第二實施例之方法。於此實施例中，提供具有電性支援層41之第一電極40之步驟S1係包括子步驟S111、S112、S113、及S114，以下將詳細說明。
    如第11A圖所示，根據這些子步驟之第一步S111，係提供基板10。所提供之基板10可使用任意材料，而能夠於後續製程中相對容易地透過蝕刻(etching)、溶解(solving)或剝離(peeling)來移除。材料最好具彈性而能夠於卷動製程(roll process)中處理，但非為必要條件。通常會使用厚度範圍為50微米(μm)至0.5毫米(mm)之箔片。舉例來說，箔片為金屬箔片，像是鋁(aluminum)箔片或銅(copper)箔片。
    第11B圖係顯示這些子步驟之第二步S112，其中，將具有電性支援層部分之電性支援層41沉積於基板之第一主側11上。為清楚說明，僅顯示這些電性支援層部分之集極線44A、44B。可用任何方法來沉積電性支援層41，像是透過印刷(printing)、透過氣相沉積製程(vapor deposition process)、或透過電鍍(electroplating)。電性支援層41形成具有第一電極層部分40A、40B之第一電極層40。
    將電性支援層41嵌入至透明層20(S113)之後，會移除暫時性之基板10(S114)。
    更特別地，第11D圖係顯示子步驟S113之結果，其中，將電性支援層41嵌入至透明層20。嵌入至透明層之子步驟可包括於電性支援層41上沉積一或多個階層。舉例來講，可將單一階層沉積於電性支援層41上，像是透過旋轉塗層(spin-coating)。此外，可將所沉積之堆疊分層作為透明層20。舉例而言，堆疊可為阻障堆疊(barrier stack)，係包括：無機(inorganic)層、以及相交替之有機(organic)層或相交替之不同類型無機層。第11E圖係顯示子步驟S114之結果，其中，從具有內嵌電性支援層41之透明層20移除基板。如實施例所示，在子步驟S112將電性支援層41沉積於基板5之第一主側之後，且在子步驟S113將電性支援層41嵌入至透明層20之前，執行步驟S2(第11C圖)，用以將條件式電性旁路元件30設置於電性支援層41上。
    世界專利申請號WO 2011/016725係更詳細地說明這些提供第一電極40之方法。
    移除暫時性之基板5之後，執行步驟S3及S4。第11F圖係顯示這些步驟之結果。於步驟S3中，將電性導電透明材料之相互分開之橫向部分43A、43B各自施加於電性支援層結構41之該等複數之橫向部分41A、41B上。於步驟S4中，將光伏層部分50A、50B各自施加於階層43之橫向部分43A、43B上。之後，如第11G圖所示，於步驟S5中，將第二電極層部分60A、60B各自施加於光伏層部分50A、50B上。延伸第二電極層部分60B，使其超過所對應之光伏層部分50B而於相鄰光伏模組之第一電極層部分上方之一自由部分。於此情況下，直接延伸第二電極層部分60B至電性支援層結構41之橫向部分41A之集極線44A上方，致使第二電極層部分60B與相鄰模組中具有橫向部分41A之第一電極層部分形成電性連接。於此實施例所示之方法中，沉積一阻障層(barrier layer)70。阻障層70可包括堆疊分層，類似於階層20之說明。
    此外，第11I圖係說明在子步驟S114將基板10從已嵌入之電性支援層結構41移除之後，可執行步驟S2，用以將至少一條件式電性旁路元件30設置於上述電性支援層41上。於此情況下，如第11F及11G圖所示，步驟S2後同樣地可為步驟S3、S4及S5。
    此外，亦能夠延遲執行步驟S2之將至少一條件式電性旁路元件30設置於電性支援層41上，直至執行一或多個步驟S3、S4及S5以提供電性支援層結構41之一自由區域部分後，其中，能夠將條件式電性旁路元件30之端點電性接觸電性支援層部分41A、41B。此外，可經由各電性支援層部分41A、41B上之透明電性導電層部分來形成條件式電性旁路元件30之端點與各電性支援層部分41A、41B之電性接觸。
    第12A至12C圖係顯示步驟S1之另一執行方式，用以提供具有電性支援層41之第一電極層40。第12A圖係顯示第一及第二子步驟之結果。第一子步驟S121包括於透明基板4上提供第一無機層21。第二子步驟S122包括於第一無機層21上提供第一有機解耦(decoupling)層22。之後，如第12B圖所示，執行子步驟S123，用以於有機解耦層中形成至少一溝槽(trench)13。
    舉例來說，可用軟微影(soft lithography)(將PDMS彈性模具壓印至部分反應之有機層)，用以於有機解耦層中形成該至少一溝槽13。以此方式所形成之溝槽13之深寬比(aspect ratio)可達10。此處之深寬比係為溝槽之深度D3除以其最小之橫向尺寸。
    進一步，有機解耦層於轉印(imprinting)，像是透過使用熱處理或紫外線輻射之聚合，之後會完全地固化。
    可處理溝槽13，使得在第一無機阻障層21頂端，無有機物留在溝槽底部。可使用電漿蝕刻(plasma etch)來清洗。剩餘之有機材料可形成水分之擴散路徑。
    接著，如第12C圖所示，子步驟S124係提供第二無機層23。
    可使用習知之內真空(inline vacuum)或基於空氣之捲軸式捲繞塗層(air based roll-to-roll web coating)系統來施加有機層22及無機層21、23。塗層系統由結合放料(unwind)與收料(rewind)之多個部分、及夾於中間(in between)之多個專用製程室(process chambers)所組成，舉例來講，用以預處理基板表面、或於基板表面塗層無機層、或於基板表面塗層有機層、或於基板表面塗層已圖案化之有機層、或固化有機塗層表面。
    無機層21、23之施加可透過各種物理氣相沉積方法，像是加熱蒸鍍(thermal evaporation)、電子束蒸鍍(e-beam evaporation)、濺鍍(sputtering)、磁控濺鍍(magnetron sputtering)、反應性濺鍍(reactive sputtering)、反應性蒸鍍(reactive evaporation)等，或是透過各種化學氣相沉積方法，像是加熱化學氣相沉積(CVD)、光輔助式化學氣相沉積(PACVD)、電漿增強式化學氣相沈積(PECVD)等。
    有機層22之施加可透過各種塗層技術，像是旋轉塗層(spin coating)、狹縫模具式塗層(slot-die coating)、接觸塗層(kiss coating)、熱熔膠塗層(hot-melt coating)、噴霧式塗層(spray coating)等，以及透過各種印刷技術，像是噴墨印刷(inkjet printing)、凹版印刷(gravure printing)、柔版印刷(flexographic printing)、網版印刷(screen printing)、輪轉網版印刷(rotary screen printing)等。
    沉積第二無機層23後，執行子步驟S125，如第12D圖所示，將電性導電材料沉積於該至少一溝槽13中。電性導電材料形成具有電性支援層部分41A、41B之電性支援層結構41。當該至少一溝槽13由單一溝槽形成時，則可透過將電性導電材料沉積於單一溝槽之各部分來形成相互斷開之電性支援層部分41A、41B。此外，可為欲形成之每一電性支援層部分41A、41B提供分開之溝槽。
    為了減緩導電材料之表面擴散，上表面為疏水性(hydrophobic)而溝槽為親水性(hydrophilic)。溝槽13(參考第12B圖)之充填可為單一步驟，像是透過濺鍍、或者透過如MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)之氣相沉積、及結合拋光(polishing)或蝕刻(etching)之步驟。溝槽13之充填最好為兩階段(two-stage)製程。舉例而言，能夠以蒸鍍金屬(如歐洲專利公開號EP 1 693 481 A1所述之鋁Al)、或液相金屬(如銀Ag、金Au、銅Cu)，以及額外之一烘烤步驟(150℃以下)來充填溝槽13。於下一製程中，完全充填溝槽13，用以補償溝槽中材料之收縮。於第二步驟期間，可施加相同之電性導電材料，但也可以選擇不同的材料。舉例來說，金屬銀、金及銅具有較高反射率因此為較佳之第二電性導電材料。需注意此製程期間之結構設計，於一功能組件之一電性導電層中，欲與電力輸送組件(electrical transport component)組裝之接觸區域不與該功能組件之另一導電層直接接觸，用以防止短路。於另一方法中，係以單一步驟施加電性導電材料。
    世界專利申請號WO 2010/016763係更詳細地說明這些提供第一電極40之方法。
    接下來，如第12E圖所示，於電性支援層上設置至少一條件式電性旁路元件30(步驟S2)。之後，類似於第10J至10M圖之說明，可執行步驟S3至S5，用以取得依據本發明第一方面之光伏裝置，如第13圖所示。
    此外，可依據不同程序來完成光伏裝置。舉例來講，可將光敏層部分50A、50B直接施加於電性支援層部分41A、41B上。
    此處所使用之“包括”、“包含”、“具有”、或其他變化之表示方式係用以涵蓋非互斥之含括(non-exclusive inclusion)。舉例而言，包括一元件名單之製程、方法、物品、或裝置不一定侷限於只有那些元件，而是可包含其他未明確列出、或者此製程、方法、物品、或裝置所固有之元件。進一步，除非明確地表示為相反，“或”意指含括或(inclusive or)，而非互斥或(exclusive or)。舉例來說，下列任一均滿足“A或B”之條件：A為真(或存在)且B為假(或不存在)、A為假(或不存在)且B為真(或存在)、以及A與B兩者皆為真(或存在)。
    除此之外，係使用“一”來說明本發明之元件及組件。此方式只是為了方便說明本發明。此說明應理解為包含“一”、或“至少一”，然後，除非為顯而易見地，不然單數亦包含複數。
    4‧‧‧透明基板
    10‧‧‧金屬基板
    20‧‧‧電性絕緣透明層
    21、23‧‧‧無機層
    22‧‧‧有機層
    A、B、C、D、E、F、G、H、I‧‧‧光伏模組
    30、30A、30B、30AB、30CD‧‧‧條件式電性旁路元件
    35‧‧‧條件式電性導電通道、開關元件
    351‧‧‧二極體
    352‧‧‧旁路通道
    36‧‧‧控制器
    361‧‧‧控制模組
    362‧‧‧電源模組
    363‧‧‧第二控制模組
    40‧‧‧第一電極層
    40A、40B‧‧‧第一電極層部分
    41A、41B、41C、41D‧‧‧電性支援層部分
    42A、42B、42C、42D‧‧‧電極線
    43‧‧‧透明電極層
    43A、43B‧‧‧電性導電透明層部分
    44A、44B、44C、44D、44AB、44CD‧‧‧電性導電集極線
    50‧‧‧光敏層(光伏層)
    50A、50B‧‧‧光敏層部分(光伏層部分)
    60‧‧‧第二電極層
    60A、60B‧‧‧第二電極層部分
    第1圖係顯示第一實施例之光伏裝置，係具有複數串列配置之光伏模組。
    第2圖係顯示第二實施例之光伏裝置，係具有複數串列配置之光伏模組。
    第3圖係顯示沿著第1圖之III-III切線之部分剖面圖。
    第3A圖係顯示第3圖中IIIA之細節。
    第4圖係顯示沿著第3圖之IV-IV切線剖面圖。
    第5圖係顯示沿著第4圖之V-V切線剖面所示之條件式電性旁路元件示意圖。
    第6A-6C圖係顯示於本發明第一方面之光伏裝置中電性支援層之例子。
    第7圖係顯示本發明第一方面之光伏裝置之電性替換機制示意圖。
    第7A圖係顯示條件式電性旁路元件之第一例。
    第7B圖係顯示條件式電性旁路元件之第二例。
    第7C圖係顯示條件式電性旁路元件之第三例。
    第7D圖係顯示條件式電性旁路元件之第四例。
    第7E圖係顯示以條件式電性旁路元件橋接多個光伏模組之實施例。
    第7F圖係顯示此實施例之電性替換機制。
    第8圖為本發明光伏裝置之操作說明，光伏裝置包括第7D圖之以條件式電性旁路元件。
    第9圖係顯示條件式電性旁路元件之第五例。
    第10A-10M圖更詳細地說明第一實施例之方法。
    第11A-11H圖更詳細地說明第二實施例之方法。
    第11I圖說明此第二方法之步驟之另一執行方式。
    第12A至12E圖更詳細地說明第三實施例之方法步驟。
    第13圖係顯示以此方法可取得之光伏裝置例子。
    20‧‧‧電性絕緣透明層
    40‧‧‧第一電極層
    40A、40B‧‧‧第一電極層部分
    41‧‧‧電性支援層
    41A、41B‧‧‧電性支援層部分
    44A、44B‧‧‧電性導電集極線
    50‧‧‧光敏層(光伏層)
    50A、50B‧‧‧光敏層部分(光伏層部分)
    60‧‧‧第二電極層
    60A、60B‧‧‧第二電極層部分
    A、B‧‧‧光伏模組
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種光伏裝置，包括：一疊層，係包含一第一電極層(40)、一第二電極層(60)、以及配置於該第一電極層和該第二電極層間之一光敏層(50)，該第一電極層(40)至少包括一電性支援層(41)，係具有具第一結構之電性導電電極線(42A、42B)及具第二結構且寬於上述電極線(42A、42B)之電性導電集極線(44A、44B)，上述電極線(42A、42B)及上述集極線(44A、44B)被設置於該電性支援層之平面中，上述光伏裝置具有複數之光伏模組(A、B…)，係分別包括上述疊層之各自橫向部分，其中，一橫向部分包括一第一電極層部分(40A、40B)，係具有該第一電極層(40)之一電性支援層部分(41A、41B)、包括該第二電極層(60)之一第二電極層部分(60A、60B)、以及包括該光敏層50之一光敏層部分(50A、50B)，其中，上述電性支援層部分(41A、41B)包括具第一結構之一個別部分、以及與第一結構之上述個別部分電性連接且具第二結構之一個別部分，而該等光伏模組係以串列連接被配置，其中，透過前後互隨的第一個光伏模組之一第一電極層部分(40A)之一集極線(44A)與上述前後互隨的第二個光伏模組(B)之一第二電極層部分(60B)之間的電性連接，用以耦接上述前後互隨之光伏模組，且其中，設置至少一條件式電性旁路元件(30)，用以與該電性支援層(41)相靠，上述條件式電性旁路元件具有一第一及一第二端(31、32)，各自連接至互異且相鄰電性支援層部分(41A、41B)之各集極線(44A、44B)，上述條件式電性旁路元件(30)具有一條件式電性導電通道(35)，係介於上述第一及上述第二端之間。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之光伏裝置，其中，上述條件式電性導電通道(35)為二極體。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之光伏裝置，其中，上述條件式電性導電通道(35)為一開關元件。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之光伏裝置，其中，上述條件式電性旁路元件(30)進一步包括：一控制器(36)，用以控制該開關元件(35)，且由該旁路元件之該第一及該第二端供電。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之光伏裝置，其中，上述控制器包括一控制模組(361)及一電源模組(362)，其中，該控制模組(361)依據端點(31、32)上所感測到之電壓來控制該開關元件(35)，且其中，該電源模組(362)依據該旁路元件(30)之端點(31、32)之輸入電壓提供一調整之供應電壓(V)。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之光伏裝置，其中，該電源模組(362)包括一整流器元件、一儲存元件、一電壓轉換單元其中之一或多個。
    [7] 一種光伏裝置製造方法，包括下列步驟：提供(步驟S1)一第一電極層(40)，係至少包括一電性導電材料之一電性支援層(41)，該電性支援層(41)包括具第一結構之電性導電電極線(42A、42B)及具第二結構(44)且寬於上述電極線之電性導電集極線(44A、44B)，上述第一及上述第二結構相互電性連接，且將上述電極線(42A、42B)與上述集極線(44A、44B)設置於上述電性支援層之平面中，將上述第一電極層(40)分成複數之相互絕緣之橫向部分，係具有各自之電性支援層部分(41A、41B)，其中，上述電性支援層部分(41A、41B)包括具第一結構之一個別部分、以及與第一結構之上述個別部分電性連接且具第二結構之一個別部分；設置(步驟S2)至少一條件式電性旁路元件(30)於上述電性支援層(41)上，上述條件式電性旁路元件(30)具有一第一(31)及一第二(32)電性端，係與上述電性支援層(41)之一第一及一第二相鄰部分(41A、41B)之各集極線(44A、44B)電性接觸，上述條件式電性旁路元件具有一條件式電性導電通道，係介於上述第一及上述第二端之間；施加(步驟S4)各光伏層部分(50A、50B)於該第一電極層部分(40A、40B)；以及施加(步驟S5)各第二電極層部分(60A、60B)於該光伏層部分(50A、50B)上，並於每一第二電極層部分(60B)及一第一電極支援層部分(41A)之集極線(44A)間形成電性連接。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之光伏裝置製造方法，進一步包括下列步驟：將另一透明電極層施加於該電性支援層(41)之上。
    [9] 如申請專利範圍第7或8項所述之光伏裝置製造方法，其中，提供(步驟S1)一第一電極層(40)包括下列子步驟：提供(子步驟S101)一第一金屬基板(10)；圖案化(子步驟S102)該金屬基板之一第一主表面(11)，用以於上述第一主表面(11)上產生突出(12)及凹蝕(13)部分；沉積(子步驟S103)一電性絕緣透明支援層(20)於該金屬基板(10)之該第一主表面(11)上；以及從該金屬基板之一第二主表面(15)，係位於該第一主表面11之對面，移除材料(子步驟S104)，致使該凹蝕部分對面之電性絕緣透明支援層(20)外露，並形成內嵌於該電性絕緣透明支援層(20)之電性支援層(41)，上述電性支援層結構包括彼此電性絕緣之複數之橫向部分(41A、41B)。
    [10] 如申請專利範圍第9項所述之光伏裝置製造方法，其中，沉積(子步驟S103)一電性絕緣透明支援層(20)於該金屬基板(10)之該第一主表面(11)上係包括隨即沉積一無機層、一有機層及一無機層。
    [11] 如申請專利範圍第7或8項所述之光伏裝置製造方法，其中，於每一第二電極層部分(60B)及一相鄰之第一電極層部分(40A)間形成電性連接(步驟S5)係包括施加該第二電極層部分(60B)使其延伸超過該第一電極層部分上方之一自由部分。
    [12] 如申請專利範圍第7或8項所述之光伏裝置製造方法，其中，提供(步驟S1)一第一電極層(40)包括下列子步驟：提供(子步驟S111)一基板；覆蓋(子步驟S112)該電性支援層(41)於該基板之一第一主側上；嵌入(子步驟S113)該電性支援層至一透明層；以及從該已嵌入之電性互連開放式分流結構(electrically interconnected open shunting structure)移除該基板(子步驟S114)。
    [13] 如申請專利範圍第12項所述之光伏裝置製造方法，其中，在覆蓋(子步驟S112)該電性支援層(41)於該基板之一第一主側上之後，且在嵌入(子步驟S113)該電性支援層至一透明層之前，執行設置(步驟S2)上述至少一條件式電性旁路元件(30)於第一電極層(40)上。
    [14] 如申請專利範圍第12項所述之光伏裝置製造方法，其中，在將基板從該已嵌入之電性互連開放式分流結構移除(子步驟S114)之後，執行設置(步驟S2)上述至少一條件式電性旁路元件(30)於上述電性支援層(41)上。
    [15] 如申請專利範圍第7或8項所述之光伏裝置製造方法，其中，提供(步驟S1)一第一電極層(40)包括下列子步驟：提供(子步驟S121)一第一無機層；提供(子步驟S122)一第一有機解耦層於該第一無機層上；形成(子步驟S123)至少一溝槽於該有機解耦層中；提供(子步驟S124)一第二無機層；沉積(子步驟S125)一電性導電材料於該至少一溝槽中。
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