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特表2024-543374タンデム光起電力デバイスのための材料および方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-11-21
(54)【発明の名称】タンデム光起電力デバイスのための材料および方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 31/0725 20120101AFI20241114BHJP
【FI】
H01L31/06 410
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024527346
(86)(22)【出願日】2022-11-10
(85)【翻訳文提出日】2024-07-03
(86)【国際出願番号】 US2022049571
(87)【国際公開番号】W WO2023086486
(87)【国際公開日】2023-05-19
(31)【優先権主張番号】63/277,873
(32)【優先日】2021-11-10
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】510328032
【氏名又は名称】ファースト・ソーラー・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100104374
【弁理士】
【氏名又は名称】野矢 宏彰
(74)【代理人】
【識別番号】100112634
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 美奈子
(72)【発明者】
【氏名】コターバ,カシミール
(72)【発明者】
【氏名】ロス,アンドレイ
(72)【発明者】
【氏名】ムイ,アルバート
(72)【発明者】
【氏名】シュメーカー,アレックス
【テーマコード(参考)】
5F251
【Fターム(参考)】
5F251AA01
5F251AA08
5F251AA09
5F251AA10
5F251AA11
5F251DA15
5F251EA10
5F251FA02
5F251FA03
5F251FA14
5F251JA04
5F251JA05
(57)【要約】
タンデム光起電力デバイスを作製および使用するための構造および方法が提供され、このようなデバイスは、第1のサブモジュール、第2のサブモジュール、および第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に配置された中間層を含んでもよい。中間層は光の一部を通過させ、コア層とともに第1および第2の絶縁保護層を含む。第1の絶縁保護層は第1のサブモジュールの表面に直接接触して適合し、第2の絶縁保護層は第2のサブモジュールの表面に直接接触して適合し、コア層は第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のサブモジュール;
第2のサブモジュール;ならびに
前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置された中間層、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、そして前記中間層は
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、ここで前記第1の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む、
第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、ここで前記第2の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む、および
第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層、ここで前記コア層は200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む
を含む、
を含む、タンデム光起電力デバイス。
【請求項2】
前記中間層が、800nmで1.4~1.8の範囲の屈折率を有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項3】
前記第1のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、
前記第2のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、および
前記第3のポリマーが200℃~300℃の範囲の融点を有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項4】
前記中間層が約10kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項5】
前記中間層が約100μm~約1500μmの厚さを有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項6】
前記中間層が、通過する約700nm~約1300nmの波長を有する光の少なくとも90%を透過するように構成される、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項7】
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を独立して含む、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項8】
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが同じ材料を含む、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項9】
前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレート;ポリテトラフルオロエチレン;ポリシクロオクテン;二軸配向ポリエチレンテレフタレート;ポリイミド;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項10】
前記コア層が25μm~200μmの範囲の厚さを有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項11】
前記コア層が約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項12】
前記第1の絶縁保護層および前記第2の絶縁保護層が異なる厚さを有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項13】
前記第1の絶縁保護層が約300μmの厚さを有し、前記第2の絶縁保護層が300μmの厚さを有し、前記コア層が100μmの厚さを有し、および前記コア層の前記第3のポリマーが二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項14】
タンデム光起電力デバイスのための中間層であって、
前記中間層は第1のサブモジュールおよび第2のサブモジュールを有し、そして前記中間層は前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置されるように構成されており、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、かつ約1.2~約2.0の屈折率、約10kV/mmより大きい絶縁耐力、および約100μm~約1500μmの厚さを有し、前記中間層は、
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、ここで前記第1の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含み、前記第1のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、
前記第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、ここで前記第2の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含み、前記第2のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、および
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層、ここで前記コア層は約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有し、かつ約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含み、前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとポリシクロオクテンと二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリイミドとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、
を含む、
を含む、中間層。
【請求項15】
タンデム光起電力デバイスを作製する方法であって、
中間層を供給すること、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、前記中間層が、
約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む第1の絶縁保護層;
約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む第2の絶縁保護層;
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層で、約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む、
を含む、;
第1のサブモジュールの表面の一部を前記第1の絶縁保護層と直接接触させること;
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること;
第2のサブモジュールの表面の一部を前記第2の絶縁保護層と直接接触させること;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させること
を含む、方法。
【請求項16】
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層の間に前記コア層を積層して、前記中間層を供給する工程をさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に前記コア層を共押出しして前記中間層を供給する工程をさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項18】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させることが、前記第1の絶縁保護層を少なくとも前記第1のポリマーの融点まで加熱することを含み;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第2の絶縁保護層を少なくとも前記第2のポリマーの融点まで加熱することを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項19】
前記第1のサブモジュールの表面の一部および前記第1の絶縁保護層のうちの1つが、前記第1のサブモジュールの表面の一部と前記第1の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも前記第1のポリマーの融点まで加熱され;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部および前記第2の絶縁保護層のうちの1つが、前記第2のサブモジュールの表面の一部と前記第2の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも前記第2のポリマーの融点まで加熱される、請求項15に記載の方法。
【請求項20】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること、ならびに前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第1のサブモジュールの表面の一部と前記第1の絶縁保護層を直接接触させ、前記第2のサブモジュールの表面の一部と前記第2の絶縁保護層を直接接触させた後に、前記第1のサブモジュール、前記中間層、および前記第2のサブモジュールを、少なくとも前記第1のポリマーの融点および少なくとも前記第2のポリマーの融点まで同時に加熱することを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項21】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させることが、前記中間層と前記第1のサブモジュールとを一緒に押圧することを含むか;または
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記中間層と前記第2のサブモジュールとを一緒に押圧することを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項22】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること、および前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間の前記中間層を押圧することを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項23】
前記接触させることが120℃未満の処理温度で実行される、請求項15に記載の方法。
【請求項24】
第1のサブモジュール;
第2のサブモジュール;
前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置された中間層、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、前記中間層は、
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、前記第1の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む、
前記第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、前記第2の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む、
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置されるコア層、前記コア層は200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む、
を含む、

を含む、タンデム光起電力デバイス。
【請求項25】
前記中間層が、800nmで1.4~1.8の範囲の屈折率を有する、請求項3~14のいずれか一項または請求項24に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~24のいずれかに記載の方法。
【請求項26】
前記第1のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、
前記第2のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、および
前記第3のポリマーが200℃~300℃の範囲の融点を有する、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~24のいずれかに記載の方法。
【請求項27】
前記中間層が約10kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~26のいずれかに記載の方法。
【請求項28】
前記中間層が約100μm~約1500μmの厚さを有する、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~27のいずれかに記載の方法。
【請求項29】
前記中間層が、約800nm~約1200nmの波長を有する入射光の少なくとも90%を透過するように構成される、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~28のいずれかに記載の方法。
【請求項30】
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を独立して含む、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~29のいずれかに記載の方法。
【請求項31】
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが同じ材料を含む、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~30のいずれかに記載の方法。
【請求項32】
前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとポリシクロオクテンと二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリイミドとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~31のいずれかに記載の方法。
【請求項33】
前記コア層が25μm~200μmの範囲の厚さを有する、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~32のいずれかに記載の方法。
【請求項34】
前記コア層が約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~33のいずれかに記載の方法。
【請求項35】
前記第1の絶縁保護層および前記第2の絶縁保護層が異なる厚さを有する、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~34のいずれかに記載の方法。
【請求項36】
前記第1の絶縁保護層が約300μmの厚さを有し、前記第2の絶縁保護層が300μmの厚さを有し、前記コア層が100μmの厚さを有し、および前記コア層の前記第3のポリマーが二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項3~14もしくは請求項24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、請求項14に記載の中間層、または請求項15~34のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本技術は、光起電力デバイスのための中間層、より具体的には、タンデム光起電力デバイスを改善するための特定の層の使用に関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]光起電力デバイスは、光起電力効果を示す半導体材料を使用して光を電気に変換することにより電力を発生させる。特定の半導体材料は、電磁スペクトルの特定の範囲を吸収する効率がより高い。光起電力デバイスの全体的な効率を改善するために、デバイスは、異なる吸収特性を有する半導体材料を利用する、サブセルとも称されるスタックサブモジュールを組み込んでタンデム光起電力デバイスを形成することができる。
【0003】
[0003]例示的なタンデム光起電力デバイスでは、太陽放射または光が頂部サブモジュールから入り、放射の一部が頂部サブモジュールから底部サブモジュールへと通る。頂部サブモジュールは、より短い波長を有するより高エネルギーの光子を多く吸収することができ、一方で底部サブモジュールは、より長い波長を有するより低エネルギーの光子を吸収することができる。中間層は、頂部サブモジュールと底部サブモジュールとの間に位置決めされてもよい。
【0004】
[0004]別々のサブモジュールの関連スペクトル範囲における吸収効率を測定する実験室実験により、入射放射のより大きな割合を吸収するために一緒に使用されてもよい有望なサブモジュールが存在することが示されている。しかし、タンデムアーキテクチャの複雑さが増すにつれて、実際の性能と理論的な性能との間のギャップを埋めることも困難になる場合がある。良好な効率および製造性を備えたタンデム光起電力デバイスを生成するための大きな課題は、所望される電気的、光学的、物理的および熱的特性を有する中間層を提供することにある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
[0005]したがって、タンデム光起電力デバイスで使用するための代替的な中間層構造、ならびにタンデム光起電力デバイスアーキテクチャの組立てに有用な方法および材料に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
[0006]本開示に従い、本技術は、タンデム光起電力デバイスを作製および使用するための製造品、システム、および方法を提供する。
[0007]第1のサブモジュール、第2のサブモジュール、および第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に配置された中間層を含んでもよいタンデム光起電力デバイスが提供される。中間層は、光の一部を通過させることができる。中間層は、第1の絶縁保護層(コンフォーマル層)、第2の絶縁保護層、およびコア層を含んでもよい。第1の絶縁保護層は、第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合してもよい。第1の絶縁保護層は、約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含んでもよい。第2の絶縁保護層は、第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合してもよい。第2の絶縁保護層は、約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含んでもよい。コア層は、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層とに直接接触してもよい。コア層は、約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含んでもよい。したがって、太陽放射または光は第1のサブモジュールから入り、放射の一部は第1のサブモジュールおよび中間層から第2のサブモジュールへと通ることができる。中間層は、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間の所望の絶縁抵抗を維持することができる。中間層は、第1のサブモジュールの表面と第2のサブモジュールの表面との間の空隙または欠陥を最小限に抑え、その間の光学的界面を最適化することができる。
【0007】
[0008]本技術の中間層を利用するタンデム光起電力デバイスを作製および使用する方法が提供される。第1のサブモジュールの表面の一部は、第1の絶縁保護層に直接接触してもよい。その後、第1の絶縁保護層は、第1のサブモジュールの表面の一部に適合してもよい。同様に、第2のサブモジュールの表面の一部は、第2の絶縁保護層に直接接触してもよい。その後、第2の絶縁保護層は、第2のサブモジュールの表面の一部に適合してもよい。第1および第2のサブモジュールに中間層を接触させ、適合させる様々な方法が提供される。
【0008】
[0009]さらなる適用可能な領域は、本明細書に提供される説明から明らかになる。本概要における説明および具体例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。
【0009】
[0010]本明細書に記載される図面は、すべての可能な実装形態ではなく、選択された実施形態の例示のみを目的とし、本開示の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】[0011]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態によるタンデム光起電力デバイスの断面図を概略的に示す図である。
図2】[0012]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態による、図1の光起電力デバイスの例示的なサブモジュールを概略的に示す図である。
図3】[0013]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態による、図2の光起電力サブモジュールの3-3に沿った断面図を概略的に示す図である。
図4】[0014]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態による基板を概略的に示す図である。
図5】[0015]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態による図1のタンデム光起電力デバイスの断面図を概略的に示す図である。
図6】[0016]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態による中間層スタックの断面図を概略的に示す図である。
図7】[0017]本明細書に示され記載される1つ以上の実施形態によるタンデム光起電力デバイスを作製する方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[0018]以下の技術の説明は、1つ以上の発明の主題、製造および使用の本質において単に例示的であり、本出願、または本出願の優先権を主張して出願され得るような他の出願、またはそこから発行される特許で請求される特定の発明の範囲、適用、または使用を制限するものではない。開示された方法に関して、提示された工程の順序は、本質的に例示的であり、したがって工程の順序は、明示的に別段の記載がない限り、特定の工程が同時に実施され得る場合を含め、様々な実施形態で異なってもよい。本明細書で使用される「a」および「an」は、項目の「少なくとも1つ」が存在することを示す;可能な場合、そのような項目の複数が存在してもよい。別段明示されている場合を除き、本明細書におけるすべての数値量は、本技術の最も広い範囲を説明する上で「約」という語によって修飾されていると理解され、すべての幾何学的および空間的記述子は、「実質的に」という語によって修飾されていると理解される。数値に適用される場合の「約」は、計算または測定が、値に若干の不正確さを許容することを示す(値の正確さに若干の接近を伴う;値に概ねまたは合理的に近い;ほぼ)。何らかの理由で、「約」および/または「実質的に」によってもたらされる不正確さが、この通常の意味を有する当技術分野で別様に理解されない場合、本明細書で使用される「約」および/または「実質的に」は、少なくともそのようなパラメータを測定または使用する通常の方法から生じ得る変動を示す。
【0012】
[0019]特に指定がない限り、材料の特性の値は、常温常圧、20℃および1気圧の条件に対応する。
[0020]特に指定がない限り、提供される範囲の値は端点を含み、全範囲内のすべての明確な値およびさらに分割された範囲を含む。
【0013】
[0021]要素または層が、別の要素または層に「載っている」、「係合されている」、「接続されている」、または「連結されている」と言及される場合、他の要素または層に直接載っている、係合されている、接続されている、もしくは連結されていてもよいか、または介在する要素もしくは層が存在してもよい。対照的に、要素が別の要素または層に「直接載っている」、「直接係合されている」、「直接接続されている」、または「直接連結されている」と言及される場合、介在する要素または層が存在しなくてもよい。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も同様に解釈されるべきである(例えば、「間」対「直接間」、「隣接」対「直接隣接」など)。本明細書で使用される場合、用語「および/または」は、関連する列挙された項目の1つ以上のあらゆるおよびすべての組合せを含む。
【0014】
[0022]様々な要素、構成要素、領域、層および/またはセクションを説明するために、第1、第2、第3などの用語が本明細書で使用される場合があるが、これらの要素、構成要素、領域、層および/またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、1つの要素、構成要素、領域、層またはセクションを別の領域、層またはセクションから区別するためにのみ使用されてもよい。「第1」、「第2」、および他の数値用語などの用語は、本明細書で使用される場合、文脈によって明確に示されない限り、順列または順序を意味しない。したがって、以下で考察される第1の要素、構成要素、領域、層またはセクションは、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第2の要素、構成要素、領域、層またはセクションと称される場合がある。
【0015】
[0023]「内側」、「外側」、「下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」などの空間的に相対的な用語は、図に示される1つの要素または特徴の別の要素または特徴に対する関係を記載するための説明を容易にするために本明細書で使用されてもよい。空間的に相対的な用語は、図に描かれる配向に加えて、使用または動作時のデバイスの異なる配向を包含することが意図されてもよい。例えば、図中のデバイスが裏返された場合、他の要素または特徴の「下方」または「下」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上方」に配向される。デバイスは別様に配向されてもよく(90度回転する、または他の配向)、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈されてもよい。
【0016】
[0024]「光」という用語は、これらに限定されないが、電磁スペクトルの紫外線(UV)、赤外線(IR)、および可視部分の波長など、電磁スペクトルの様々な波長を指してもよい。本明細書で使用される「太陽光」は、太陽によって発射される光を指す。本明細書で使用される近赤外線(NIR)は、約700nm~1300nmの範囲の波長を指す。
【0017】
[0025]「層」という用語は、表面上に供給される材料の厚さを指してもよい。層は、表面の全部または一部を覆ってもよい。層は副層を含んでもよく、層内に組成勾配を有してもよい。層は、1つ以上の材料の機能層を含んでもよい。
【0018】
[0026]本技術は、第1のサブモジュールおよび第2のサブモジュールを含むタンデム光起電力デバイスに関するが、このようなタンデム光起電力デバイスは、追加のサブモジュール、ならびにサブモジュールの追加の配列を含み得ることが認識されるべきである。本明細書で提供されるタンデム光起電力デバイスの構造では、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に中間層が配置され、中間層は光の一部を通過させる。このようにして、第1のサブモジュールを通った光の一部は、さらに中間層から第2のサブモジュールへと通ることができる。中間層は、近赤外波長の光に対して透明であってもよい。タンデムデバイスの前面に入射した近赤外光は、第2のサブモジュールで吸収されるように第1のサブモジュールおよび中間層を通ってもよい。中間層は、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間の所望の絶縁抵抗を維持するように動作することができる。中間層はさらに、第1のサブモジュールの表面と第2のサブモジュールの表面との間の空隙または欠陥を最小限に抑え、その間の光学的界面を最適化することができる。
【0019】
[0027]タンデム光起電力デバイスは、光起電力効果を示す半導体材料を使用して、光を直流電気に変換することによって電力を発生させることができる。光起電力効果は、光子が半導体材料内で吸収され、電子をより高いエネルギー状態に励起するため、光への曝露によって電力を発生させる。これらの励起された電子は材料内を移動することができ、電流を発生させる。光起電力デバイスでの使用に好適な半導体材料としては、例えば、テルル化カドミウム合金を含むII-VI型材料、GaAsおよびInGaNを含むIII-V型材料、CIGSおよびCIS材料を含むI-III-VI型材料、ならびにシリコンおよびペロブスカイトなどを挙げることができる。
【0020】
[0028]タンデム光起電力デバイスは、太陽スペクトルのより大きな部分を捕捉することにより、単一光起電力デバイスよりも高い総変換効率を達成することができる。タンデムデバイスは、1つより多くのpn接合、ならびに赤外光、可視光および紫外光を含む、電磁スペクトルの異なる範囲に応答する異なるバンドギャップ特性を有する材料を用いて形成されてもよい。一次光源が上方からのものであるデバイスでは、光入射頂部セルまたは上部サブモジュールは、可視光およびuvなどの高エネルギーの短波長を捕捉するために大きなバンドギャップを有してもよく、一方で底部セルまたは下部サブモジュールは、近赤外線を含むより長い波長および反射光子を捕捉するためにより小さなバンドギャップを有する吸収体材料を使用することができる。タンデムデバイスは、2つ以上のスタックサブセルまたはサブモジュールを有することができ、各サブモジュールは、異なる種類の半導体材料を含む、異なる吸収特性を有する半導体材料から形成された活性領域を含んでもよい。
【0021】
[0029]本明細書に記載されるタンデム光起電力デバイスのサブモジュールは、中間層によってスタックおよび分離されてもよい。入射電磁放射、すなわち光は、前面または頂面からデバイスに入り、上部サブモジュールに入る。上部サブモジュールによって吸収されない光は中間層に到達する。中間層は、一部の光エネルギー、または光子を反射して上部サブモジュールに戻し、さらに光の光子を裏セルまたは下部サブモジュールに透過するように構成されてもよい。ほとんどのタンデムデバイスにおいて、中間層構造は、下部サブモジュールによって吸収されるように構成されたスペクトル放射波長に対して実質的に透明であることが有益である。複数のスタックサブモジュールを有する光起電力デバイスでは、各サブモジュール間に追加の中間層が供給されてもよい。タンデム光起電力デバイスは、前面と後面の両方を通して入射放射を受け取るように構成された両面デバイスを含んでもよい。両面タンデムデバイスは、頂面または前面で直接太陽放射を受け取り、裏面または後面で可視光および赤外光を含む外部表面から反射された放射を受け取るように構成されてもよい。
【0022】
[0030]中間層構造は、高温、紫外線、機械的応力、および温度変動を含む応力に曝露される場合がある。望ましくないことに、特定の光起電力デバイスでは、これらの応力が中間層を横切ってサブモジュール間の短絡を引き起こす可能性があり、光起電力デバイスに損傷を与える可能性がある。短絡を防止するために、中間層構造が、第1および第2のサブモジュールを電気的に分離するのに好適な絶縁ブレークスルー強度を有することが望ましい。効率的で信頼性の高いタンデム光起電力デバイスを設計するために、中間層構造と第1および第2のサブモジュールの境界面との間の間隙または気泡を防止することも望ましい。いくつかのタンデムアーキテクチャでは、中間層が、光子を第2のサブモジュールに透過し、および/または一部の光子を反射して第1のサブモジュールに戻すのに好適な屈折率を有することが望ましい場合がある。
【0023】
[0031]タンデム光起電力モジュールでは、一方のサブモジュールの活性表面から他方のサブモジュールの活性表面に短絡するリスクが重要である。サブモジュールの活性表面間を電気的に隔離すると、最小の絶縁破壊距離が維持される。同時に、光透過のために良好な接触をもたらし、サブモジュールを劣化から保護するために、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間および他のシステム構成要素の周囲に封止材が形成されてもよい。隣接するサブモジュールの表面の隔離と封止の両方を行うことができる中間層構造が望ましい。所望の特性を達成するために、所望の接着および封止を提供する外層、ならびに所望の誘電特性および構造特性を維持する中心コア層を有する多層膜から形成される中間層のための方法および構造が提供される。
【0024】
[0032]特定の実施形態では、複数の層を含む中間層が提供される。中間層は、それぞれが高い絶縁耐力を有し、タンデム光起電力デバイスの予想される動作条件で非流動性であり得る1つ以上のコア層を含み、各コア層の材料は高い融点を有してもよい。中間層構造は、流動性であり、低融点を有する外層または第1の絶縁保護層を含む。中間層構造はまた、別の外層または第2の絶縁保護層を含んでもよく、第1および第2の絶縁保護層はコア層の両側に位置決めされる。絶縁保護層は、積層およびより高温での動作中にシステム構成要素に適合するように、融点が170℃未満の流動性ポリマーの層を含んでもよい。コア層は、変形および絶縁破壊距離の狭小化に抵抗する誘電および物理的バリアを維持するために、融点が200℃より高い非流動性ポリマー材料を含む。多層膜を含む中間層構造は、広い動作温度範囲にわたって絶縁抵抗を提供する。したがって、中間層は、透明性、熱安定性、接着強度、防湿性をもたらし、短絡を防止し、中間層によって分離されたサブモジュール間の最小絶縁破壊距離を維持する、機械的にスタックされた多接合太陽電池用の透明多層膜として構成されてもよい。また、中間層は水分の浸透を防止することができ、異なるシステム構成要素に電気的に接続するために使用されてもよいか、またはタンデム光起動力デバイスの他の部分と協働することができる。
【0025】
[0033]本技術に従って構築されたタンデム光起電力デバイスは、第1のサブモジュール、第2のサブモジュール、および第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に配置された中間層を含んでもよい。中間層は、光の一部を通過させることができる。中間層は、第1の絶縁保護層、第2の絶縁保護層、およびコア層を含んでもよい。第1の絶縁保護層は、第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合することができ、第1の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む。第2の絶縁保護層は、第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合し、第2の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む。コア層は、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触し、コア層は約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む。特定の実施形態では、第3のポリマーは約250℃より高い融点を有してもよい。
【0026】
[0034]本明細書で提供される中間層は、様々な態様を含んでもよい。例えば、中間層は、約1.2~約2.0の屈折率を有してもよい。いくつかの実施形態では、中間層は、1.4より大きい、1.5より大きい、1.6より大きい、または1.7より大きい屈折率を有する。いくつかの実施形態では、中間層は、800nm~1200nmの範囲の波長に対して1.5~1.8の範囲、1.6~1.8の範囲、1.7~1.9の範囲、または1.6~1.7の範囲の屈折率を有する。特定の実施形態は、中間層が約1.6の屈折率を有する場合を含む。またさらなる実施形態は、中間層が約1.6より大きい屈折率を有する場合を含む。このようにして、中間層は、1つのサブモジュールを通る光を別のサブモジュールに効果的に透過させる光学的界面を提供することができる。中間層はまた、10kV/mmより大きい絶縁耐力を示すことができる。したがって、サブモジュール間の電気的短絡の機会が最小化される。中間層の実施形態は、約100μm~約1500μmの厚さを有してもよく、これは第1および第2の絶縁保護層とコア層の合計厚さを含んでもよい。中間層は、近赤外光の一部を通過させることができる。中間層は、700nm~1300nmの波長を有する光の少なくとも85%を透過するように構成されてもよい。中間層は、約800nm~約1200nmの波長を有する光の少なくとも90%を透過するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、中間層は、可視光の一部を通過させることができる。中間層はさらに、通過する約400nm~約800nmの波長を有する光の少なくとも90%を透過するように構成されてもよい。中間層の特定の実施形態は、750nm~1200nmの波長に対して少なくとも85%の光透過率を有してもよい。中間層のまたさらなる実施形態は、800nmで少なくとも90%の光透過率を有してもよい。
【0027】
[0035]中間層の第1および第2の絶縁保護層ならびにコア層の形成に使用されるポリマーは、種々の態様を含んでもよい。それぞれの第1および第2の絶縁保護層の第1のポリマーおよび第2のポリマーは、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー(POE);感圧接着剤;ホットメルト接着剤;ポリビニルブチラール;熱可塑性ポリウレタン;シリコーン;シリコーン/ポリウレタンハイブリッド;アイオノマー;UV硬化性樹脂;エチレンテトラフルオロエチレン(例えば、テフゼル)、ポリフッ化ビニル(例えば、テドラー)、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびフッ化ビニリデンのフッ素樹脂(例えば、THV220);ならびにポリエチレンナフタレートのうちの1種以上を独立して含んでもよい。特定の実施形態は、第1のポリマーおよび第2のポリマーが同じ材料を含む場合を含む。コア層の第3のポリマーは、配向ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリシクロオクテン、二軸配向ポリエチレンテレフタレート(boPET)、およびポリイミドのうちの1種以上を含んでもよい。
【0028】
[0036]中間層の種々の層は、種々の厚さを有してもよい。第1の絶縁保護層および第2の絶縁保護層は、異なる厚さを有してもよい。絶縁保護層は、接着剤ならびに封止剤として動作することができる。絶縁保護層のポリマーが実質的にそれぞれの融点にあるとき、絶縁保護層はそれぞれのサブモジュールの表面の一部を横切って流れ、広がることができる。
【0029】
[0037]コア層は様々な態様を含んでもよい。コア層は、約25μm~約500μmの厚さを有してもよい。コア層の実施形態はまた、約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有してもよい。コア層の1種以上のポリマーは、タンデム光起電力デバイスの予想動作温度より高い融点を有するように選択されてもよい。このようにして、タンデム光起電力デバイスの動作中、コア層が所望の厚さを維持し、サブモジュール間に所望の絶縁耐力を提供する場合を含め、タンデム光起電力デバイスの動作中にコア層の完全性が維持されてもよい。
【0030】
[0038]中間層の特定の実施形態は、第1および第2の絶縁保護層が300μmの厚さを有し、コア層が100μmの厚さを有し、コア層の第3のポリマーが二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む場合を含んでもよい。
【0031】
[0039]タンデム光起電力デバイスの特定の実施形態は、第1のサブモジュール、第2のサブモジュール、および第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に配置された中間層を含む。中間層は、光の一部を通過させるように構成され、約1.2~約2.0の屈折率、約10kV/mmより大きい絶縁耐力、および約100μm~約1500μmの厚さを有する。中間層は、第1の絶縁保護層、第2の絶縁保護層、およびコア層を含む。第1の絶縁保護層は、第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合し、第1の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含み、第1のポリマーは、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む。第2の絶縁保護層は、第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合し、第2の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含み、第2のポリマーは、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む。コア層は、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触し、コア層は約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有し、約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む。第3のポリマーは、配向ポリエチレンテレフタレート;ポリテトラフルオロエチレン;ポリシクロオクテン;二軸配向ポリエチレンテレフタレート;ポリイミド;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む。
【0032】
[0040]本技術はさらに、タンデム光起電力デバイスを作製する様々な方法を提供する。そのような方法は、本明細書に記載される中間層を供給する工程を含む。第1のサブモジュールの表面の一部は、中間層の第1の絶縁保護層に直接接触してもよい。第1の絶縁保護層は、第1のサブモジュールの表面の一部に適合されてもよい。第2のサブモジュールの表面の一部は、中間層の第2の絶縁保護層に直接接触してもよい。第2の絶縁保護層は、第2のサブモジュールの表面の一部に適合されてもよい。このようにして、特定の実施形態では、コア層は、タンデム光起電力デバイスへの水分の侵入を防止するとともに、2つのサブモジュールを電気的に接続してもよい。
【0033】
[0041]中間層の供給は様々な形態をとることができる。特定の実施形態は、コア層が第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に積層されて中間層を供給する場合を含む。同様に、コア層を第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に押し出して中間層を供給することができる。中間層を形成する他の手段は、ホットメルト、1つ以上の層の堆積、およびその1つより多くの層の共押出しを含む。
【0034】
[0042]タンデム光起電力デバイスを作製する方法は、様々な態様を含んでもよい。第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程は、第1の絶縁保護層を少なくとも第1のポリマーの融点まで加熱することを含んでもよい。第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程もまた、第2の絶縁保護層を少なくとも第2のポリマーの融点まで加熱することを含んでもよい。第1のサブモジュールの表面の一部および第1の絶縁保護層のうちの1つが、第1のサブモジュールの表面の一部と第1の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも第1のポリマーの融点まで加熱され得、および第2のサブモジュールの表面の一部および第2の絶縁保護層のうちの1つが、第2のサブモジュールの表面の一部と第2の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも第2のポリマーの融点まで加熱され得ることも可能である。
【0035】
[0043]特定の方法は、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程を含んでもよく、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程は、第1のサブモジュールの表面の一部と第1の絶縁保護層を直接接触させ、第2のサブモジュールの表面の一部と第2の絶縁保護層を直接接触させた後に、第1のサブモジュール、中間層、および第2のサブモジュールを、少なくとも第1のポリマーの融点および少なくとも第2のポリマーの融点まで同時に加熱することを含んでもよい。また、中間層と第1のサブモジュールとを一緒に押圧することを含むように、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程を有すること、または中間層と第2のサブモジュールとを一緒に押圧することを含むように、第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程を有することが可能である。方法の実施形態は、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程、および第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程が、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間の中間層を押圧することをさらに含んでもよい。
【0036】
[0044]特定の実施形態では、中間層の前駆体は、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置されたコア層を含む複数の層を有する連続シートとして形成されてもよい。前駆体は、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に置かれ、非結合タンデム光起電力デバイスを形成してもよい。非結合タンデム光起電力デバイスは、第1の絶縁保護層および第2の絶縁保護層が流動してそれぞれの隣接するサブモジュールと結合し、結合されたタンデム光起電力デバイスを形成するのに十分な積層熱処理に供される。それぞれの絶縁保護層の少なくとも一部は積層中に溶融し、それぞれのサブモジュールに対する中間層の所望の濡れ性および接着を達成するが、コア層は積層中に溶融せず、サブモジュール間の物理的および電気的バリアを維持する。積層後、中間層はタンデム光起電力デバイスのサブモジュールの活性表面を物理的および電気的に隔離する。結合されたタンデム光起電力デバイスは、さらなる封止層の追加、バス接続などの仕上げ処理工程に供され、完成タンデム光起電力デバイスを生成してもよい。
【0037】
[0045]本技術の態様は、以下の例、実施例および実施形態に示されるように、様々な組合せ、相互依存関係、および多重依存関係で適用されてもよい。
[0045]実施形態では、タンデム光起電力デバイスは、第1のサブモジュール;第2のサブモジュール;および第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に配置された中間層であり、光の一部を通過させ:第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層で、約100℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む第1の絶縁保護層;第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層で、約100℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む第2の絶縁保護層;第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層で、約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含むコア層を含む、中間層を含む。
【0038】
[0046]いくつかの場合では、中間層は約1.2~約2.0の屈折率を有する。
[0047]いくつかの場合では、中間層は約10kV/mmより大きい絶縁耐力を有する。
[0048]いくつかの場合では、中間層は約400μm~約1500μmの厚さを有する。
【0039】
[0049]いくつかの場合では、中間層は、800nm~1200nmの波長を有する入射光の少なくとも90%を透過するように構成される。
[0050]いくつかの場合では、第1のポリマーおよび第2のポリマーは、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を独立して含む。いくつかの場合では、第1のポリマーは、ポリオレフィンエラストマーから本質的になる。
【0040】
[0051]いくつかの場合では、第1のポリマーおよび第2のポリマーは同じ材料を含む。いくつかの場合では、第1のポリマーおよび第2のポリマーは同じ材料から本質的になるか、またはからなる。
【0041】
[0052]いくつかの場合では、第3のポリマーは、ポリエチレンテレフタレート、配向ポリエチレンテレフタレート;ポリテトラフルオロエチレン;ポリシクロオクテン;二軸配向ポリエチレンテレフタレート;ポリイミド;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む。いくつかの場合では、コア層はポリエチレンテレフタレートから本質的になる。
【0042】
[0053]いくつかの場合では、コア層は25μm~200μmの厚さを有する。
[0054]いくつかの場合では、コア層は50kV/mmより大きい絶縁耐力を有する。
[0055]いくつかの場合では、第1の絶縁保護層および第2の絶縁保護層は異なる厚さを有する。
【0043】
[0056]いくつかの場合では、第1の絶縁保護層は約300μmの厚さを有し、第2の絶縁保護層は300μmの厚さを有し、コア層は100μmの厚さを有し、およびコア層の第3のポリマーは二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む。
【0044】
[0057]本明細書で提供される実施形態によれば、タンデム光起電力デバイスは、第1のサブモジュール;第2のサブモジュール;第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間に配置された中間層を含んでもよく、中間層は光の一部を通過させ、約1.2~約2.0の屈折率、約10kV/mmより大きい絶縁耐力、約400μm~約1500μmの厚さを有し、中間層は:第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層であって、第1の絶縁保護層が約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含み、第1のポリマーが:ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む、第1の絶縁保護層;第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層であって、第2の絶縁保護層が約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含み、第2のポリマーが:ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む、第2の絶縁保護層;第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層であって、コア層が約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有し、コア層が約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含み、第3のポリマーが:配向ポリエチレンテレフタレート;ポリテトラフルオロエチレン;ポリシクロオクテン;二軸配向ポリエチレンテレフタレート;ポリイミド;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含むコア層を含む。
【0045】
[0058]本開示の実施形態によれば、タンデム光起電力デバイスを作製する方法は:中間層を供給する工程であり、光の一部を通過させ、中間層が:約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む第1の絶縁保護層;約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む第2の絶縁保護層;第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層で、約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む、コア層、を含む、工程;第1のサブモジュールの表面の一部を第1の絶縁保護層と直接接触させる工程;第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程;第2のサブモジュールの表面の一部を第2の絶縁保護層と直接接触させる工程;および第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程を含んでもよい。
【0046】
[0059]いくつかの場合では、方法は、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間にコア層を積層して中間層を供給する工程をさらに含む。
[0060]いくつかの場合では、方法は、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間にコア層を共押出しして中間層を供給する工程をさらに含む。
【0047】
[0061]いくつかの場合では、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程は、第1の絶縁保護層を少なくとも第1のポリマーの融点まで加熱することを含む。いくつかの場合では、第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程は、第2の絶縁保護層を少なくとも第2のポリマーの融点まで加熱することを含む。
【0048】
[0062]いくつかの実施形態では、第1のサブモジュールの表面の一部および第1の絶縁保護層のうちの1つが、第1のサブモジュールの表面の一部と第1の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも第1のポリマーの融点まで加熱され、および第2のサブモジュールの表面の一部および第2の絶縁保護層のうちの1つが、第2のサブモジュールの表面の一部と第2の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも第2のポリマーの融点まで加熱される。
【0049】
[0063]いくつかの実施形態では、方法は、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程、第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程、ならびに第1のサブモジュールの表面の一部と第1の絶縁保護層を直接接触させ、第2のサブモジュールの表面の一部と第2の絶縁保護層を直接接触させた後、第1のサブモジュール、中間層、および第2のサブモジュールを、少なくとも第1のポリマーの融点および少なくとも第2のポリマーの融点まで同時に加熱する工程を含んでもよい。
【0050】
[0064]いくつかの実施形態では、方法は、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程が、中間層と第1のサブモジュールとを一緒に押圧することを含むか;または第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程が、中間層と第2のサブモジュールとを一緒に押圧することを含むことを含んでもよい。
【0051】
[0065]いくつかの実施形態では、方法は、第1のサブモジュールの表面の一部に第1の絶縁保護層を適合させる工程、および第2のサブモジュールの表面の一部に第2の絶縁保護層を適合させる工程が、第1のサブモジュールと第2のサブモジュールとの間の中間層を押圧することを含むことを含んでもよい。
【実施例
【0052】
[0066]本技術の例示的な実施形態を、本明細書に同封される複数の図を参照して提供する。
[0067]図1および5を参照すると、タンデム光起電力デバイス300の実施形態が示されている。タンデム光起電力デバイス300は、光子が光から吸収され、光起電力効果を介して電流に転換されるため、光を受け取り、光を電気エネルギーに転換するように構成されてもよい。考察および明瞭化のために、タンデム光起電力デバイス300は、例えば、太陽などの一次光源に面するように構成された前側302を画定してもよい。さらに、タンデム光起電力デバイス300は、例えば、複数の材料の機能層などによって前側302からずらされた裏側304も画定してもよい。
【0053】
[0068]タンデム光起電力デバイス300は、第1のサブモジュール100、第2のサブモジュール500、およびその間の中間層400を有してもよい。第1のサブモジュール100は、頂部セルまたは上部サブモジュールとも称されてもよい。第2のサブモジュール500は、底部セルまたは下部サブモジュールとも称されてもよい。中間層400は、中間層スタック、誘電スタック、または透明連結層とも称されてもよい。第1のサブモジュール100、第2のサブモジュール500、および中間層400のそれぞれは、複数の層を含んでもよい。タンデム光起電力デバイス300の第1および第2のサブモジュール100、500のそれぞれは、光を電荷キャリアに変換するための1つ以上の吸収体層、および電荷キャリアを収集するための導電層を含んでもよい。
【0054】
[0069]第1のサブモジュール100は、実質的にタンデム光起電力デバイス300の前側302に面する第1の表面102、および実質的に光起電力デバイス300の裏側304に面する第2の表面104を有してもよい。中間層400は、実質的に光起電力デバイス300の前側302に面する第1の表面402、および実質的に光起電力デバイス300の裏側304に面する第2の表面404を有してもよい。第2のサブモジュール500は、実質的に光起電力デバイス300の前側302に面する第1の表面502、および実質的に光起電力デバイス300の裏側304に面する第2の表面504を有してもよい。
【0055】
[0070]図1に描かれるように、入射光(hv)10は、第1のサブモジュール100を通ってタンデム光起電力デバイス300の前側302に入ってもよく、光エネルギーの第1の部分11は第1のサブモジュール100によって吸収されてもよく、光エネルギーの残りの部分12は、第1のサブモジュール100から中間層400に通ってもよい。中間層400では、反射光13が第1のサブモジュール100の吸収領域に向けて戻るよう導かれてもよく、透過光14は第2のサブモジュール500に通ってもよい。任意に、両面タンデムデバイスにおいて、裏側光エネルギー16は、第2のサブモジュール500に向かってタンデム光起電力デバイス300の裏側304に入ってもよい。多くの実装形態では、裏側光エネルギー16は、外部反射された可視光および近赤外光を含んでもよい。第1のサブモジュールは、光エネルギーの第1の部分11を吸収することができ、これは入射光10および反射光13の吸収された組合せを含んでもよい。第2のサブモジュールは、透過光14、および任意に裏側光エネルギー16を含む光エネルギーの第2の部分15を吸収してもよい。
【0056】
[0071]ここで図2および3を参照すると、タンデム光起電力デバイス300の第1のサブモジュール100の例示的な実施形態が示されている。第1のサブモジュール100は、前側102と裏側104との間に配置された複数の層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第1のサブモジュール100の層は、光起電力セル200のアレイに分割されてもよい。例えば、第1のサブモジュール100は、複数の直列スクライブ202および複数の並列スクライブ204に従ってスクライブされてもよい。直列スクライブ202は、第1のサブモジュール100の長さYに沿って延び、第1のサブモジュール100の長さYに沿って光起電力セル200を区画してもよい。光起電力セルの隣接セル200は、第1のサブモジュール100の幅Xに沿って直列に接続されてもよい。換言すれば、隣接セル200のモノリシック相互接続が、例えば、直列スクライブ202に隣接して形成されてもよい。並列スクライブ204は、第1のサブモジュール100の幅Xに沿って延び、第1のサブモジュール100の幅Xに沿って光起電力セル200を区画してもよい。動作中、電流205は、主に直列スクライブ202によって直列に接続された光起電力セル200を通り、幅Xに沿って流れてもよい。動作中、並列スクライブ204は、長さYに沿って流れる電流205の能力を制限することができる。並列スクライブ204は任意であり、直列に接続された光起電力セル200を長さYに沿って配列されたグループ206へと分離するように構成されてもよい。
【0057】
[0072]特に図2を参照すると、並列スクライブ204は、直列接続された光起電力セル200のグループ206を電気的に隔離してもよい。いくつかの実施形態では、光起電力セル200のグループ206は、例えば、例えば電気バス接続を介して並列に接続されてもよい。任意に、並列スクライブ204の数は、光起電力セル200の各グループ206によって発生する最大電流を制限するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、各グループ206によって発生する最大電流は、例えば、一実施形態では約100mA以下、別の実施形態では約75mA以下、またはさらなる実施形態では約50mA以下などの約200ミリアンペア(mA)以下であってもよい。
【0058】
[0073]特に図3を参照すると、第1のサブモジュール100の層は、基板110上に供給された薄膜スタックを含んでもよい。基板110は、第1のサブモジュール100への光の透過を容易にするように構成されてもよい。基板110は、第1のサブモジュール100の前側102に配置されてもよい。図2および3をまとめて参照すると、基板110は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面112、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面114を有してもよい。基板110の第1の表面112と第2の表面114との間には、1つ以上の材料の層が配置されてもよい。
【0059】
[0074]ここで図4を参照すると、基板110は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面122、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面124を有する透明層120を含んでもよい。いくつかの実施形態では、透明層120の第2の表面124は、基板110の第2の表面114を形成してもよい。透明層120は、例えばガラスなどの実質的に透明な材料から形成されてもよい。好適なガラスとしては、ソーダ石灰ガラス、または鉄の含有量が低減されたいずれかのガラスを挙げることができる。透明層120は、いくつかの実施形態では、約250nm~約1,300nmを含むいずれかの好適な透過率範囲を有してもよい。また、透明層120は、例えば、一実施形態では約50%超、別の実施形態では約60%超、さらに別の実施形態では約70%超、さらなる実施形態では約80%超、またはまたさらなる実施形態では約85%超を含む、いずれかの好適な透過率パーセンテージを有してもよい。一実施形態では、透明層120は、約90%以上の透過率を有するガラスから形成されてもよい。任意に、基板110は、透明層120の第1の表面122に適用されたコーティング126を含んでもよい。コーティング126は、光と相互作用するように、または基板110の耐久性を改善するように構成されてもよく、例えば、これらに限定されないが、反射防止コーティング、防汚コーティング、またはこれらの組合せである。
【0060】
[0075]再び図3を参照すると、第1のサブモジュール100は、光起電力スタックの他の層の劣化または剥離をもたらす可能性のある、基板110からの汚染物質の拡散を緩和するように構成されたバリア層130を含んでもよい。バリア層130は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面132、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面134を有してもよい。いくつかの実施形態では、バリア層130は基板110に隣接して供給されてもよい。例えば、バリア層130の第1の表面132は、基板110の第2の表面114上に供給されてもよい。
【0061】
[0076]一般に、バリア層130は、実質的に透明であり、熱的に安定であり、ピンホールの数が少なく、高いナトリウム遮断能力を有し、良好な接着特性を有してもよい。代替的にまたは追加的に、バリア層130は、光に対する色抑制を適用するように構成されてもよい。バリア層130は、これらに限定されないが、酸化スズ、二酸化ケイ素、アルミニウムドープ酸化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸化アルミニウムを含む好適な材料の1つ以上の層を含んでもよい。バリア層130は、例えば、一実施形態では約10ナノメートル超、別の実施形態では約15nm超、またはさらなる実施形態では約20nm未満を含む、第1の表面132および第2の表面134によって結合されるいずれかの好適な厚さを有してもよい。
【0062】
[0077]引き続き図3を参照すると、第1のサブモジュール100は、第1のサブモジュール100によって発生した電荷キャリアを輸送するための電気的接触を提供するように構成された透明導電酸化物(TCO)層140を含んでもよい。TCO層140は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面142、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面144を有してもよい。いくつかの実施形態では、TCO層140は、バリア層130に隣接して供給されてもよい。例えば、TCO層140の第1の表面142は、バリア層130の第2の表面134上に供給されてもよい。一般に、TCO層140は、実質的に透明かつ広いバンドギャップを有するn型半導体材料の1つ以上の層から形成されてもよい。具体的には、広いバンドギャップは、光の光子のエネルギーと比較して大きなエネルギー値を有してもよく、それにより光の所望されない吸収を緩和してもよい。TCO層140は、これらに限定されないが、二酸化スズ、ドープされた二酸化スズ(例えば、F-SnO)、酸化インジウムスズ、または酸化カドミウムスズ(CdSnO)を含む好適な材料の1つ以上の層を含んでもよい。TCO層140がスズ酸カドミウムを含む実施形態では、スズ酸カドミウムは結晶形態で提供されてもよい。例えば、スズ酸カドミウムは、膜として堆積され、次いで薄膜を結晶化膜に転換するアニールプロセスに供されてもよい。
【0063】
[0078]第1のサブモジュール100は、TCO層140といずれかの隣接する半導体層との間に絶縁層を供給するように構成されたバッファ層150を含んでもよい。バッファ層150は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面152、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面154を有してもよい。いくつかの実施形態では、バッファ層150は、TCO層140に隣接して供給されてもよい。例えば、バッファ層150の第1の表面152は、TCO層140の第2の表面144上に供給されてもよい。バッファ層150は、これらに限定されないが、真性二酸化スズ、酸化亜鉛マグネシウム(例えば、Zn1-xMgO)、二酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛スズ、酸化亜鉛、酸化スズケイ素、またはこれらのいずれかの組合せを含む、TCO層140よりも高い抵抗率を有する材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、バッファ層150の材料は、隣接する半導体層(例えば、吸収体)のバンドギャップと実質的に一致するように構成されてもよい。バッファ層150は、例えば、一実施形態では約10nm超、別の実施形態では約10nm~約80nm、またはさらなる実施形態では約15nm~約60nmを含む、第1の表面152と第2の表面154との間の好適な厚さを有してもよい。
【0064】
[0079]さらに図3を参照すると、第1のサブモジュール100は、別の層と協働して第1のサブモジュール100内にp-n接合を形成するように構成された吸収体層160を含んでもよい。したがって、吸収された光の光子は、電子-正孔対を解放させ、キャリア流を発生させることができ、それにより電気エネルギーをもたらすことができる。吸収体層160は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面162、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面164を有してもよい。吸収体層160の厚さは、第1の表面162と第2の表面164との間に画定されてもよい。吸収体層160の厚さは、例えば、一実施形態では約1μm~約7μm、または別の実施形態では約1.5μm~約4μmなど、約0.5μm~約10μmであってもよい。
【0065】
[0080]吸収体層160は、過剰な正電荷キャリア、すなわち正孔またはアクセプターを有するp型半導体材料から形成されてもよい。一例では、吸収体層160は、例えば硫化/セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)、硫化/セレン化銅ガリウム(CGS)、またはCuInSe(CIS)などのI-III-VI族吸収体材料を含んでもよく、薄膜として供給されてもよい。吸収体層160は、II-VI族半導体、例えば、カドミウムおよびテルル(CdTe)またはセレン化カドミウム(CdSe)などの好適なp型半導体材料を含んでもよい。II-VI族吸収体材料のさらなる例としては、これらに限定されないが、カドミウム、亜鉛、テルル、セレン、またはこれらのいずれかの組合せを含む半導体材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、吸収体層160は、カドミウム、セレンおよびテルルの3元系(例えば、CdSeTe1-x)、またはカドミウム、セレン、テルル、および1つ以上の追加元素を含む化合物(例えば、CdZnSeTe)を含んでもよい。吸収体層160は、1つ以上のドーパントをさらに含んでもよい。本明細書で提供される第1のサブモジュール100は、複数の吸収体材料を含んでもよい。
【0066】
[0081]吸収体層160がテルルおよびカドミウムを含む実施形態では、吸収体層160中のテルルの平均原子パーセントは、約25原子パーセント以上かつ約50原子パーセント以下、例えば、例えば一実施形態では約30原子パーセントより大きく約50原子パーセント未満、さらなる実施形態では約40原子パーセントより大きく約50原子パーセント未満、またはさらに別の実施形態では約47原子パーセントより大きく約50原子パーセント未満であってもよい。代替的にまたは追加的に、吸収体層160中のテルルの平均原子パーセントは約45原子パーセントより大きくてもよく、例えば、例えば一実施形態では約49原子パーセントより大きくてもよい。本明細書に記載される平均原子パーセントは、吸収体層160の全体を表し、吸収体層160内の特定の位置における材料の原子パーセンテージは、吸収体層160の全体的な組成と比較して、厚さを通じて傾斜してもよいことに留意されたい。例えば、吸収体層160は、傾斜した組成を有してもよい。
【0067】
[0082]吸収体層160がセレンおよびテルルを含む実施形態では、吸収体層160中のセレンの平均原子パーセントは、0原子パーセントより大きく約25原子パーセント以下、例えば、例えば一実施形態では約1原子パーセントより大きく約20原子パーセント未満、別の実施形態では約1原子パーセントより大きく約15原子パーセント未満、またはさらなる実施形態では約1原子パーセントより大きく約8原子パーセント未満であってもよい。テルル、セレン、またはその両方の濃度は、吸収体層160の厚さを通して傾斜してもよいことに留意されたい。例えば、吸収体層160が、xのモル分率のセレンおよび1-xのモル分率のテルルを含む化合物を含む場合(SeTe1-x)、xは、吸収体層160の第1の表面162からの距離とともに、吸収体層160内で変化してもよい。
【0068】
[0083]さらに図3を参照すると、吸収体層160は、電荷キャリア濃度を操作するように構成されたドーパントでドープされてもよい。いくつかの実施形態では、吸収体層160は、例えば、ヒ素、リン、アンチモン、またはこれらの組合せなどのVA族(15族)ドーパントでドープされてもよい。代替的にまたは追加的に、吸収体層160は、例えば、銅、銀、金、またはこれらの組合せなどのIB族(11族)ドーパントでドープされてもよい。吸収体層160内のドーパントの総密度は制御されてもよい。さらに、ドーパントの量は、吸収体層160の第1の表面162からの距離とともに変化してもよい。
【0069】
[0084]図3は、例示的な層構造を示し、組成は、II-VI族材料を含む例で説明されてきた。他の実施形態では、タンデム光起電力デバイス300の第1のサブモジュール100は、光起電力サブモジュールを生成するために、代替の層構造で他の光起電力材料を使用することができる。一例では、第1のサブモジュール100は、例えば、硫化/セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)またはCuInSe(CIS)などのI-III-VI族吸収体材料を含んでもよく、薄膜として提供されてもよい。別の例では、第1のサブモジュール100は、ペロブスカイト吸収体を含んでもよい。さらなる例では、第1のサブモジュール100はシリコン吸収体を含んでもよく、これはアモルファス、多結晶、結晶または薄膜シリコンを含んでもよい。
【0070】
[0085]本明細書で提供される実施形態によれば、p-n接合は、吸収体層160を、過剰な負電荷キャリア;例えば、電子またはドナーを有する第1のサブモジュール100の一部に十分に近接して供給することによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、吸収体層160は、n型半導体材料に隣接して供給されてもよい。あるいは、吸収体層160とn型半導体材料との間に1つ以上の介在層が供給されてもよい。いくつかの実施形態では、吸収体層160は、バッファ層150に隣接して供給されてもよい。例えば、吸収体層160の第1の表面162は、バッファ層150の第2の表面154上に供給されてもよい。
【0071】
[0086]第1のサブモジュール100は、ドーパントの所望されない変質を緩和し、吸収体層160に電気的接触をもたらすように構成された裏接触層170を含んでもよい。裏接触層170は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面172、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面174を有してもよい。裏接触層170の厚さは、第1の表面172と第2の表面174との間に画定されてもよい。裏接触層170の厚さは、約5nm~約200nm、例えば、例えば一実施形態では約10nm~約50nmであってもよい。
【0072】
[0087]いくつかの実施形態では、裏接触層170は、吸収体層160に隣接して供給されてもよい。例えば、裏接触層170の第1の表面172は、吸収体層160の第2の表面164上に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、裏接触層170は、例えば、様々な組成で亜鉛およびテルルを含む1つ以上の層など、I、II、VI族からの材料の組合せを含んでもよい。さらに好適な材料としては、これらに限定されないが、テルル化カドミウム亜鉛およびテルル化亜鉛の二層、または例えば、窒素などのV族(15族)ドーパントでドープされたテルル化亜鉛が挙げられる。薄膜接合176は、主に光起電力効果に寄与する薄膜スタックとして定義されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、薄膜接合176は、透明導電酸化物層140、バッファ層150、吸収体層160、裏接触層170、またはこれらの組合せを含んでもよい。
【0073】
[0088]図3を参照すると、第1のサブモジュール100は導電層180を含んでもよく、導電層180は透明であってもよく、裏接触層170、吸収体層160、またはその両方との電気的接触をもたらすように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、導電層180は、吸収体層160に対して第1のサブモジュール100の裏側に向かって形成されてもよい。単一の接合デバイスにおいて、または下部または後部サブモジュール(例えば、第2のサブモジュール500)の一部として供給される場合、導電層180は、サブモジュール(例えば、第2のサブモジュール500)の裏側に配置されてもよく、混濁した不透明の金属層を構成要素として使用してもよい。しかし、不透明層は、多接合光起電力デバイスまたはタンデム光起電力デバイスの接合間に配置される、第1のサブモジュール100の導電層180として使用するのに適さない場合がある。導電層180は、実質的に第1のサブモジュール100の前側102に面する第1の表面182、および実質的に第1のサブモジュール100の裏側104に面する第2の表面184を有してもよい。いくつかの実施形態では、導電層180は、裏接触層170または吸収体層160に隣接して供給されてもよい。例えば、導電層180の第1の表面182は、裏接触層170の第2の表面174または吸収体層160の第2の表面162上に供給されてもよい。導電層180の厚さは、第1の表面182と第2の表面184との間で画定されてもよい。導電層180の厚さは、約500nm未満、例えば、例えば一実施形態では約40nm~約400nm、または約60nm~約350nmであってもよい。
【0074】
[0089]第1のサブモジュール100は、第1のサブモジュール100の裏側104に裏層199を有してもよい。裏層199の裏面は、前サブモジュールの裏面104を画定する。いくつかの実施形態では、裏層199は導電層180の領域である。いくつかの実施形態では、裏層199は電子反射体層を含む。いくつかの実施形態では、裏層199は、p+サブ領域およびn+サブ領域を有するトンネル接合を含む。いくつかの実施形態では、裏層199は、p++サブ領域およびn++サブ領域を有するトンネル接合を含む。
【0075】
[0090]半導体および透明導電酸化物などの材料は、これらの電気的および光学的特性を変えるために不純物でドープされてもよい。ドーパントは、n型またはp型の電荷キャリア濃度を変更するために機能層に組み込まれてもよい。電荷密度が約1×1016cm-3より大きい場合、「+」型とみなされてもよい。境界は厳密ではないが、電子ドナーキャリアが約1×1011cm-3~約1×1016cm-3の範囲で存在する場合、材料はn型とみなされてもよく、ドナーキャリア密度が約1×1016cm-3より大きい場合、n+型とみなされてもよい。同様に、電子アクセプターキャリア(すなわち「正孔」)が約1×1011cm-3~約1×1016cm-3の範囲で存在する場合、材料は一般にp型とみなされ、アクセプターキャリア密度が約1×1016cm-3より大きい場合、p+型とみなされる。絶対的キャリア密度に関係なく、キャリア濃度が少なくとも2桁(すなわち100倍)高ければ、層はp型である層に対してp+(またはn型である層に対してn+)であり得るため、境界は厳密ではなく、重なり合う場合がある。さらに、約1×1018cm-3より大きい電荷密度は、「++」型とみなされてもよい。したがって、n型またはp型のいずれかの層は、++層が+層の100倍を超える同型のキャリア密度を有する場合、それ自体がさらに第3の層に対して「+」である同型の層に対して「++」であってもよい。
【0076】
[0091]ここで図1および図5を参照すると、タンデム光起電力デバイス300は、第2のサブモジュール500を含む。第2のサブモジュール500は、タンデム光起電力デバイス300の前側302を一次光に面する頂面として基準にして、第1のサブモジュール100の下方または下に配置されてもよい。光起電力デバイスのサブモジュール500は、第2のサブモジュール500の前側の第1の表面502と第2のサブモジュール500の裏側の第2の表面との間に配置された複数の層を含んでもよい。複数の層のうちの1つ以上は、光起電力吸収体材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光起電力デバイスのサブモジュール500の層は、複数の光起電力セルに分割されてもよい。
【0077】
[0092]タンデム光起電力デバイス300の第2のサブモジュール500は、層構造の1つ以上の吸収体材料を含んでもよい。一例では、第2のサブモジュール500は、シリコン吸収体を含んでもよく、シリコン吸収体は、アモルファス、多結晶、結晶または薄膜シリコンを含んでもよい。別の例では、第2のサブモジュール500は、ペロブスカイト吸収体材料を含んでもよい。さらなる例では、第2のサブモジュール500は、CIGSなどのI-III-VI族吸収体材料を含んでもよく、薄膜として提供されてもよい。別の例では、第2のサブモジュール500は、例えばCdTe、CdZnTe、HgCdTe、またはCdSeTeなどのII-VI族吸収体材料を含んでもよい。
【0078】
[0093]第2のサブモジュール500は、第1のサブモジュール100と様々な態様を共有してもよい。第2のサブモジュール500は、第2のサブモジュール500の前側502に前層501を有してもよい。前層501の前面は、第2のサブモジュール500の前面502を画定してもよい。いくつかの実施形態では、前層501はバッファ層である。いくつかの実施形態では、前層501は導電層である。いくつかの実施形態では、前層501は導電金属グリッドを含む。いくつかの実施形態では、前層501は透明導電酸化物を含む。特定の実施形態では、第2のサブモジュール500の残部または全体が第1のサブモジュール100と同一または実質的に同一に構成されてもよい。第2のサブモジュール500の実施形態は、第1のサブモジュール100の部分と機能および構造が同一または実質的に同一の部分を含んでもよい。いくつかの実施形態では、タンデム光起電力デバイス300は、第2のサブモジュールの第2の表面504に第2の中間層および裏シートを含む。いくつかの実施形態では、第2の中間層は、第2の絶縁保護層430と同じマトリックスポリマーを含む材料を含む。いくつかの実施形態では、第2の中間層は、デバイスの周縁部で第2の絶縁保護層430に融着される。いくつかの実施形態では、裏シートは、コア層420と同じ材料を含む材料を含む。他の実施形態では、裏シートはガラスを含む。いくつかの実施形態では、第2のサブモジュールは、第2の絶縁保護層430を構成するポリマーによって実質的に封止され、バス接続線などの電気コネクタがそこを通過する。中間層および第2の中間層によるサブモジュールの封止は、タンデムモジュールの堅牢性の改善に寄与する可能性がある。
【0079】
[0094]引き続き図1および5を参照すると、タンデム光起電力デバイス300は中間層400を含む。示されるように、中間層構造は、第1のサブモジュール100と第2のサブモジュール500との間に位置決めされる。中間層400構造の一例は、図6に断面部分で概略的に描かれている。本明細書で提供される実施形態によれば、中間層400は、第1の絶縁保護層410およびコア層420を含んでもよく、第1の絶縁保護層410は、コア層420と第1のサブモジュール100の裏層199との間に配置される。いくつかの実施形態では、コア層420は、第1の絶縁保護層410と第2の絶縁保護層430との間に供給されてもよい。いくつかの実施形態では、コア層420は、第1の絶縁保護層410に隣接し、第2の絶縁保護層430に隣接して供給されてもよい。例えば、コア層420の第1の表面422は、第1の絶縁保護層410の第2の表面414上に供給されてもよく、第2の絶縁保護層430の第1の表面432は、コア層420の第2の表面424上に供給されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、中間層400の第1の表面402は、第1の絶縁保護層410の第1の表面412によって形成されてもよく、中間層400の第2の表面402は、第2の絶縁保護層430の第2の表面434によって形成されてもよい。
【0080】
[0095]本明細書で提供される実施形態によれば、中間層400の厚さは、第1の表面402と第2の表面404との間に画定されてもよい。中間層400の厚さは、特定の実施形態において連続的かつ実質的に均一であってもよく、中間層400を横切る厚さ偏差は25%未満である。一例では、中間層400の厚さは約650ミクロン(650μm)であってもよい。いくつかの実施形態では、厚さは100μm~2500μmの範囲、例えば、例えば約250μm~1500μm、または約400μm~1000μmである。
【0081】
[0096]いくつかの実施形態では、中間層400の厚さは連続的かつ不規則であってもよい。一例では、コア層は実質的に均一であるが、第1および第2の絶縁保護層410、430の一方または両方は、実質的に厚さが不規則である。一例として、中間層は、実質的に不規則な絶縁保護層と組み合わされた実質的に均一なコア層を含む。この組合せは、隣接モジュール表面の表面凹凸を埋めて緩和するために、絶縁保護層の流動性および接着と組み合わされた電気的隔離およびコア材料の機械的強度による利益をもたらす。絶縁保護層は、サブモジュールおよびコア層の直接隣接する表面に連続して接着する。いくつかの実施形態では、均一な層は、平均厚さから25%以下、または0%~25%の範囲で逸脱する。いくつかの実施形態では、不規則または不均一な層は、その平均厚さの30%より大きい、40%より大きい、または50%より大きい厚さ偏差を含む。いくつかの実施形態では、不規則または不均一な層は、不規則な層の平均厚さの30%~100%の範囲、30%~90%の範囲、40%~90%の範囲、40%~80%の範囲、または45%~75%の範囲までの厚さ偏差を含む。
【0082】
[0097]中間層400の特定の実施形態は、中間層400の全体または中間層400の1つ以上の層が、800nmの波長を有する光に対して約1.2~約2.0(例えば、約1.6)の屈折率を有する場合を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第1の絶縁保護層410、第2の絶縁保護層430、およびコア層420のうちの少なくとも1つは、約1.2~約2.0の屈折率を有してもよく、特定の実施形態は、800nmの波長を有する光に対して1.6より大きい屈折率を有する1つ以上の層を含む。いくつかの実施形態では、第1の絶縁保護層410、第2の絶縁保護層430、およびコア層420のうちの少なくとも1つは、800nmの光に対して1.6~2.5の範囲の屈折率を有してもよい。
【0083】
[0098]中間層400は、800nm~1200nmの波長を有する光に対して20%より大きい平均透過率を有してもよい。任意に、中間層400は、例えば、一実施形態では約50%より大きい、または別の実施形態では約60%より大きい、またはさらなる実施形態では約75%より大きいなど、800nm~1200nmの波長を有する光に対して約25%より大きい平均透過率を有してもよい。
【0084】
[0099]理論に束縛されることなく、本明細書で提供される中間層400は、タンデム光起電力デバイスに相乗的な利点を提供する。絶縁保護層410、430の間にコア層420を有する中間層400を供給することにより、製造可能性と動作の両方に利点がもたらされる。コア層420は短絡を防ぐことができ、物理的および電気的分離を提供することができる。絶縁保護層410、430は、コア層420およびそれぞれのサブモジュール100、500に良好な接触を提供することができ、それにより空隙および気泡などの凹凸を最小限に抑えて、サブモジュール100、500間に信頼性の高い光学特性を提供することができる。さらに、中間層400は、サブモジュール100、500を封止し、これらへの水分の侵入を防止し、湿度の高い環境に関連し得る腐食、劣化および性能の低下を緩和する。
【0085】
[00100]中間層400のコア層420は、変形および絶縁破壊距離の狭小化に抵抗する誘電および物理的バリアを提供することができる。コア層420は、200℃を超える融点を有してもよい。特定の実施形態では、コア層420は、250℃を超える融点を有することができるが、他の実施形態は、コア層420が約225℃~約550℃の範囲の融点を有する場合を含む。いくつかの実施形態では、コア層420は、10kV/mmより大きい、20kV/mmより大きい、50kV/mmより大きい、10kV/mm~250kV/mmの範囲内、または10kV/mm~200kV/mmの範囲内の絶縁ブレークスルー強度を有してもよい。
【0086】
[00101]コア層420は、ポリマーシートを含んでもよい。特定の実施形態では、コア層420は、10μm~400μmの範囲の厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、コア層420は、15μmより大きい、20μmより大きい、30μmより大きい、40μmより大きい、50μmより大きい、60μmより大きい厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、コア層420は、400μm未満、300μm未満、200μm未満、250μm未満、200μm未満、150μm未満、120μm未満、100μm未満、90μm未満、80μm未満、または70μm未満の厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、コア層420は、約40μm~140μmの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、コア層420を形成する材料は、熱可塑性ポリマー樹脂である。いくつかの実施形態では、コア層420を形成する材料は、配向ポリエチレンテレフタレート(OPET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリシクロオクテン(PCO)、または二軸配向ポリエチレンテレフタレート(boPET)のうちの1種以上を含んでもよい。
【0087】
[00102]一般に、絶縁保護層410、430のそれぞれは、サブモジュール100、500との積層および高温での動作中にシステム構成要素に適合するように、融点が170℃未満の流動性ポリマーを含む材料によって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、絶縁保護層410、430は、融点が110℃未満の材料によって形成される。いくつかの実施形態では、絶縁保護層410、430の一方または両方は、約50℃~約170℃の範囲内、70℃~170℃の範囲内、70℃~110℃の範囲内、90℃~140℃の範囲内、または80℃~110℃の範囲内の融点を有する。いくつかの実施形態では、絶縁保護層410、430の一方または両方は、150℃未満、130℃未満、120℃未満、110℃未満、または100℃未満の融点を有する。
【0088】
[00103]第1の絶縁保護層410の材料としては、ポリエチレン(PE)、エチレン-酢酸ビニル(EVA)、および/またはポリオレフィンエラストマー(POE)を挙げることができる。層に使用するのに好適な他の材料は、様々な光学的に適合性のある接着剤を含む。
【0089】
[00104]絶縁保護層410、430のそれぞれの厚さは、約180μm~約740μmであってもよい。いくつかの実施形態では、第1の絶縁保護層410は、180μmより大きい、200μmより大きい、220μmより大きい、250μmより大きい、または280μmより大きい厚さを有する。いくつかの実施形態では、第1の絶縁保護層410は、700μm未満、600μm未満、500μm未満、400μm未満、350μm未満、または320μm未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第2の絶縁保護層430は、180μmより大きい、200μmより大きい、220μmより大きい、250μmより大きい、または280μmより大きい厚さを有する。いくつかの実施形態では、第2の絶縁保護層430は、700μm未満、600μm未満、500μm未満、400μm未満、350μm未満、または320μm未満の厚さを有する。
【0090】
[00105]絶縁保護層410、430は、それぞれ第1のサブモジュール100の第2の表面104または第2のサブモジュール500の第1の表面502のいずれかの表面粗さを含む、近傍表面の凹凸に適合するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、近傍表面の平均表面粗さとそれぞれの隣接絶縁保護層の厚さとの比は、1:1~1:1000の間である。いくつかの実施形態では、近傍表面の平均表面粗さと絶縁保護層の厚さとの比は、1:1より大きい、1:2より大きい、1:10より大きい、1:50より大きい、または1:100より大きい。いくつかの実施形態では、近傍表面の平均表面粗さと絶縁保護層の厚さとの比は、1:900未満、1:750未満、1:500未満、1:300未満、または1:200未満である。製造時の処理温度での絶縁保護層の流動性組成物は、表面の凹凸にもかかわらず、有益な濡れ性および接着を提供する。
【0091】
[00106]次に図7を参照すると、タンデム光起電力デバイスを作製する方法の実施形態が700で示されている。705における第1の工程は、本明細書に記載される中間層400を供給することを含んでもよく、中間層400は光の一部を通過させる。710における第2の工程は、第1のサブモジュール100の表面(例えば、第2の表面104)の一部と第1の絶縁保護層410を直接接触させることを含んでもよい。715における第3の工程は、第1のサブモジュール100の表面(例えば、第2の表面104)の一部に第1の絶縁保護層410を適合させることを含んでもよい。720における第4の工程は、第2のサブモジュール500の表面(例えば、第1の表面502)の一部と第2の絶縁保護層430を直接接触させることを含んでもよい。725における第5の工程は、第2のサブモジュール500の表面(例えば、第1の表面502)の一部に第2の絶縁保護層500を適合させることを含んでもよい。
【0092】
[00107]中間層400は様々な方法で形成されてもよい。特定の実施形態では、コア層420、第1の絶縁保護層410、および第2の絶縁保護層430は、予備結合工程で一緒に積層されて中間層400を形成してもよい。コア層420は、第1の絶縁保護層410と第2の絶縁保護層430との間に積層されて中間層400を供給してもよい。特定の実施形態では、中間層の1つ以上の層は、単一のシートまたは層として共押出しされる。コア層420は、第1の絶縁保護層410と第2の絶縁保護層430との間に共押出しされて中間層400を供給してもよい。
【0093】
[00108]図7は方法700の工程を順次描いているが、特定の工程は同時に実行されてもよく、および/または特定の工程は描かれているのとは異なる順序で実行されてもよいことが理解される。例えば、第1の絶縁保護層410を少なくとも第1のポリマーの融点まで加熱することにより、第1の絶縁保護層410を第1のサブモジュール100の表面の一部に適合させることができる。同様に、第2の絶縁保護層430を少なくとも第2のポリマーの融点まで加熱することにより、第2の絶縁保護層430を第2のサブモジュール500の表面の一部に適合させることができる。第1のサブモジュール100の表面の一部および第1の絶縁保護層410のうちの1つは、第1のサブモジュール100の表面の一部と第1の絶縁保護層410を直接接触させる前に、少なくとも第1のポリマーの融点まで加熱されてもよい。同様に、第2のサブモジュール500の表面の一部および第2の絶縁保護層430のうちの1つは、第2のサブモジュール500の表面の一部と第2の絶縁保護層430を直接接触させる前に、少なくとも第2のポリマーの融点まで加熱されてもよい。特定の実施形態は、第1のサブモジュール100の表面の一部に第1の絶縁保護層410を適合させ、第2のサブモジュール500の表面の一部に第2の絶縁保護層430を適合させる工程が、第1のサブモジュール100の表面の一部と第1の絶縁保護層410を直接接触させ、第2のサブモジュール500の表面の一部と第2の絶縁保護層430を直接接触させた後に、第1のサブモジュール100、中間層400、および第2のサブモジュール500を、少なくとも第1のポリマーの融点および少なくとも第2のポリマーの融点まで同時に加熱することを含む場合を含む。さらに、中間層400と第1のサブモジュール100を一緒に押圧することにより、第1の絶縁保護層410を第1のサブモジュール100の表面の一部に適合させ、中間層400と第2のサブモジュール500を一緒に押圧することにより、第2の絶縁保護層430を第2のサブモジュール500の表面の一部に適合させることが可能である。第1の絶縁保護層410を第1のサブモジュール100の表面の一部に適合させ、第2の絶縁保護層を第2のサブモジュール500の表面の一部に適合させる工程は、第1のサブモジュール100と第2のサブモジュール500との間の中間層400を押圧することを含んでもよい。
【0094】
[00109]いくつかの実施形態では、タンデム光起電力デバイスを形成する方法は、第1のサブモジュール100の裏面または第2の表面104と第1の絶縁保護層410の第1の表面402、412を直接接触させる工程;第2のサブモジュール500の前面または第1の表面502と第2の絶縁保護層430の第2の表面404、434を直接接触させる工程;第1の絶縁保護層410と第2の絶縁保護層430との間にコア層420を供給する工程を含む。方法は、第1の絶縁保護層を第1のサブモジュールの表面に適合させる工程;および第2の絶縁保護層を第2のサブモジュールの表面に適合させる工程を含んでもよい。
【0095】
[00110]方法は、コア層の溶融温度未満の処理温度で実行されてもよい。処理温度は、絶縁保護層の溶融温度の付近、その温度、またはそれより高くてもよい。いくつかの場合では、処理温度は、第1のポリマーの溶融温度の上または下15℃以内である。いくつかの場合では、処理温度は、第2のポリマーの溶融温度の上または下15℃以内である。いくつかの場合では、処理温度は、第1および第2のポリマーの溶融温度より高い。中間層を第1および第2のサブモジュールに結合させる方法のいくつかの実施形態では、処理温度は、コア層を構成する第3のポリマーの溶融温度より20~150℃低い。いくつかの場合では、処理温度は80~170℃の範囲である。いくつかの場合では、処理温度は150℃未満、140℃未満、130℃未満、120℃未満、110℃未満、100℃未満、90℃未満、または85℃未満である。
【0096】
[00111]中間層の副層の厚さおよび組成を制御することにより、製造中の材料の熱容量および熱伝達を制御して、絶縁保護層を隣接モジュールの表面に融合接着させるのに好適な処理温度で、隣接モジュールの感温性構成要素に対する損傷を防止することができる。処理温度での積層または結合プロセス中、コア層は固体の連続シートであってもよいが、同時に絶縁保護層の一方または両方は、流動性の粘性状態に加熱される。方法により、良好な接着、堅牢な電気的ブレークスルー強度、および近赤外波長に対する高い透明性を有する耐久性のある中間層が得られる。
【0097】
[00112]例示的な実施形態は、本開示が徹底され、当業者にその範囲を十分に伝えるように提供される。本開示の実施形態の徹底的な理解をもたらすために、特定の構成要素、デバイスおよび方法の例など、多数の具体的な詳細が示される。具体的な詳細を利用する必要がないこと、例示的な実施形態が多くの異なる形態で具体化されてもよいこと、およびいずれも本開示の範囲を限定するように解釈されるべきではないことが当業者に明らかである。いくつかの例示的な実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は詳細に説明されない。いくつかの実施形態、材料、組成物および方法の同等の変更、修正および変形は、実質的に同様の結果を伴い、本技術の範囲内で行うことができる。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
【手続補正書】
【提出日】2024-07-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のサブモジュール;
第2のサブモジュール;ならびに
前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置された中間層、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、そして前記中間層は
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、ここで前記第1の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む、
第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、ここで前記第2の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む、および
第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層、ここで前記コア層は200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む
を含む、
を含む、タンデム光起電力デバイス。
【請求項2】
前記中間層が、800nmで1.4~1.8の範囲の屈折率を有する、請求項1に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項3】
前記第1のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、
前記第2のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、および
前記第3のポリマーが200℃~300℃の範囲の融点を有する、請求項1または2に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項4】
前記中間層が、通過する700nm~1300nmの波長を有する光の少なくとも90%を透過するように構成される、請求項1または2に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項5】
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を独立して含む、請求項1または2に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項6】
前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレート;ポリテトラフルオロエチレン;ポリシクロオクテン;二軸配向ポリエチレンテレフタレート;ポリイミド;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む、請求項1または2に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項7】
前記コア層が50kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、請求項1または2に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項8】
前記第1の絶縁保護層が180μm~740μmの厚さを有し、前記第2の絶縁保護層が180μm~740μmの厚さを有し、前記コア層が25μm~200μmの厚さを有し、および前記コア層の前記第3のポリマーが二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む、請求項1または2に記載のタンデム光起電力デバイス。
【請求項9】
タンデム光起電力デバイスのための中間層であって、
前記中間層は第1のサブモジュールおよび第2のサブモジュールを有し、そして前記中間層は前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置されるように構成されており、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、かつ1.2~2.0の屈折率、10kV/mmより大きい絶縁耐力、および100μm~1500μmの厚さを有し、前記中間層は、
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、ここで前記第1の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含み、前記第1のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、
前記第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、ここで前記第2の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含み、前記第2のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、および
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層、ここで前記コア層は50kV/mmより大きい絶縁耐力を有し、かつ200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含み、前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとポリシクロオクテンと二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリイミドとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、
を含む、
を含む、中間層。
【請求項10】
タンデム光起電力デバイスを作製する方法であって、
中間層を供給すること、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、前記中間層が、
170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む第1の絶縁保護層;
170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む第2の絶縁保護層;
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層で、200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む、
を含む、;
第1のサブモジュールの表面の一部を前記第1の絶縁保護層と直接接触させること;
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること;
第2のサブモジュールの表面の一部を前記第2の絶縁保護層と直接接触させること;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させること
を含む、方法。
【請求項11】
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に前記コア層を共押出しして前記中間層を供給する工程をさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させることが、前記第1の絶縁保護層を少なくとも前記第1のポリマーの融点まで加熱することを含み;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第2の絶縁保護層を少なくとも前記第2のポリマーの融点まで加熱することを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項13】
前記第1のサブモジュールの表面の一部および前記第1の絶縁保護層のうちの1つが、前記第1のサブモジュールの表面の一部と前記第1の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも前記第1のポリマーの融点まで加熱され;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部および前記第2の絶縁保護層のうちの1つが、前記第2のサブモジュールの表面の一部と前記第2の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも前記第2のポリマーの融点まで加熱される、請求項10に記載の方法。
【請求項14】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること、ならびに前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第1のサブモジュールの表面の一部と前記第1の絶縁保護層を直接接触させ、前記第2のサブモジュールの表面の一部と前記第2の絶縁保護層を直接接触させた後に、前記第1のサブモジュール、前記中間層、および前記第2のサブモジュールを、少なくとも前記第1のポリマーの融点および少なくとも前記第2のポリマーの融点まで同時に加熱することを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項15】
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること、および前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間の前記中間層を押圧することを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項16】
前記接触させることが120℃未満の処理温度で実行される、請求項10に記載の方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0097
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0097】
[00112]例示的な実施形態は、本開示が徹底され、当業者にその範囲を十分に伝えるように提供される。本開示の実施形態の徹底的な理解をもたらすために、特定の構成要素、デバイスおよび方法の例など、多数の具体的な詳細が示される。具体的な詳細を利用する必要がないこと、例示的な実施形態が多くの異なる形態で具体化されてもよいこと、およびいずれも本開示の範囲を限定するように解釈されるべきではないことが当業者に明らかである。いくつかの例示的な実施形態では、周知のプロセス、周知のデバイス構造、および周知の技術は詳細に説明されない。いくつかの実施形態、材料、組成物および方法の同等の変更、修正および変形は、実質的に同様の結果を伴い、本技術の範囲内で行うことができる。
[発明の態様]
[1]
第1のサブモジュール;
第2のサブモジュール;ならびに
前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置された中間層、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、そして前記中間層は
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、ここで前記第1の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む、
第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、ここで前記第2の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む、および
第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層、ここで前記コア層は200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む
を含む、
を含む、タンデム光起電力デバイス。
[2]
前記中間層が、800nmで1.4~1.8の範囲の屈折率を有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[3]
前記第1のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、
前記第2のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、および
前記第3のポリマーが200℃~300℃の範囲の融点を有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[4]
前記中間層が約10kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[5]
前記中間層が約100μm~約1500μmの厚さを有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[6]
前記中間層が、通過する約700nm~約1300nmの波長を有する光の少なくとも90%を透過するように構成される、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[7]
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが、ポリエチレン;エチレン-酢酸ビニル;ポリオレフィンエラストマー;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を独立して含む、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[8]
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが同じ材料を含む、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[9]
前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレート;ポリテトラフルオロエチレン;ポリシクロオクテン;二軸配向ポリエチレンテレフタレート;ポリイミド;およびこれらの組合せからなる群から選択される部材を含む、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[10]
前記コア層が25μm~200μmの範囲の厚さを有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[11]
前記コア層が約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[12]
前記第1の絶縁保護層および前記第2の絶縁保護層が異なる厚さを有する、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[13]
前記第1の絶縁保護層が約300μmの厚さを有し、前記第2の絶縁保護層が300μmの厚さを有し、前記コア層が100μmの厚さを有し、および前記コア層の前記第3のポリマーが二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む、1に記載のタンデム光起電力デバイス。
[14]
タンデム光起電力デバイスのための中間層であって、
前記中間層は第1のサブモジュールおよび第2のサブモジュールを有し、そして前記中間層は前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置されるように構成されており、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、かつ約1.2~約2.0の屈折率、約10kV/mmより大きい絶縁耐力、および約100μm~約1500μmの厚さを有し、前記中間層は、
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、ここで前記第1の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含み、前記第1のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、
前記第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、ここで前記第2の絶縁保護層は約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含み、前記第2のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、および
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層、ここで前記コア層は約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有し、かつ約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含み、前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとポリシクロオクテンと二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリイミドとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、
を含む、
を含む、中間層。
[15]
タンデム光起電力デバイスを作製する方法であって、
中間層を供給すること、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、前記中間層が、
約170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む第1の絶縁保護層;
約170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む第2の絶縁保護層;
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置され、第1の絶縁保護層と第2の絶縁保護層に直接接触するコア層で、約200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む、
を含む、;
第1のサブモジュールの表面の一部を前記第1の絶縁保護層と直接接触させること;
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること;
第2のサブモジュールの表面の一部を前記第2の絶縁保護層と直接接触させること;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させること
を含む、方法。
[16]
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層の間に前記コア層を積層して、前記中間層を供給する工程をさらに含む、15に記載の方法。
[17]
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に前記コア層を共押出しして前記中間層を供給する工程をさらに含む、15に記載の方法。
[18]
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させることが、前記第1の絶縁保護層を少なくとも前記第1のポリマーの融点まで加熱することを含み;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第2の絶縁保護層を少なくとも前記第2のポリマーの融点まで加熱することを含む、15に記載の方法。
[19]
前記第1のサブモジュールの表面の一部および前記第1の絶縁保護層のうちの1つが、前記第1のサブモジュールの表面の一部と前記第1の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも前記第1のポリマーの融点まで加熱され;および
前記第2のサブモジュールの表面の一部および前記第2の絶縁保護層のうちの1つが、前記第2のサブモジュールの表面の一部と前記第2の絶縁保護層を直接接触させる前に、少なくとも前記第2のポリマーの融点まで加熱される、15に記載の方法。
[20]
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること、ならびに前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第1のサブモジュールの表面の一部と前記第1の絶縁保護層を直接接触させ、前記第2のサブモジュールの表面の一部と前記第2の絶縁保護層を直接接触させた後に、前記第1のサブモジュール、前記中間層、および前記第2のサブモジュールを、少なくとも前記第1のポリマーの融点および少なくとも前記第2のポリマーの融点まで同時に加熱することを含む、15に記載の方法。
[21]
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させることが、前記中間層と前記第1のサブモジュールとを一緒に押圧することを含むか;または
前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記中間層と前記第2のサブモジュールとを一緒に押圧することを含む、15に記載の方法。
[22]
前記第1のサブモジュールの表面の一部に前記第1の絶縁保護層を適合させること、および前記第2のサブモジュールの表面の一部に前記第2の絶縁保護層を適合させることが、前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間の前記中間層を押圧することを含む、15に記載の方法。
[23]
前記接触させることが120℃未満の処理温度で実行される、15に記載の方法。
[24]
第1のサブモジュール;
第2のサブモジュール;
前記第1のサブモジュールと前記第2のサブモジュールとの間に配置された中間層、ここで前記中間層は前記中間層を通る光の一部を通過させ、前記中間層は、
前記第1のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第1の絶縁保護層、前記第1の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第1のポリマーを含む、
前記第2のサブモジュールの表面の一部に直接接触して適合する第2の絶縁保護層、前記第2の絶縁保護層は170℃未満の融点を有する第2のポリマーを含む、
前記第1の絶縁保護層と前記第2の絶縁保護層との間に配置されるコア層、前記コア層は200℃より高い融点を有する第3のポリマーを含む、
を含む、

を含む、タンデム光起電力デバイス。
[25]
前記中間層が、800nmで1.4~1.8の範囲の屈折率を有する、3~14のいずれか一項または24に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~24のいずれかに記載の方法。
[26]
前記第1のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、
前記第2のポリマーが70℃~120℃の範囲の融点を有し、および
前記第3のポリマーが200℃~300℃の範囲の融点を有する、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~24のいずれかに記載の方法。
[27]
前記中間層が約10kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~26のいずれかに記載の方法。
[28]
前記中間層が約100μm~約1500μmの厚さを有する、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~27のいずれかに記載の方法。
[29]
前記中間層が、約800nm~約1200nmの波長を有する入射光の少なくとも90%を透過するように構成される、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~28のいずれかに記載の方法。
[30]
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが、ポリエチレンとエチレン-酢酸ビニルとポリオレフィンエラストマーとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を独立して含む、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~29のいずれかに記載の方法。
[31]
前記第1のポリマーおよび前記第2のポリマーが同じ材料を含む、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~30のいずれかに記載の方法。
[32]
前記第3のポリマーが、配向ポリエチレンテレフタレートとポリテトラフルオロエチレンとポリシクロオクテンと二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリイミドとこれらの組合せとからなる群から選択される部材を含む、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~31のいずれかに記載の方法。
[33]
前記コア層が25μm~200μmの範囲の厚さを有する、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~32のいずれかに記載の方法。
[34]
前記コア層が約50kV/mmより大きい絶縁耐力を有する、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~33のいずれかに記載の方法。
[35]
前記第1の絶縁保護層および前記第2の絶縁保護層が異なる厚さを有する、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~34のいずれかに記載の方法。
[36]
前記第1の絶縁保護層が約300μmの厚さを有し、前記第2の絶縁保護層が300μmの厚さを有し、前記コア層が100μmの厚さを有し、および前記コア層の前記第3のポリマーが二軸配向ポリエチレンテレフタレートを含む、3~14もしくは24~25のいずれか一項に記載のタンデム光起電力デバイス、14に記載の中間層、または15~34のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】