(57)【要約】  少なくとも１個のブースターセルが、少なくとも１個の一次セルと積層構成で組み合わせられる、積層光起電モジュール、及びその構成要素を記載する。ブースターセルは、ガラス基材等の透明な基材上に配置される多（ポリ）結晶被膜の形態であってもよく、被膜は、複数のブースターセルを形成するようにパターン形成されてもよい。ブースターセルは、ｎ型層及びｐ型層を含み、ｎ型層は、多（ポリ）結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含んでもよく、ｐ型層は、多（ポリ）結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含んでもよい。ｎ型層は、少なくとも３．５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよく、ｐ型層は、少なくとも２若しくは少なくとも２．２ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有してもよい。同様に多（ポリ）結晶ＺｎＴｅを含む真性層が、ｎ型層とｐ型層との間に存在してもよい。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーラーモジュールで使用するための構成要素であって、
透明なガラス基材と、
前記基材上に形成される薄膜光起電ブースターセルであって、前記ブースターセルが、ｎ型層と、ｐ型層とを含み、前記ｎ型層が、多結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含み、少なくとも３．５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有し、前記ｐ型層が、多結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含む、薄膜光起電ブースターセルと、
を含み、前記ブースターセルが、第１の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成するように適合され、前記ブースターセルがまた、前記第１の波長範囲を超える第２の波長範囲の太陽放射を透過するようにも適合される、構成要素。
【請求項２】
前記ｐ型層が、少なくとも２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する、請求項１に記載の構成要素。
【請求項３】
前記ｐ型層が、少なくとも２．２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する、請求項２に記載の構成要素。
【請求項４】
前記ｐ型層が、２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有する、請求項３に記載の構成要素。
【請求項５】
前記ｎ型層に、アルミニウム（Ａｌ）又は塩素（Ｃｌ）と共に前記多結晶ＺｎＳがドープされ、前記ｐ型層に、窒素（Ｎ）と共に前記多結晶ＺｎＴｅがドープされる、請求項１に記載の構成要素。
【請求項６】
前記ブースターセルがまた、前記ｎ型層と前記ｐ型層との間に配置される真性層も含み、前記真性層が、多結晶ＺｎＴｅを含む、請求項１に記載の構成要素。
【請求項７】
前記真性層が、２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有する、請求項６に記載の構成要素。
【請求項８】
前記真性層が、１０００ｎｍ未満、又は１００〜５００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項６に記載の構成要素。
【請求項９】
前記ブースターセルが、前記基材上に形成されるブースターセルのアレイのうちの１個であり、前記ブースターセルのそれぞれが、多結晶ＺｎＳを含むｎ型層と、多結晶ＺｎＴｅを含むｐ型層とを含む、請求項１に記載の構成要素。
【請求項１０】
ソーラーモジュールであって、
請求項９に記載の構成要素と、
前記構成要素によって透過される太陽放射を受容するように配置される、光起電一次セルのアレイであって、前記一次セルがそれぞれ、前記第２の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成するように適合される、光起電一次セルのアレイと、
を含む、ソーラーモジュール。
【請求項１１】
前記一次セルのアレイが、単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、及び／又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウムを含む、請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１２】
ソーラーモジュールであって、
第１の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成するように適合される、光起電ブースターセルのアレイであって、前記ブースターセルがまた、前記第１の波長範囲を超える第２の波長範囲の太陽放射を透過するようにも適合される、光起電ブースターセルのアレイと、
前記ブースターセルのアレイによって透過される太陽放射を受容するように配置される、光起電一次セルのアレイであって、前記一次セルがそれぞれ、前記第２の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成するように適合される、光起電一次セルのアレイと、
を含み、前記ブースターセルが、多結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含み、
前記一次セルが、単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、及び／又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウムを含む、ソーラーモジュール。
【請求項１３】
それぞれのブースターセルが、多結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含有し少なくとも２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有するｐ型層を含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
それぞれのブースターセルの前記ｐ型層が、少なくとも２．２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する、請求項１３に記載のモジュール。
【請求項１５】
それぞれのブースターセルの前記ｐ型層が、２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有する、請求項１４に記載のモジュール。
【請求項１６】
それぞれのブースターセルが、多結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含むｎ型層と、多結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含むｐ型層とを含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項１７】
前記ｎ型層が、少なくとも３．５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有し、前記ｐ型層が、少なくとも２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する、請求項１６に記載のモジュール。
【請求項１８】
前記ｎ型層に、アルミニウム（Ａｌ）又は塩素（Ｃｌ）と共に前記多結晶ＺｎＳがドープされ、前記ｐ型層に、窒素（Ｎ）と共に前記多結晶ＺｎＴｅがドープされる、請求項１６に記載のモジュール。
【請求項１９】
それぞれのブースターセルがまた、前記ｎ型層と前記ｐ型層との間に配置される真性層も含み、前記真性層が、多結晶ＺｎＴｅを含む、請求項１６に記載のモジュール。
【請求項２０】
前記真性層が、１０００ｎｍ未満、又は１００〜５００ｎｍの範囲の厚さを有する、請求項１９に記載のモジュール。
【請求項２１】
上部に前記ブースターセルのアレイが配置される第１のガラス基材と、
上部に前記一次セルのアレイが配置される第２の基材と、
を更に含む、請求項１２に記載のモジュール。
【請求項２２】
前記一次セルが、単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、及び／又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含む、請求項２１に記載のモジュール。
【請求項２３】
前記ブースターセルのアレイが、前記一次セルのアレイと並列に接続される、請求項１２に記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光起電ソーラーセル等の光−電気変換デバイス、及び関連物品、システム、並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光から直接電力を得るという着想は、かなり前から存在している。世界中のエネルギー需要が高まり続け、発電の他の形態の負の側面に関する懸念が生じるにつれて、この着想は、注目されるようになってきた。光起電システムは、この着想を実現する。
【０００３】
長年にわたり、多種多様な光起電システムが構築及び／又は提案されてきた。それぞれのそのようなシステムの中心は、半導体ウエファー、被膜、又は他の拡張構造である。この半導体構造は、入射する太陽光又は別の光源からの光の少なくとも一部を吸収し、吸収した光エネルギーの少なくとも一部を電力に直接変換する。大抵の場合では、半導体構造は、ｐ型及びｎ型材料層によって形成されるダイオードを含む。エネルギー変換は、吸収された太陽光の光子が電子正孔対を生成し、電子又は正孔が半導体材料層によって形成される接合部を横断する際に生じる。
【０００４】
このエネルギー変換機構の結果、光起電システムにおける大部分の半導体構造は、電流源と見なすことができ、入射太陽光の強度又は束が増加すると、より多くの電流が生成される。電流は、構造の端子間に接続される負荷に依存する電圧降下をもたらす。「ゼロ負荷」が提供される（即ち、短絡状態、又はＺ＝０である）の場合、電流Ｉｓｃが流れ、端子間の電圧は、ゼロである。無限大負荷が提供される（即ち、開放状態、又はＺ＝∞である）場合、電流は流れず、端子間に開回路電圧Ｖｏｃが生じる。これらの極端の間で、特定のインピーダンスＺｍｐの負荷で、電圧Ｖｍｐ間に電流Ｉｍｐが流れる、最大電力が生成される。０＜Ｉｍｐ＜Ｉｓｃ、かつ０＜Ｖｍｐ＜Ｖｏｃであることに留意する。
【０００５】
所与の光起電システムの性能を評価するために使用される１つの性能指数は、「変換効率」−システムによって提供される使用可能電力Ｐｅｌｅｃを、システムに入射する光強度Ｐｏｐｔで除算したものである。（最大）使用可能電力は、Ｐｅｌｅｃ＝Ｉｍｐ×Ｖｍｐという関係で、上述される電流量及び電圧量に関係している。大部分の商用システムの変換効率は、比較的低い、例えば、３０％未満であり、多くの場合では、約２０％又は１５％以下である。
【０００６】
光起電システムの変換効率を改善するために、様々な設計特性が提案されてきた。１つのそのような特性は、多接合実施形態を伴い、２個以上の異なる半導体構造が共に積層される。より高いバンドギャップエネルギーを有する第１の半導体ダイオードセルが、より低いバンドギャップエネルギーを有する１個以上の第２の半導体ダイオードセルの上方又は正面に位置する。多色光が第１のセルに入射する際、短い波長の光が吸収され、大きい光電圧を生成する。より長い波長の光は、第１のセルを通過し、第２のセルに透過され、そこで吸収されて、より小さい光電圧を生成する。第１のセルは、ブースターセルと称される場合があり、第２のセルは、一次セルと称される場合がある。これらの異なるセルによって生成される電力は、次いで、適切な回路を用いて、使用可能な電力に変換される。
【０００７】
当該技術分野において、少なくとも３種類の積層構成、セルは機械的に積層されるが、相互から電気的に絶縁されるもの、セルは機械的に積層されるが、電気的に直列に接続されるもの（これは、セルのそれぞれが同一の電流を提供するように慎重に設計することを要する）、及びセルが相互の上にエピタキシャルに成長させられ、トンネル接合によって電気的に直列に接続される、モノリシック多接合セルと称されるものが類型化されてきた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
製造が比較的簡単であり、かつ全体効率が大幅に改善された積層配設を提供するように、現在一般的な一次セル、具体的には、少なくとも単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウムから作製される一次セルと容易に組み合わせることができる、新規のブースターセル群が開発された。ブースターセルは、ガラス基材若しくは他の好適な透明な基材上に配置される多（ポリ）結晶被膜であってもよく、又はそれを含んでもよく、この被膜は、複数のブースターセルを形成するようにパターン形成されてもよい。多（ポリ）結晶被膜は、典型的に、単結晶材料を用いるプロセスより高速かつ安価な製造プロセスを使用して、堆積され、パターン形成され得る。それぞれのブースターセルは、ｎ型層と、ｐ型層とを含んでもよい。ｎ型層は、多（ポリ）結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含んでもよく、少なくとも３．５ｅＶ若しくは少なくとも３．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよく、ｐ型層は、多（ポリ）結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含んでもよく、少なくとも２若しくは少なくとも２．２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよく、あるいはｐ型層のバンドギャップエネルギーは、２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲であってもよい。同様に多（ポリ）結晶ＺｎＴｅであってもよく、又はそれを含んでもよい真性層が、ｎ型層とｐ型層との間に存在してもよい。この文脈において、「真性」とは、ドナー又は受容体が意図的にドープされていないことを意味する。本明細書において特に指定のない限り、材料がＺｎＳ若しくはＺｎＴｅを含む、又は含むと記載されている場合、そのような材料は、それぞれ、非合金形態のバルク結晶ＺｎＳ若しくはＺｎＴｅで構成されてもよい、又は本質的にそれで構成されてもよい（但し、所望により、ｎ型又はｐ型材料を提供するために、１つ以上の好適なドーパントを伴う）が、そのような材料はまた、それぞれ、ＺｎＳ若しくはＺｎＴｅの合金であってもよく、又はそれを含んでもよく（この場合も同様に、所望により、１つ以上の好適なドーパントを伴う）、そのような合金はまた、格子構造内に、周期表の第ＩＩ列及び第ＶＩ列の１つ以上の他の原子も含み、この他の原子は、格子内のＺｎ、Ｓ、及び／又はＴｅ原子のうちの幾つかを置換する。
【０００９】
したがって、特に、少なくとも１個のブースターセルが、積層構成で少なくとも１個の一次セルと組み合わせられる、積層光起電モジュール及びその構成要素が記載される。ブースターセルは、ガラス基材等の透明な基材上に配置される多（ポリ）結晶被膜の形態であってもよく、被膜は、複数のブースターセルを形成するようにパターン形成されてもよい。ブースターセルは、ｎ型層と、ｐ型層とを含む。ｎ型層は、多（ポリ）結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含んでもよく、ｐ型層は、多（ポリ）結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含んでもよい。ｎ型層は、少なくとも３．５ｅＶ若しくは少なくとも３．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよく、ｐ型層は、少なくとも２若しくは少なくとも２．２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよく、あるいはｐ型層のバンドギャップエネルギーは、２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲であってもよい。同様に多（ポリ）結晶ＺｎＴｅを含む真性層が、ｎ型層とｐ型層との間に存在してもよい。
【００１０】
また、ソーラー光起電モジュールで使用するための構成要素も開示される。そのような構成要素は、ガラス基材等の透明な基材と、基材上に形成される薄膜光起電ブースターセルとを含んでもよい。ブースターセルは、ｎ型層と、ｐ型層とを含んでもよい。ｎ型層は、多（ポリ）結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含んでもよく、少なくとも３．５ｅＶ又は少なくとも３．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよい。ｐ型層は、多（ポリ）結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含んでもよい。ブースターセルは、第１の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成し、第１の波長範囲を超える第２の波長範囲の太陽放射を透過するように適合されてもよい。
【００１１】
ｐ型層は、少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよく、あるいはこのバンドギャップエネルギーは、２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲であってもよい。ｎ型層に、アルミニウム（Ａｌ）又は塩素（Ｃｌ）と共に多（ポリ）結晶ＺｎＳ材料がドープされてもよく、ｐ型層に、窒素（Ｎ）と共に多（ポリ）結晶ＺｎＴｅ材料がドープされてもよい。ブースターセルはまた、ｎ型層とｐ型層との間に配置される真性層も含んでもよく、真性層は、多（ポリ）結晶ＺｎＴｅを含んでもよい。真性層は、２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有してもよい。真性層は、０〜１０００ｎｍ、又は１００〜５００ｎｍの範囲の厚さを有してもよい。
【００１２】
ブースターセルは、基材上に形成されるブースターセルのアレイのうちの１個であってもよく、ブースターセルのそれぞれは、多（ポリ）結晶ＺｎＳを含むｎ型層と、多（ポリ）結晶ＺｎＴｅを含むｐ型層とを含んでもよい。そのようなブースターセルのアレイを含む構成要素は、それを、構成要素によって透過される太陽放射を受容するように配置される、それぞれが第２の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成するように適合される、光起電一次セルのアレイと組み合わせることによって、ソーラーモジュールを構築するために使用されてもよい。そのようなソーラーモジュールでは、一次セルのアレイは、単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、及び／又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウムを含んでもよい。更に、ブースターセルは、ブースターセルのそれぞれが領域Ａ１を占有し、十分に照射される際に、複数個のブースターセル間に接続される第１の負荷に、最大電力散逸の第１の電圧Ｖ１を提供し、一次セルのそれぞれが、領域Ａ２を占有し、十分に照射される際に、一次セルのアレイ間に接続される第２の負荷に、最大電力散逸の第２の電圧Ｖ２を提供し、量（Ｖ１／Ａ１）が、（Ｖ２／Ａ２）と実質的に同等であり得るように構成され、配設されてもよい。例えば、パラメータは、条件０．８≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．２、又は０．９≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．１を満足し得る。幾つかの実施形態では、１．０≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）を保証することが有利である。
【００１３】
また、光起電ブースターセルのアレイと、光起電一次セルのアレイとを含む、ソーラーモジュールも記載される。ブースターセルのアレイは、第１の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成し、第１の波長範囲を超える第２の波長範囲の太陽放射を透過するように適合されてもよい。一次セルのアレイは、ブースターセルのアレイによって透過される太陽放射を受容し、第２の波長範囲の太陽放射を吸収することによって電気を生成するように配置されてもよい。ブースターセルは、多（ポリ）結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含んでもよく、一次セルは、単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、及び／又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含んでもよい。
【００１４】
それぞれのブースターセルは、少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよい、あるいはバンドギャップエネルギーが、２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲であってもよい、多（ポリ）結晶テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）を含むｐ型層を含んでもよい。それぞれのブースターセルはまた、少なくとも３．５ｅＶ、又は少なくとも３．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有してもよい、多（ポリ）結晶硫化亜鉛（ＺｎＳ）を含むｎ型層も含んでもよい。ｎ型層に、アルミニウム（Ａｌ）又は塩素（Ｃｌ）と共に多（ポリ）結晶ＺｎＳがドープされてもよく、ｐ型層に、窒素（Ｎ）と共に多（ポリ）結晶ＺｎＴｅがドープされてもよい。それぞれのブースターセルはまた、ｎ型層とｐ型層との間に配置される真性層も含んでもよく、真性層は、多（ポリ）結晶ＺｎＴｅを含む。真性層は、０〜１０００ｎｍ、又は１００〜５００ｎｍの範囲の厚さを有してもよい。
【００１５】
モジュールはまた、上部にブースターセルのアレイが配置される第１のガラス基材と、上部に一次セルのアレイが配置される第２のガラス基材とも含んでもよい。一次セルは、単結晶シリコン、多（マルチ）結晶シリコン、及び／又は多（ポリ）結晶テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を含んでもよい。ブースターセルは、ブースターセルのそれぞれが領域Ａ１を占有し、十分に照射される際に、複数個のブースターセル間に接続される第１の負荷に、最大電力散逸の第１の電圧Ｖ１を提供し、一次セルのそれぞれが領域Ａ２を占有し、十分に照射される際に、一次セルのアレイ間に接続される第２の負荷に、最大電力散逸の第２の電圧Ｖ２を提供すし、量（Ｖ１／Ａ１）が、（Ｖ２／Ａ２）と実質的に同等であり得るように構成され、配設されてもよい。例えば、パラメータは、条件０．８≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．２、又は０．９≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．１を満足し得る。幾つかの実施形態では、１．０≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）を保証することが有利である。
【００１６】
関連する方法、システム、及び物品も記載される。
【００１７】
本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかしながら、上記の概要は、いかなる場合においても特許請求される主題に対する限定として解釈されるべきではなく、手続において補正されうる添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ソーラーモジュールの概略斜視図である。
【図２】長波長及び短波長を含む多色光で照射されている、ソーラーセルの概略側面図又は断面図である。
【図３】本明細書においてブースターセル若しくはブースター被膜と称される場合がある二次ソーラーセルが、積層構造を形成するように一次ソーラーセルの正面に配置される、デバイスの概略側面図又は断面図である。
【図４】積層ソーラーモジュールを形成するように一次セルと共に挟持される、二次セル又はブースター被膜の概略側面図又は断面図である。
【図５ａ】一次ソーラーセルが２２％効率のシリコンセルであり、ブースターセルが理想であると想定される、積層ソーラーモジュールのモデル化された変換効率のグラフである。
【図５ｂ】図５ｂと同様であるが、ブースターセルが著しい損失を有すると想定される、グラフである。
【図６】複数個の積層セルを有するソーラーモジュールの概略側面図又は断面図である。
【図７ａ】ブースターセル構成要素の製造の様々な段階の一連の概略側面図又は断面図である。
【図７ｂ】ブースターセル構成要素の製造の様々な段階の一連の概略側面図又は断面図である。
【図７ｃ】ブースターセル構成要素の製造の様々な段階の一連の概略側面図又は断面図である。
【図７ｄ】ブースターセル構成要素の製造の様々な段階の一連の概略側面図又は断面図である。
【図７ｅ】ブースターセル構成要素の製造の様々な段階の一連の概略側面図又は断面図である。
【図７ｆ】ブースターセル構成要素の製造の様々な段階の一連の概略側面図又は断面図である。
【図８ａ】一次ソーラーセルが１２％効率のＣｄＴｅセルであり、ブースターセルが理想であると想定される、積層ソーラーモジュールのモデル化された変換効率のグラフである。
【図８ｂ】図８ｂと同様であるが、ブースターセルが著しい損失を有すると想定される、グラフである。
【図９】複数個の積層セルを有するソーラーモジュールの概略側面図又は断面図である。
【図１０】セル間及びセルから電力結合器への電気的接続を示す、複数個の積層セルを有するソーラーモジュールの概略側面図又は断面図である。
【図１１】一次セル構成要素の物理的配置及び回路配置、並びに二次セル構成要素の対応する配置を概略平面図で示し、構成要素は、積層ソーラーモジュールで使用するために適合されており、明確化のために相互から分離して示されている。
【図１２ａ】積層ソーラーモジュールにおける一次セル構成要素、ブースターセル構成要素、及びそれらの組み合わせの物理的配置を概略平面図で示す。
【図１２ｂ】積層ソーラーモジュールにおける一次セル構成要素、ブースターセル構成要素、及びそれらの組み合わせの物理的配置を概略平面図で示す。
【図１２ｃ】積層ソーラーモジュールにおける一次セル構成要素、ブースターセル構成要素、及びそれらの組み合わせの物理的配置を概略平面図で示す。
【００１９】
図中、同様の参照番号は同様の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１では、ソーラーモジュール１１０の概略斜視図を見ることができる。太陽１０１若しくは他の好適な電磁放射源からの可視光及び／又は不可視光１０２は、モジュールの一部である光起電セル１４０に当たる。示されるような規則的な反復アレイで配設されてもよいセル１４０、又は任意の他の好適なアレイは、光１０２の少なくとも一部を吸収し、吸収された光を電力に直接変換する。電力は、出力端子１１８、１１９間に電気負荷を接続することによってタップされてもよい。端子１１８、１１９は、典型的に、電気的直列配設でセル１４０に接続するが、他の配設もまた熟考される。セル１４０は、好ましくは、有効領域を最大化し、無効領域を最小化するように、即ち、セル１４０に衝突することなくモジュール１１０に衝突する光の量を最小化するように、モジュール１１０上に相互に対して形状化され、配設される。
【００２１】
図１のセル１４０のうちの１個等の単一の光起電セル２４０が、図２に概略的に示されている。多色光２０２で照射されるセル２４０が示されており、光２０２は、短波長光２０２ａ及びより長い波長光２０２ｂの両方を含む。セル２４０は、上述される、いわゆる「一次」セルであってもよく、そこで、光２０２ａ及び光２０２ｂの両方を吸収し、吸収した光を電力に直接変換してもよく、電力は、出力端子２４８、２４９を介してタップされてもよい。
【００２２】
セル２４０は、ｐ−ｎ又はｐ−ｉ−ｎ接合を形成するように配設される、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、任意選択の真性半導体層とを伴う、ダイオード構造（図２には図示せず）を有する。セルによって吸収される光の光子は、電子正孔対を生じさせ、電流は、電子又は正孔が接合部を横断して移動する際に生じる。
【００２３】
セル２４０を形成するために使用される半導体材料は、材料の価電子帯と伝導帯との間のエネルギー差によって特徴付けられ、この差は、バンドギャップエネルギーと称される。ソーラーセルにおける効率の悪さの１つの原因は、吸収される光子のエネルギーと半導体材料のバンドギャップエネルギーとの間の差である。単結晶又は多（マルチ）結晶シリコンは、例えば、約１．１電子ボルト（ｅＶ）のバンドギャップエネルギーを有し、１サン束で約０．５Ｖの最大電力電圧をもたらす。この場合、「１サン」とは、エアマス１．５グローバル（１０００Ｗ／ｍ２、ＡＭ１．５Ｇ）ソーラースペクトルに対応する束を指す。したがって、Ｓｉソーラーセルは、典型的に、入射光子当たり０．５ｅＶ以下の電気エネルギーをもたらす。緑色光（λ＝５５０ｎｍ、エネルギー＝２．２５ｅＶ）の光子が単結晶シリコンによって吸収され、電子正孔対を生じさせる場合、光子エネルギーの大部分は、熱として散逸又は損失され、損失エネルギー＝２．２５−０．５＝１．７５ｅＶである。波長９００ｎｍの赤外光の光子（エネルギー＝１．３８ｅＶ）等のより低いエネルギー光は、同一の材料においてより少ない損失エネルギーをもたらし、損失エネルギー＝１．３８−０．５＝０．８８ｅＶである。
【００２４】
現在一般的な一次セルには、単結晶シリコンから作製されたセル、多（マルチ）結晶シリコンから作製されたセル、及び多（ポリ）結晶テルル化カドミウムから作製されたセルが挙げられる。単結晶シリコンセルは、１サン束で、約１７〜２５％の範囲の変換効率を有する。多（マルチ）結晶シリコンセルは、１サン束で、約１５〜２０％の範囲の変換効率を有する。多（ポリ）結晶テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）セルは、約１．４５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有し、１サン束で、約１０〜１６％の範囲の変換効率を有し、約０．６ボルトの最大電力点で電圧Ｖｍｐを生成する。
【００２５】
図３は、光起電セルの積層配設又は構造を示す。積層配設は、一次セル３４０の上若しくは正面に二次又はブースターセル３２０が配置されることよって形成される。太陽照射等の多色光３０２は、この配設に衝突し、光３０２は、短波長光３０２ａ及びより長い波長光３０２ｂの両方を含む。ブースターセル３２０は、ブースターセル３２０に、短波長光３０２ａのみを吸収させ、より長い波長光３０２ｂを透過させる、バンドギャップエネルギーを有する。ブースターセル３２０によって吸収された光は、電力に直接変換され、変換された電力は、出力端子３２８、３２９を介してタップされてもよい。一次セル３４０は、一次セル３４０に、ブースターセルによって透過されるより長い波長光３０２ｂを吸収させる、より低いバンドギャップエネルギーを有する。一次セル３４０によって吸収された光は、電力に直接変換され、変換された電力は、出力端子３４８、３４９を介してタップされてもよい。
【００２６】
光起電セルの積層配設は、典型的に、図４に概略的に示されるソーラーモジュール４１０の形態で構築される。モジュール４１０では、ブースターセル４２０は、一次セル４４０と共に挟持される。ブースターセル４２０は、モジュール４１０の表側４１０ａ又はその付近に配置され、一次セル４４０は、モジュールの裏若しくは背側４１０ｂ又はその付近に配置される。スペーサ層４１５は、内部表面での反射損失を低減し、熱管理目的のために熱的結合を高め、ブースターセルと一次セルとの間の電気的絶縁を保つように、透明なカプセル材料で充填されてもよい。ブースターセル４２０によって生成された電力は、出力端子４２８、４２９を介してタップされてもよく、一次セル４４０によって生成された電力は、出力端子４４８、４４９を介してタップされてもよい。モジュール４１０は、４線デバイスであることに留意する。場合によっては、以下に更に記載されるように、２線デバイスを効率的に産出するよう端子を接続することができるように、ブースターセル及び一次セルを設計することができる。例えば、場合によっては、端子４２８を端子４４８に接続することができ、端子４２９を端子４４９に接続することができる。
【００２７】
様々なタイプの一次セルとの様々なタイプのブースターセルの好適性を評価するために、モデル化を行った。図５ａ及び図５ｂは、一次セルが単結晶シリコン又は多（マルチ）結晶シリコンで構成される場合のモデル化の一部の結果を示す。単結晶シリコンは、結晶格子が実質的に連続しており、途切れていない、粒界のない単一結晶シリコンを指す。多（ポリ）結晶シリコン、又は単にポリシリコンと称される場合もある、多（マルチ）結晶シリコンは、様々なサイズ及び配向の中程度のサイズの晶子（「粒子」）で構成され、晶子の間に粒界を伴う、シリコンを指す。多（マルチ）結晶シリコンは、最大で数ミリメートル、又は更には数センチメートルの範囲の粒子サイズを有してもよい。多（マルチ）結晶シリコンは、粒子サイズ、電荷担体の移動度、及び非晶質シリコンにおけるダングリングボンドを不動態化するために使用される有意な量の水素の不在によって、非晶質シリコンとは区別され得る。シリコンが単結晶であろうと多（マルチ）結晶であろうと、セルが電気を生成することができるように、ｐ−ｎ又はｐ−ｉ−ｎ接合を形成するために、好適なドーパント材料（単数又は複数）が使用される。
【００２８】
単結晶シリコン及び多（マルチ）結晶シリコンはそれぞれ、約１．１ｅＶのバンドギャップエネルギーを有し、約２０％の変換効率を有することができる。モデル化には、ブースターセルがシリコン一次セルの正面に定置され、その組み合わせが太陽スペクトルに対応する光で照射される、積層構造を想定した。モデル化に使用された自由変数は、ブースターセルのバンドギャップエネルギーであった。簡単化のために、モデルでは、ブースターセルは、バンドギャップエネルギーより低いエネルギーの光を全て透過し、バンドギャップエネルギーより高いエネルギーの光を全て吸収すると想定した。例えば、ブースターセルのバンドギャップエネルギーが１．５ｅＶ（λ≒８２７ｎｍ）であれば、８２７ｎｍ以下の波長の太陽放射は、ブースターセルによって吸収され、８２７ｎｍを超える波長の太陽放射は、ブースターセルによって透過される。
【００２９】
モデルは、「Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ  ｏｆ  ｉｄｅａｌ  ｓｉｎｇｌｅ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｇａｐ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ，」Ｃ．Ｈ．Ｈｅｎｒｙ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５１（１９８０年８月）に報告されるものと同様であった。最初に、モデルでは、ブースターセルの量子効率は、理想である、即ち、１００％であると想定した。この場合、ブースターセルに吸収されたそれぞれの光子は、ゼロバイアス電圧で、１量子（電子及び正孔）の収集電荷を生成すると想定された。この理想の場合の結果が、図５ａに示されている。この図では、曲線５０５ａは、ブースターセル単独での変換効率を示し、曲線５０６ａは、一次（単結晶Ｓｉ又は多（マルチ）結晶Ｓｉ）セル単独での変換効率を示し、曲線５０７ａは、両方のセルの組み合わせの変換効率を示す。曲線の幾つかの特性は、注目に値する。一次セルの曲線５０６ａは、１．１ｅＶのブースターセルのバンドギャップエネルギーでゼロの値を有する。一次セルのバンドギャップエネルギーは、１．１ｅＶであると想定され、ブースターセルのバンドギャップエネルギーもまた１．１ｅＶである場合、ブースターセルによって透過される光（この場合、波長が１１２７ｎｍ以上の光）のいずれも、一次セルによって吸収されないため、これは論理にかなっている。また、曲線５０６ａは、ブースターセルのバンドギャップエネルギーの値が増加するにつれて、２２％の変換効率に漸近的に近づく。一次セル単独の変換効率は、２２％であると想定され、ブースターセルのエネルギーギャップが増加するにつれて、それが一次セルに到達するのを遮断する（吸収する）入射太陽スペクトルは減少するため、これもまた、論理にかなっている。
【００３０】
また、図５ａは、２．２５ｅＶの垂直線も含み、これは、バルク結晶ＺｎＴｅ、即ち、ＺｎＴｅの合金というよりはむしろ、純ＺｎＴｅのバンドギャップエネルギーである。セルの組み合わせ（曲線５０７ａ）の３６％の最大変換効率は、約１．７５ｅＶのブースターセルのバンドギャップエネルギーで生じ、これは、２．２５ｅＶより大幅に低いことに留意する。したがって、図５ａのこの結果は、当業者が、これらのセルの組み合わせの非最適性能のために、ＺｎＴｅを含む材料を、単結晶又は多（マルチ）結晶シリコン一次セルと共に使用するためのブースターセル用の妥当な選択肢と考なくさせるであろう。当業者は、これらの一次セルと共に、ＺｎＴｅを含む、及び／又は少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶ、又は約２．２５ｅＶ、あるいは２〜３ｅＶ、２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有するブースターセル材料を使用することを避けるであろう。
【００３１】
モデル化研究において、図５ａに示される結果の後も、分析が続けられた。また、代替えのシナリオも熟考された。代替えのシナリオは、別のＩＩ〜ＶＩ半導体材料、即ち、ＣｄＴｅを利用し、それらの理論上の最大効率の約半分で動作する、最先端の薄膜光起電セルの観測結果に基づいた。
【００３２】
したがって、ブースターセルが、この場合も同様にシリコン一次セル（単結晶又は多（マルチ）結晶シリコン、１．１ｅＶのバンドギャップエネルギー、２２％の単独変換効率）の正面に置かれ、その組み合わせが、この場合も同様に太陽スペクトルに対応する光で照射される、代替えの積層ソーラーモジュールをモデル化した。この場合も同様に、モデル化に使用された自由変数は、ブースターセルのバンドギャップエネルギーであり、モデルでは、ブースターセルは、バンドギャップエネルギーより低いエネルギーの光を全て透過し、バンドギャップエネルギーより高いエネルギーの光を全て吸収すると想定された。しかしながら、この代替えのシナリオでは、モデルに、１００％というよりはむしろ５０％のブースターセルの量子効率が想定された。したがって、２個の光子がブースターセルに吸収される毎に、１量子（電子及び正孔）の収集電荷が生成されると想定された。
【００３３】
この代替えの場合（単結晶又は多（マルチ）結晶シリコン一次セルを伴う損失性ブースターセル）の結果が、図５ｂに示されている。この図では、曲線５０５ｂは、ブースターセル単独での変換効率を示し、曲線５０６ｂは、一次（単結晶Ｓｉ又は多（マルチ）結晶Ｓｉ）セル単独での変換効率を示し、曲線５０７ｂは、両方のセルの組み合わせの変換効率を示す。曲線の幾つかの特性は、注目に値する。一次セルの曲線５０６ｂは、この場合も同様に、１．１ｅＶのブースターセルのバンドギャップエネルギーで、ゼロの値を有する。これは、図５ａについて上述されるものと同一の論理を使用することで予測される。また、曲線５０６ｂは、ブースターセルのバンドギャップエネルギーの値が増加するにつれて、２２％の変換効率に漸近的に近づく。これも、この場合も同様に、図５ａについて上述される論理に基づいて予測される。
【００３４】
図５ａと図５ｂとを比較すると、また、図５ｂのブースターセルと一次セルとの組み合わせの最大変換効率、即ち、約２４．５％は、図５ａの最大変換効率、即ち、約３６％より低いことも分かる。より低い効率値は、図５ｂに想定される損失性ブースターセルに基づく論理にかなっている。
【００３５】
図５ａと図５ｂとの間のより驚くべき差は、組み合わせ曲線（５０７ａ、５０７ｂ）が最大となるブースターセルのバンドギャップエネルギーの偏移である。具体的には、図５ｂでは、ブースター／一次セル組み合わせの最適変換効率を生じるブースターセルのバンドギャップエネルギーが、図５ａと比較して大幅により高いエネルギーに偏移している。この偏移は、非合金ＺｎＴｅに対応する２．２５ｅＶのバンドギャップエネルギーが、曲線５０７ｂのピーク又はその付近である、セルの組み合わせの変換効率をもたらす。図５ｂから、少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶ、又は約２．２５ｅＶ、あるいは２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギー等のいくらか異なるバンドギャップエネルギーを有する、ＺｎＴｅを含む他の材料もまた、図５ｂのより現実的なモデルで、比較的高い全体変換効率をもたらし得ることが留意される。これらのようなバンドギャップエネルギーは、ＺｎＴｅの合金、例えば、格子構造内に、周期表の第ＩＩ列又は第ＶＩ列の１つ以上の他の原子を含み、この他の原子が、格子内のＺｎ及び／又はＴｅ原子のうちの幾つかを置換する、材料を使用して達成されてもよい。
【００３６】
ＺｎＴｅベースのブースターセルが一次光起電セルと積層配設で組み合わせられる例示的なソーラーモジュールが、図６に概略的に示されている。ソーラーモジュール６１０は、モジュール６１０の表側６１０ａ又はその付近に配置されたブースター構成要素と、モジュールの裏側６１０ｂ又はその付近に配置された一次ソーラーセル６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄのアレイとの組み合わせと見なすことができる。ブースター構成要素は、上部にブースターセル６２０ａ、６２０ｂのアレイ若しくは複数個のブースターセル６２０ａ、６２０ｂが形成される、剛性のガラス片又は他の好適な材料の片等の透明な基材６２１を含んでもよい。この場合、「基材」という用語は、基材が、セルの正面に位置付けられるように設計されている（その場合では、基材はまた、上層と称される場合もある）か、若しくはセルの背後に位置付けられるように設計されているかに関わらず、上部にセルが配置される、又は担持される、本体を指す。図には、２個のブースターセル及び４個の一次セルのみが示されているが、読者は、モジュール６１０が、所望により、より多くのブースターセル及び／又は一次セルを含むように、任意の面内方向に広げられてもよいことを理解する。
【００３７】
透明なカプセル材料６１５が、ブースターセル６２０ａ、６２０ｂと一次セル６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄとの間の空間を充填してもよい。カプセル材料は、例えば、内部表面での反射損失を低減する、熱管理目的のために熱的結合を高める、及びブースターセルと一次セルとの間の電気的絶縁を保つというように、複数の機能を果たし得る。エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）及びポリビニルブチラール（ＰＶＢ）は、システム要件及び使用によって、これらの目的で使用されてもよい材料の例である。
【００３８】
ブースターセル６２０ａ、６２０ｂはそれぞれ、図に示されるように配設される、透明な伝導体６２９ａ、６２９ｂと、ｎ型層６２２ａ、６２２ｂと、任意選択の濃度勾配ｎ型層６２３ａ、６２３ｂと、任意選択の真性層６２４ａ、６２４ｂと、ｐ型層６２５ａ、６２５ｂと、反射防止層又はコーティング６２７ａ、６２７ｂとを含んでもよい。これらの層は、蒸発コーティング、スパッタリング、化学蒸着、近接昇華（ＣＳＳ）等の任意の好適な薄膜堆積技法及び手順を使用して、基材６２１上に連続的に堆積されてもよく、次いで、エッチング又は他の好適な手段によって、別個の異なるセルを形成するようにパターン形成されてもよい。
【００３９】
透明な伝導体６２９ａは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）若しくは任意の他の好適な導電性の材料であってもよく、又はそれを含んでもよい。層６２２ａ〜ｂ、６２３ａ〜ｂ、６２４ａ〜ｂ、及び６２５ａ〜ｂは全て、半導体材料で構成されるが、所望のｐ−ｉ−ｎ接合（又はｐ−ｎ接合）ダイオード構造を適用するのに適切なように、異なるドーピングレベル及び／又は組成物を伴う。これらの半導体層は全て、多（ポリ）結晶層モルホロジーを提供する、ＣＳＳ又は他の好適な技法を使用して堆積されてもよい。現在、ＣＳＳ技法は、単一結晶デバイス製作と比較して、妥当な速度かつ比較的安価な製造費で、好適な厚さ及びサイズ（領域）の高品質多（ポリ）結晶層を形成することができる。例示的な実施形態では、ｎ型層６２２ａ〜ｂは、多（ポリ）結晶形態のアルミニウムドープ硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ａｌ）で構成される。ＺｎＳは、約３．６６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有し、このバンドギャップエネルギーは、バンドギャップエネルギーが、同じく一次セル６４０ａ〜ｄのバンドギャップエネルギーより大幅に高い、例示的な真性層（６２４ａ〜ｂ）及びｐ型層（６２５ａ〜ｂ）のバンドギャップエネルギーより大幅に高い。層６２２ａ〜ｂのバンドギャップエネルギーが層６２４ａ〜ｂ及び６２５ａ〜ｂと比較して高い結果、層６２２ａ〜ｂによって透過される光の一部が、層６２４ａ〜ｂ、６２５ａ〜ｂのうちの一方又は両方によって吸収されるため、層６２２ａ〜ｂは、層６２４ａ〜ｂ、６２５ａ〜ｂの窓として機能する。ＺｎＳは、ＺｎＳが、ほぼ全ての太陽スペクトルに対して透明であり、高伝導性（ｎ型）にすることができ、ＺｎＴｅとの好ましい伝導帯オフセットを有するため、ＺｎＴｅを含む吸収ｐ型層６２５ａ〜ｂと共に使用するための窓層に特に好適である。この場合、ｎ型層が、少なくとも３．５ｅＶ又は少なくとも３．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有することが望ましい。しかしながら、ｎ型層６２２ａ〜ｂに、例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、及びＭｇＺｎＳｅ等のＺｎＳ以外の半導体材料を使用することができる。また、アルミニウムの代替えとして、Ｇａ、Ｉｎ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩ等の他のｎ型ドープ材料も使用されてもよい。しかしながら、アルミニウム及び塩素は、達成することができる高伝導性のため、ｎ型ドーパントに特に好適である。
【００４０】
例示的な実施形態では、真性層６２４ａ〜ｂ及びｐ型層６２５ａ〜ｂは全て、本明細書の他の場所に記載される理由のため、純ＺｎＴｅ、又は少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶ、又は約２．２５ｅＶ、あるいは２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有するＺｎＴｅの合金を含む。この場合、ＺｎＴｅの合金には、それらのバンドギャップエネルギーが好適に調整されるという条件で、例えば、ＣｄＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＴｅ、及びＺｎＳＴｅが挙げられる。ｐ型層６２５ａ〜ｂには、好適な原子種、例えば、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、又はＣｕと共に、ＺｎＴｅベースの材料が、良好な伝導度を提供する濃度でドープされる。窒素（Ｎ）は、達成することができる高伝導度のため、特に好適である。真性層６２４ａ〜ｂは特に、ＺｎＴｅベースの材料で構成される際、半絶縁性であることができ、したがって、電子−正孔再結合による損失を回避し、変換効率を向上させるために、真性層６２４ａ〜ｂは、好ましくは、比較的薄く、例えば、１０００ナノメートル未満の厚さ、又は１００〜５００ｎｍの範囲に保たれる。
【００４１】
濃度勾配効果のために、層６２２ａ〜ｂと層６２４ａ〜ｂとの間に中間バンドギャップエネルギーを提供するために、任意選択のｎ型層６２３ａ〜ｂが含まれてもよい。層６２２ａ〜ｂがＺｎＳ：Ａｌを含み、層６２４ａ〜ｂがＺｎＴｅを含む例示的な実施形態では、層６２３ａ〜ｂは、ＺｎＳＴｅ：Ａｌを含んでもよい。薄い濃度勾配層の使用は、ミスフィット転位及び境界面を渡る電荷輸送に対するヘテロ障壁の影響を低減することができる。
【００４２】
反射防止層６２７ａ〜ｂは、ブースターセル６２７ａ〜ｂによって透過され、一次セル６４０ａ〜ｄによって吸収される光の波長範囲にわたり、セル６２０ａ〜ｂのカプセル材料６１５との境界面での表面反射を低減するのに好適な屈折率及び厚さの光学的に透明な材料を蒸気コーティングすることによって作製されてもよい。幾つかの実施形態では、反射防止層６２７ａ〜ｂは、一方又は両方に、多層誘電体積み重ね体を含んでもよい。
【００４３】
セル６２０ａ、６２０ｂを直列に接続するように、既知のパターン形成及び堆積技法を使用して、絶縁構造６２６ａ、６２６ｂ、及び伝導性電極構造６２８ａ、６２８ｂ、６２９ｃが、示されるように提供される。電極６２８ａ、６２９ｃは、ブースターセルのアレイの出力端子としての機能を果たす。
【００４４】
一次セル６４０ａ〜ｄのアレイは、設計はブースターセルと同様であるが、異なる半導体材料で構成される。図５ａ〜ｂのモデル化結果を考慮し、一次セル６４０ａ〜ｄは、好ましくは、単結晶又は多（マルチ）結晶シリコンを含む。そのような一次セルは、典型的に、しばしば「バックシート」と称される、ポリマー被膜で構成される基材６４１上に搭載される。そのようなポリマー被膜は、いずれのブースターセルもないシリコン光起電セルを使用するソーラーパネルで基材として使用するのに好適かつ適切である。しかしながら、ブースターセル６２０ａ、６２０ｂで使用されるもの等の多（ポリ）結晶ＩＩ〜ＶＩ材料の薄膜の劣化又は汚染に関連する潜在的信頼性の問題を考慮して、ブースターセルの両側上に効果的な障壁基材を提供するように、ポリマー被膜基材をより優れた障壁基材で置き変えることが有利である場合がある。したがって、一次セルが単結晶又は多（マルチ）結晶シリコンを含む場合でさえ、上部又は表基材６２１及び下部又は裏基材６４１の両方が、水分若しくは他の汚染物質に対する障壁を提供するように、適切な厚さのガラスシート又は層を含むこと、あるいは別の好適な障壁材料又は構造を含むことが有利であり得る。もちろん、汚染物質のない空洞を維持するために、また、パネル６１０の周辺又は縁部も、望ましくは、パネルの長期にわたる安定性のために封止されてもよい。
【００４５】
簡単に言うと、一次セル６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄは、４個の一次セルの直列接続を提供するように、図に示されるように配設される、伝導性電極６４９、６４８ａ、６４８ｂ、６４８ｃ、６４８ｄと、ｐ型層６４２ａ、６４２ｂ、６４２ｃ、６４２ｄと、ｎ型層６４３ａ、６４３ｂ、６４３ｃ、６４３ｄと、反射防止層６４７ａ、６４７ｂ、６４７ｃ、６４７ｄと、絶縁構造（標識が付けられていない）とを含む。電極６４９、６４８ｄは、一次セルのアレイの出力端子としての機能を果たす。
【００４６】
図６では、それぞれのブースターセル６２０ａ、６２０ｂの横方向面内寸法は、それぞれの一次セル６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄの対応する横方向寸法の約２倍に示されている。広くは、ブースターセル及び一次セルの寸法を、有効領域を最大化し、無効領域を最小化するように、即ち、ブースターセル又は一次セルに衝突することなく、ソーラーモジュールに衝突する光の量を最小化するようにだけでなく、ブースターセルのアレイを、一次セルによってその出力端子（例えば、図６の端子６４９、６４８ｄ）に提供される出力に実質的に適合する、その出力端子（例えば、図６の端子６２８ａ、６２９ｃ）への出力を提供するよう構成するようにも調整することが有利である可能性があることが発見された。場合によっては、この適合性は、２線デバイスを効率的に提供するように、ブースターセルの出力端子を一次セルの出力端子に直接接続することを可能にするのに十分に良好であり得る。ブースターセルアレイの出力端子間の動作電圧（パネルが十分に照射される際、例えば、１サン太陽束等の十分な太陽光に暴露される際の）が、確実に、一次セルアレイの出力端子間の動作電圧（同一の照射条件下での）と実質的に同一になるようにすることによって、ブースターセルによって提供される出力を、一次セルによって提供される出力と適合させることができる。様々なセルの領域を適切に調整することによって、この条件を満足することができる。まず、ブースターセルの領域は、それぞれが同一の動作電流を供給するように、好ましくは、相互と実質的に等しい（例えば、それぞれが、Ａ１の領域を有する）。また、一次セルの領域も、それらも同様に同一の動作電流を供給するように、好ましくは、相互と実質的に等しく（例えば、それぞれが、Ａ２の領域を有する）、この動作電流は、典型的に、ブースターセルによって供給される電流とは異なる。
【００４７】
これに加えて、それぞれのブースターセル及びそれぞれの一次セルによって供給される最大電力散逸（上記を参照）の動作電圧Ｖｍｐの関数として、領域Ａ１及びＡ２を選択することができる。パネルが十分に照射される際、それぞれのブースターセルは、最大電力散逸の第１の動作電圧Ｖ１を提供し、それぞれの一次セルは、最大電力散逸の第２の動作電圧Ｖ２を提供する。ブースターセルのアレイの出力端子間の全電圧（図６の場合では、＝２×Ｖ１）は、量（Ｖ１／Ａ１）が（Ｖ２／Ａ２）と実質的に等しい場合、一次セルのアレイの出力端子間の全電圧（図６の場合では、＝４×Ｖ２）と実質的に等しい。例えば、パラメータは、条件０．８≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．２、又は０．９≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．１を満足し得る。図６の場合では、例えば、多（ポリ）結晶ＺｎＴｅブースターセルが、典型的に約１．１ボルトの動作電圧Ｖ１を提供し、単結晶及び多（マルチ）結晶シリコン一次セルが、典型的に約０．５〜０．６ボルトの動作電圧Ｖ２を提供する場合、この場合では、図６に概略的に描写されるように、Ｖ１／Ｖ２は約２であり、また、Ａ１／Ａ２も、好ましくは約２である。
【００４８】
ここで、図７ａ〜図７ｆを参照すると、製造の様々な段階のブースターセル構成要素を示す、一連の概略側面図又は断面図が見られる。これらの図に描写され、それと関連して記載される製造プロセスは、例示に過ぎず、不当に限定と解釈されるべきではない。完成したブースターセル構成要素は、望ましくは、透明なガラス又は他の好適な基材上に配置されたブースターセルのアレイを有し、この構成要素は、積層ソーラーモジュールを提供するように、一次セルのアレイと一致するように構成されている。
【００４９】
所望によりその主表面上に適切な反射防止コーティング７２１ａ、７２１ｂを伴う、光起電モジュール上のカバーガラスとして使用するのに好適なガラス基材７２１は、最初に洗浄され、透明な伝導体７２９が一方の表面上に堆積される。透明な伝導体７２９は、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、又は酸化亜鉛を含んでもよく、スパッタリング、真空蒸着、又は化学蒸着を含む任意の好適な技法によって堆積されてもよい。次いで、好ましくはＺｎＳである、第１の広いバンドギャップのＩＩ〜ＶＩ半導体７２２の層が、透明な伝導体上に堆積される。この堆積は、例えば、近接昇華によって行われてもよい。この第１のＩＩ〜ＶＩ半導体７２２は、好ましくは、Ａｌ、Ｃｌ、又はＦ等の浅いドナー不純物でドープされたｎ型である。次いで、第１のＩＩ〜ＶＩ半導体７２２上に、第２のＩＩ〜ＶＩ半導体７２３の層が堆積される。第２の半導体７２３は、好ましくは、ＺｎＴｅを含む、又は好ましくは、ＺｎＴｅである。この層の少なくとも一部は、Ｎ、Ｐ、又はＡｓ等の浅い受容体を使用してドープされたｐ型である。この堆積は、例えば、近接昇華によって行われてもよい。ドーパント源として窒素ガスが使用される場合、成長ＺｎＴｅ層により容易に組み込まれる励起種を退縮させるために、プラズマが使用されてもよい。ＩＩ〜ＶＩ半導体７２２、７２３は、それらが堆積された後、熱的にアニールされてもよい。結果として生じる構成要素７０８ａが、図７ａに示されている。
【００５０】
堆積された層は、次いで、典型的に完成した製品において直列に接続される、多数のセルにパターン形成されてもよい。パターン形成は、機械的スクライビング、レーザースクライビングによって、並びに／又はフォトリソグラフィ及び湿式化学若しくはプラズマエッチングを用いて実施されてもよい。本実施例では、パターン形成は、透明な伝導体７２９、第１のＩＩ〜ＶＩ半導体７２２、及び第２の半導体７２３を通って延在する溝を形成し、したがって透明な伝導体７２９の絶縁された層７２９ａ、７２９ｂ、７２９ｃ、第１のＩＩ〜ＶＩ半導体７２２の絶縁された層７２２ａ、７２２ｂ、７２２ｃ、及び第２のＩＩ〜ＶＩ半導体７２３の絶縁された層７２３ａ、７２３ｃ、７２３ｄを提供するように、レーザースクライビングを使用して達成され、絶縁された層は、セル７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃの群を形成する。結果として生じる構成要素７０８ｂが、図７ｂに示されている。
【００５１】
これに続き、溝に絶縁体を適用することによって、絶縁構造７２６ａ、７２６ｂが形成される。絶縁体は、スパッタリング、真空蒸着、又は化学蒸着によって適用され、フォトリソグラフィによってパターン形成されてもよい。あるいは、絶縁体は、ガラス基材７２１を通して紫外線光に暴露されることによって硬化される、光硬化性ポリマーであってもよく、又はそれを含んでもよい。この場合、ＩＩ〜ＶＩ半導体（層７２２ａ、７２２ｂ、７２２ｃ、７２３ａ、７２３ｂ、７２３ｃを参照）は、フォトマスクとしての役割を果たし、そのため、溝内の絶縁ポリマーのみが硬化される。次いで、未硬化の絶縁体が、洗い流される。結果として生じる構成要素７０８ｃが、図７ｃに示されている。
【００５２】
次に、下に位置する透明な伝導体との電気接触を提供するように、溝に隣接して、ＩＩ〜ＶＩ半導体７２２、７２３を通るビア（チャネル又は孔）が形成される。ビアは、機械的スクライビング、レーザースクライビングによって、又はフォトリソグラフィ及び湿式化学若しくはプラズマエッチングを用いて形成されてもよい。本実施例では、ＩＩ〜ＶＩ半導体を切除して、透明な伝導体７２９ｂ、７２９ｃを露出させるために、レーザースクライビングが使用される。ビアの形成は、改質層７２２ｂ’、７２２ｃ’、７２３ｂ’、及び７２３ｃ’をもたらし、これはひいては、改質セル７２０ｂ’、７２０ｃ’をもたらす。セル７２０ａは、未変更のままである。結果として生じる構成要素７０８ｄが、図７ｄに示されている。
【００５３】
次いで、それぞれの溝の反対側の透明な伝導体７２９ｂ、７２９ｃ及び第２のＩＩ〜ＶＩ半導体層７２３ａ、７２３ｂ’と電気接触した状態になるように、電極７２８ａ、７２８ｂが、絶縁体が充填された溝の上に適用される。電極７２８ａ、７２８ｂは、スパッタリング、真空蒸着、又は化学蒸着によって堆積され、シャドーマスキング又はフォトリソグラフィによってパターン形成されてもよい。あるいは、本実施例では、電極は、Ａｇペースト等の金属ペーストをスクリーン印刷し、続いてアニールすることによって形成されてもよい。結果として生じる構成要素７０８ｅが、図７ｅに示されている。
【００５４】
最後に、電極（７２８ａ、７２８ｂ）を隣接するセルの第２の半導体７２３から切断するために、ビアに隣接し、かつ溝と反対の第２の半導体７２３の一部が除去される。このプロセスでは、透明な伝導体７２９層部分は残存するべきであるが、また、第１の半導体７２２も、所望により除去されてもよい。この工程は、機械的スクライビング、レーザースクライビングによって、又はフォトリソグラフィ及び湿式化学若しくはプラズマエッチングを用いて達成されてもよい。本実施例では、両方のＩＩ〜ＶＩ半導体を切除して、透明な伝導体を露出させるために、レーザースクライビングが使用される。この切除は、改質層７２２ｂ”、７２３ｂ”、７２２ｃ”、及び７２３ｃ”をもたらし、これはひいては、改質セル７２０ｂ”、７２０ｃ”をもたらす。結果として生じる完成した構成要素７０８ｆが、図７ｆに示されている。直列に接続された隣接するセル７２０ａ、７２０ｂ”、７２０ｃ”を見ることができる。この時点で、反射防止コーティングが、半導体表面に適用されてもよく、直列接続されたブースターセルに外部配線が取り付けられてもよく、ガラス及びセルは、カバーガラスとして、光起電モジュールに設置される。
【００５５】
ここで、図５ａ及び図５ｂに関連して記載されたモデル化を思い出す。そのモデル化では、単結晶シリコン又は多（マルチ）結晶シリコンで構成された一次光起電セルと組み合わせた際の様々なタイプのブースターセルの好適性が調査された。ここで、一次光起電セルが、シリコンではなく、薄膜テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）で構成される場合のモデル化を繰り返す。
【００５６】
ガラス基材上への薄膜堆積によって製造されたテルル化カドミウムベースの光起電セルの半導体（ＣｄＴｅ）層は、多（ポリ）結晶モルホロジーを有する。そのようなセルは、約１．４５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有し、約１２％の典型的な変換効率を有する。モデル化には、ブースターセルがＣｄＴｅ一次セルの正面に定置され、その組み合わせが太陽スペクトルに対応する光で照射される、積層構造を想定した。モデル化に使用された自由変数は、この場合も同様に、ブースターセルのバンドギャップエネルギーであり、一次セルがＳｉというよりはむしろＣｄＴｅを含むということを除き、この場合も同様に、図５ａ、図５ｂに関連して上述されるものと同一のモデル化想定が行われた。
【００５７】
最初に、モデルでは、ブースターセルの量子効率は、理想である、即ち、１００％であると想定した。この理想の場合の結果が、図８ａに示されている。この図では、曲線８０５ａは、ブースターセル単独での変換効率を示し、曲線８０６ａは、一次（ＣｄＴｅ）セル単独での変換効率を示し、曲線８０７ａは、両方のセルの組み合わせの変換効率を示す。曲線の幾つかの特性は、注目に値する。一次セルの曲線８０６ａは、１．４５ｅＶのブースターセルのバンドギャップエネルギー（図に示される範囲よりわずかに外側）で、ゼロの値を有する。一次セルのバンドギャップエネルギーは、１．４５ｅＶであると想定され、ブースターセルのバンドギャップエネルギーもまた、１．４５ｅＶである場合、ブースターセルによって透過される光（この場合、波長が８５５ｎｍ以上の光）のいずれも、一次セルによって吸収されないため、これは、論理にかなっている。また、曲線８０６ａは、ブースターセルのバンドギャップエネルギーの値が増加するにつれて、１２％の変換効率に漸近的に近づく。一次セル単独の変換効率は、１２％であると想定され、ブースターセルのエネルギーギャップが増加するにつれて、それが一次セルに到達するのを遮断する（吸収する）入射太陽スペクトルは減少するため、これもまた、論理にかなっている。
【００５８】
また、図８ａは、２．２５ｅＶの垂直線も含み、これは、バルク結晶ＺｎＴｅのバンドギャップエネルギーである。セルの組み合わせ（曲線８０７ａ）の約３０％の最大変換効率は、１．７５ｅＶ未満のブースターセルのバンドギャップエネルギーで生じ、これは、２．２５ｅＶより大幅に低いことに留意する。したがって、図８ａのこの結果は、当業者が、これらのセルの組み合わせの非最適性能のために、ＺｎＴｅを含む材料を、ＣｄＴｅ一次セルと共に使用するためのブースターセル用の妥当な選択肢と考えなくさせるであろう。当業者は、これらの一次セルと共に、ＺｎＴｅを含む、及び／又は少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶ、又は約２．２５ｅＶ、あるいは２〜３ｅＶ、２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギーを有するブースターセル材料を使用することを避けるであろう。
【００５９】
前と同様に、理想の場合より現実的な代替えのシナリオを熟考する分析を続けた。したがって、ブースターセルが、この場合も同様にシリコン一次セル（ＣｄＴｅ、１．４５ｅＶのバンドギャップエネルギー、１２％の単独変換効率）の正面に定置され、その組み合わせが、この場合も同様に太陽スペクトルに対応する光で照射される、代替えの積層ソーラーモジュールをモデル化した。この場合も同様に、モデル化に使用された自由変数は、ブースターセルのバンドギャップエネルギーであり、モデルでは、ブースターセルは、バンドギャップエネルギーより低いエネルギーの光を全て透過し、バンドギャップエネルギーより高いエネルギーの光を全て吸収すると想定された。しかしながら、この代替えのシナリオでは、モデルに、１００％というよりはむしろ５０％のブースターセルの量子効率が想定された。したがって、２個の光子がブースターセルに吸収される毎に、１量子（電子及び正孔）の収集電荷が生成されると想定された。
【００６０】
この代替えの場合（薄膜ＣｄＴｅ一次セルを伴う損失性ブースターセル）の結果が、図８ｂに示されている。この図では、曲線８０５ｂは、ブースターセル単独での変換効率を示し、曲線８０６ｂは、一次（ＣｄＴｅ）セル単独での変換効率を示し、曲線８０７ｂは、両方のセルの組み合わせの変換効率を示す。曲線の幾つかの特性は、注目に値する。一次セルの曲線８０６ｂは、この場合も同様に、１．４５ｅＶのブースターセルのバンドギャップエネルギー（図に示される範囲よりわずかに外側）で、ゼロの値を有する。これは、図８ａについて上述されるものと同一の論理を使用することで予測される。また、曲線８０６ｂは、ブースターセルのバンドギャップエネルギーが増加するにつれて、１２％の変換効率に漸近的に近づく。これも、この場合も同様に、図８ａについて上述される論理に基づいて予測される。
【００６１】
図８ａと図８ｂとを比較すると、また、図８ｂのブースターセルと一次セルとの組み合わせの最大変換効率、即ち、約１７％は、図８ａの最大変換効率、即ち、約３０％より低いことも分かる。より低い効率値は、図８ｂに想定される損失性ブースターセルに基づく論理にかなっている。
【００６２】
図８ａと図８ｂとの間のより驚くべき差は、組み合わせ曲線（８０７ａ、８０７ｂ）が最大となるブースターセルのバンドギャップエネルギーの偏移である。具体的には、図８ｂでは、ブースター／一次セル組み合わせの最適変換効率を生じるブースターセルのバンドギャップエネルギーが、図８ａと比較して大幅により高いエネルギーに偏移している。この偏移は、非合金ＺｎＴｅに対応する２．２５ｅＶのバンドギャップエネルギーが、曲線８０７ｂのピークの付近である、セルの組み合わせの変換効率をもたらす。図８ｂから、少なくとも２ｅＶ、若しくは少なくとも２．２ｅＶ、又は約２．２５ｅＶ、あるいは２〜３ｅＶ、若しくは２〜２．５ｅＶ、又は２．２〜２．３ｅＶの範囲のバンドギャップエネルギー等のいくらか異なるバンドギャップエネルギーを有する、ＺｎＴｅを含む他の材料もまた、図８ｂのより現実的なモデルで、比較的高い全体変換効率をもたらし得ることが留意される。これらのようなバンドギャップエネルギーは、ＺｎＴｅの合金、例えば、格子構造内に、周期表の第ＩＩ列又は第ＶＩ列の１つ以上の他の原子を含み、この他の原子が、格子内のＺｎ及び／又はＴｅ原子のうちの幾つかを置換する、材料を使用して達成されてもよい。
【００６３】
ＺｎＴｅベースのブースターセルが一次光起電セルと積層配設で組み合わせられる、例示的なソーラーモジュールが、図９に概略的に示されている。本実施形態と図６の実施形態との間の類似点が、読者に明らかとなり、図６に関連して記載される特性及び利点は、特に指示がない限り、図９の実施形態にも同様に適用可能であることが想定されるべきである。
【００６４】
ソーラーモジュール９１０は、モジュール９１０の表側又はその付近に配置されたブースター構成要素と、モジュールの裏側又はその付近に配置された一次ソーラーセル９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃ、９４０ｄのアレイとの組み合わせと見なすことができる。ブースター構成要素は、上部にブースターセル９２０ａ、９２０ｂのアレイ若しくは複数個のブースターセル９２０ａ、９２０ｂが形成される、剛性のガラス片又は他の好適な材料の片等の透明な基材９２１を含んでもよい。図には、２個のブースターセル及び４個の一次セルのみが示されているが、読者は、所望により他の数のブースターセル及び一次セルを収容するようにモジュールを設計することができることを理解する。
【００６５】
透明なカプセル材料９１５が、ブースターセル９２０ａ、９２０ｂと一次セル９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃ、９４０ｄとの間の空間を充填してもよい。エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）及びポリビニルブチラール（ＰＶＢ）は、システム要件及び仕様によって、所望の設計機能を達成するためにカプセル材料として使用されてもよい材料の例である。
【００６６】
ブースターセル９２０ａ、９２０ｂはそれぞれ、図に示されるように配設される、透明な伝導体９２９ａ、９２９ｂと、ｎ型層９２２ａ、９２２ｂと、任意選択の濃度勾配ｎ型層９２３ａ、９２３ｂと、真性層９２４ａ、９２４ｂと、ｐ型層９２５ａ、９２５ｂと、反射防止層又はコーティング９２７ａ、９２７ｂとを含んでもよい。これらの層は、絶縁構造９２６ａ、９２６ｂ及び伝導性電極構造９２８ａ、９２８ｂ、９２９ｃと共に、図６に関連して記載される対応する層と同一又は同様であってもよく、読者は、簡潔さのためにその記載を参照させられる。電極９２８ａ、９２９ｃは、ブースターセルのアレイの出力端子としての機能を果たす。
【００６７】
一次セル９４０ａ〜ｄのアレイは、設計はブースターセルと同様であるが、異なる半導体材料で構成される。図８ａ〜ｂのモデル化結果を考慮し、一次セル９４０ａ〜ｄは、好ましくは、薄膜多（ポリ）結晶ＣｄＴｅを含む。そのような一次セルは、典型的に、ガラスで構成される基材９４１上に搭載される。薄膜ＣｄＴｅセルは、近接昇華（ＣＳＳ）を使用して、ガラス基材９４１上に実際に堆積されてもよい。ＣｄＴｅ一次セルの両側に効果的な障壁基材を提供して、その汚染又は劣化を防止するために、追加の基材ガラス９６１が提供されてもよく、別のカプセル材料９３５が、一次セルと裏基材９６１との間の空間を充填してもよい。有利に、表ガラス基材９２１及び中間ガラス基材９４１が、同様にＺｎＴｅベースのブースターセルの両側に効果的な障壁基材を提供して、その汚染又は劣化を防止してもよい。もちろん、汚染物質のない空洞を維持するために、また、パネル９１０の周辺又は縁部も、望ましくは、パネルの長期にわたる安定性のために封止されてもよい。
【００６８】
簡単に言うと、一次セル９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃ、９４０ｄは、４個の一次セルの直列接続を提供するように、図に示されるように配設される、背面伝導性電極９４９ａ、９４９ｂ、９４９ｃ、９４９ｄと、伝導性連結電極９４８ａ、９４８ｂ、９４８ｃ、９４８ｄと、典型的にＣｄＳを含むｎ型層９４２ａ、９４２ｂ、９４２ｃ、９４２ｄと、典型的にＣｄＴｅを含むｐ型層９４３ａ、９４３ｂ、９４３ｃ、９４３ｄと、典型的にＺｎＴｅ：Ｃｕを含む接触層９４４ａ、９４４ｂ、９４４ｃ、９４４ｄと、電極９４７ａ、９４７ｂ、９４７ｃ、９４７ｄと、絶縁構造９４６ａ、９４６ｂ、９４６ｃ、９４６ｄとを含む。電極９４８ａ、９４９ｅは、一次セルのアレイの出力端子としての機能を果たす。
【００６９】
図６と同様に、図９のそれぞれのブースターセル９２０ａ、９２０ｂの横方向面内寸法は、それぞれの一次セル９４０ａ、９４０ｂ、９４０ｃ、９４０ｄの対応する横方向寸法の約２倍に示されている。本明細書の他の場所に記載されるように、ブースターセル及び一次セルの寸法を、有効領域を最大化し、無効領域を最小化するようにだけでなく、ブースターセルのアレイを、一次セルのアレイによってその出力端子（例えば、図９の端子９４８ａ、９４９ｅ）に提供される出力と実質的に適合する、その出力端子（例えば、図９の端子９２８ａ、９２９ｃ）への出力を提供するよう構成するようにも調整することが有利であることを発見した。これは、上述されるように、条件０．８≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．２、又は０．９≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）≦１．１を満足することによって達成することができ、式中、Ａ１は、それぞれのブースターセルの領域を指し、Ａ２は、それぞれの一次セルの領域を指し、Ｖ１は、それぞれのブースターセルの十分な照射での最大電力散逸の動作電圧を指し、Ｖ２は、それぞれの一次セルの十分な照射での最大電力散逸の動作電圧を指す。図９の場合では、多（ポリ）結晶ＺｎＴｅブースターセルは、典型的に約１．１ボルトの動作電圧Ｖ１を提供し、多（ポリ）結晶ＣｄＴｅ一次セルは、典型的に約０．５〜０．６ボルトの動作電圧Ｖ２を提供する。この場合、図９に概略的に描写されるように、Ｖ１／Ｖ２は、約２であるため、Ａ１／Ａ２もまた、好ましくは、約２である。
【００７０】
図１０は、セル間及びセルから電力結合器１０５０への電気的接続を示す、複数個の積層セルを有するソーラーモジュール１０１０の概略側面図又は断面図である。ブースターセル１０２０ａ、１０２０ｂは、一次セル１０４０ａ、１０４０ｂ、１０４０ｃ、１０４０ｄのアレイの正面に位置付けられる。ブースターセルは、本明細書に記載されるブースターセルのいずれかであってもよく、一次セルもまた、本明細書に記載される一次セルのいずれかであってもよい。２個のブースターセル及び４個の一次セルのみが示されているが、読者は、所望により他の数のブースターセル及び一次セルが使用されてもよいことを理解する。個々のブースターセルは、本明細書の他の場所に記載されるように、一次セルの出力と実質的に適合するブースターセルの出力を提供するために、個々の一次セルより幅が広く（かつより大きい領域を有するように）描写されているが、そのような設計特性は、所望であれば、開示される実施形態に必ずしも組み込む必要はない。ブースターセルは、出力端子１０２８と１０２９との間に直列に接続され、一次セルは、出力端子１０４８と１０４９との間に直列に接続される。これらの端子は、セルの２個のアレイからの電力を電力結合器１０５０に供給する。例示的な実施形態では、電力結合器は、セルのそれぞれのアレイから最大電力（Ｉｍｐ、Ｖｍｐ）を得て、２個の回路からの電力を端子１０１８、１０１９上での有用な出力に効率的に変換するように、それぞれの端子１０２８／１０２９、１０４８／１０４９間に最適負荷インピーダンスを提供する。ブースターセルからの出力が一次セルからの出力と実質的に適合する場合では、電力変換器１０５０は単に、端子１０１８と端子１０２８、１０４８との間に直接接続を提供し、端子１０１９と端子１０２９、１０４９との間に別の直接接続を提供する、受動構成要素であってもよい、又はそれを含んでもよい。他の場合では、電力結合器は、ａｃ回路に電力を提供することができるインバータを含んでもよい。
【００７１】
図１１は、構成要素が、積層ソーラーモジュールで使用するために適合され、明確化のために相互から分離されて示されている、一次セル構成要素１１０９の例示的な物理的配置及び回路配置、並びにブースターセル構成要素１１０８の対応する配置を概略平面図で示す。構成要素１１０９は、一次光起電セル１１４０ａから１１４０ｈのアレイを含み、これらのセルは、端子１１４８と１１４９との間に直列に接続される。構成要素１１０８は、ブースター光起電セル１１２０ａから１１２０ｄのアレイを含み、これらのセルは、端子１１２８と１１２９との間に直列に接続される。ブースターセル及び一次セルは、本明細書の他の場所に記載されるセルのいずれかであってもよく、又はそれを含んでもよい。セルの空間的配設は、実質的に図に描写されるような配設であってもよい。例えば、ブースターセルは、一次セルの個々の領域の約２倍である個々の領域を有してもよく、それぞれのブースターセルは、構成要素１１０８が構成要素１１０９の正面に位置付けられる際、２個の下に位置する一次セルと実質的に位置整合してもよい。例えば、ブースターセル１１２０ａは、一次セル１１４０ａ、１１４０ｅと実質的に位置整合してもよく、ブースターセル１１２０ｄは、一次セル１１４０ｄ、１１４０ｈと実質的に位置整合してもよい。
【００７２】
図１２は、積層ソーラーモジュール１２１０内の一次セル構成要素１２０９、ブースターセル構成要素１２０８、及びその組み合わせの物理的配置を概略平面図で示す。構成要素１２０９は、幾つかが１２４０ａから１２４０ｊと標識が付けられており、幾つかが１２４０ｋから１２４０ｔと標識が付けられている、６０個の一次光起電セルのアレイを含む。これらのセルは、端子１２４８と１２４９との間に、全て直列に接続されてもよく、又はそれらは、所望により、他の配設で接続されてもよい。構成要素１２０８は、幾つかが１２２０ａから１２２０ｄと標識が付けられており、幾つかが１２２０ｅから１２２０ｈと標識が付けられている、２４個のブースター光起電セルのアレイを含む。これらのセルは、端子１２２８と１２２９との間に、全て直列に接続されてもよく、又はそれらは、所望により、他の配設で接続されてもよい。ブースターセル及び一次セルは、本明細書の他の場所に記載されるセルのいずれかであってもよく、又はそれを含んでもよい。セルの空間的配設は、実質的に図に描写されるような配設であってもよい。例えば、ブースターセルは、ブースターセル構成要素１２０８が一次セル構成要素１２０９の正面に位置付けられる際、４個のストライプ形状のブースターセルが、１０個の正方形の一次セルの適合する１列と実質的に位置整合するような個々の領域を有してもよい。したがって、モジュール１２１０では、ブースターセル１２２０ａから１２２０ｄは、セル１２４０ａから１２４０ｊの範囲の一次セルの列と実質的に位置整合し、ブースターセル１２２０ｅから１２２０ｈは、セル１２４０ｋからセル１２４０ｔの範囲の一次セルの列と位置整合する。そのような実施形態では、一次セルの領域Ａ２に対するブースターセルの領域Ａ１は、Ａ１／Ａ２＝１０／４、即ち、２．５の比率である。ストライプ形状のブースターセルの幅を調整することによって、領域Ａ１、Ａ２の他の好適な比率を容易に達成することができる。ブースターセルからの出力が、一次セルからの出力と実質的に適合する場合では、端子１２２８、１２４８が、共に直接接続されてもよく、端子１２２９、１２４９が、共に直接接続されてもよい。ブースターセル回路が一次セル回路と並列に接続される場合では、システムは、ブースターセル回路の最大電力電圧が、一次セル回路の最大電力電圧よりいくらか大きくなるように慎重に設計され得る。このように、ブースターセルは、１日のうちの様々な時間帯又は天候条件でのシステムの性能を制限しない。直列接続された一次セルと並列の直列接続されたブースターセルでは、これは、１．０≦（Ｖ１×Ａ２）／（Ｖ２×Ａ１）を示唆する。
【００７３】
前述の実施形態は、本開示を読んだ当業者に明らかとなる多くの実施形態のうちの幾つかに過ぎず、開示される実施形態及び着想の多くの拡張が、そのような当業者に明らかとなる。例えば、開示されるブースターセル及び一次セルはまた、２個以上のセルの積層アレイ、例えば、３個のセルの積層アレイ、又は４個のセルの積層アレイを含む実施形態で使用されてもよい。
【００７４】
指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される形体の大きさ、量、及び物理特性を示す全ての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。したがって、反することが示されない限り、本明細書及び添付特許請求の範囲に記載の数値的パラメータは、本発明の教示を利用して当業者により得ることが求められる所望の性質に応じて変化する近似値である。
【００７５】
本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく本発明の様々な改変及び変形が当業者には明らかであり、本発明が本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されるものではないことは理解されるはずである。本明細書において参照された公開及び非公開の特許出願並びに他の特許及び非特許文献は、これらが先行の開示に直接矛盾しない範囲において参照として組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図７ｆ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【国際調査報告】
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