2d材料制成的电压匹配的多结太阳能模块
阅读说明：本技术 2d材料制成的电压匹配的多结太阳能模块 (Voltage matched multijunction solar modules made of 2D materials ) 是由 莫西·埃那夫 于 2019-01-23 设计创作，主要内容包括：一种电压匹配的太阳能模块,用于将入射的太阳辐射转换为电能,太阳能模块由多个晶圆尺寸的多结太阳能设备和与模块尺寸的底部基板相邻的布线电路组成。每个太阳能设备具有至少两个由电绝缘的透明层隔开的光伏(PV)电池。PV电池被对齐以重叠并且通过导电通孔电连接到布线电路。布线电路包括并联电连接并具有基本相同电压的多个串行串。公开了一种生产太阳能模块的方法,其利用ALD/LPCVD工具对2D材料进行范德华外延。(A voltage matched solar module for converting incident solar radiation to electrical energy is comprised of a plurality of wafer-sized multijunction solar devices and a wiring circuit adjacent to a module-sized base substrate. Each solar device has at least two Photovoltaic (PV) cells separated by an electrically insulating transparent layer. The PV cells are aligned to overlap and are electrically connected to the wiring circuit by conductive vias. The wiring circuit includes a plurality of serial strings electrically connected in parallel and having substantially the same voltage. A method of producing a solar module is disclosed that utilizes an ALD/LPCVD tool to perform van der waals epitaxy on 2D materials.)
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求于2018年1月23日提交的，标题为“隔离式PV子电池的串联太阳能装置及其制造方法”的共同拥有的美国临时专利申请序列号62/620,519的优先权，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及光伏模块及其制造，尤其涉及电压匹配的多结太阳能模块。
发明背景技术
电压匹配的多结太阳能模块由串联连接的多个电压匹配的多结太阳能电池(voltage-matched multi-junction solar cell；VMMJSC)组成。每个VMMJSC是两个或多个光伏电池(以下称为“PV电池”)的垂直堆叠，由一个介电层隔开，每个光伏电池吸收入射太阳辐射光谱的不同波长或颜色。通常，最上层的PV电池吸收对应于蓝色和绿色色带的短太阳波长，即首先接收太阳辐射的光伏电池，而对应于红色和红外色带的较长太阳波长被一个或多个垂直堆叠中更深的PV电池吸收。在此文件中，参照了诸如最高，最深，顶部，底部及其变体的方向。这些方向性参考是示例性的，以示例取向显示所公开的主题，而绝不是限制性的。
在现有技术中已经提出了用于电压匹配的多结太阳能电池的各种布线配置，以下简称为“太阳能模块(solar module)”。例如，2016年3月15日授权给Mascarenhas和Alberi的美国专利号9,287,431，以下称为MA'431，公开了一种薄膜电压匹配的多结太阳能电池及产生具有在透明基板上形成的上部CdTe的p-n结层的电池的方法，在完成的装置中，此透明基板可操作地以叠加配置(superstrate configuration)的方式放置。作为另一个示例，Alberi和Mascarenhas的美国专利公开号2015/0340528A1，日期为2015年11月26日，公开了一种薄膜电压匹配的多结太阳能电池以及生产具有第一带隙能的第一p-n结(p-njunction)、具有第二带隙能的第二p-n结以及在第一和第二p-n结之间的绝缘层的电池的制造方法。
在现有技术中，不同PV电池的p-n结不完全重叠。结果，每个PV电池的制造都需要其自己的专用掩模以用于沟槽、金属化和封装。这增加了制造过程的复杂性和成本。
非常需要一种太阳能模块，其中所有的PV电池完全重叠，因为这样可以是流水线制造过程(streamlined manufacturing process)。本发明公开了一种太阳能电池组件，其具有完全重叠的PV电池并且不会由于电极的遮蔽而导致效率降低，以及一种使用范德华(van der Waals；vdW)外延的制造方法，所述制造方法通过原子层沉积(atomic layerdeposition；ALD)和低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)进行。
发明内容
本发明是用于将入射的太阳辐射转换成电能的电压匹配的太阳能模块，以及一种利用ALD/LPCVD工具对2D材料进行范德华外延(van der Waals epitaxy)的太阳能模块的制造方法。
太阳能模块由多个晶圆尺寸的多结太阳能设备和与模块尺寸的底部基板相邻的布线电路组成。每个太阳能设备具有至少两个由电绝缘的透明层隔开的光伏(photovoltaic；PV)电池。PV电池被对齐以重叠并且通过导电通孔电连接到布线电路。布线电路包括并联电连接并具有基本相同电压的多个串行串。
生产太阳能模块的方法由以下步骤序列所组成：
(a)提供模块尺寸的底部基板；
(b)在所述底部基板上沉积布线电路；
(c)提供气相沉积系统，所述气相沉积系统包括原子层沉积(ALD)模式和低压化学气相沉积(LPCVD)模式；
(d)提供晶体学模板处理晶圆(crystallographic template handle wafer)；
(e)制造晶圆尺寸(wafer-sized)的多结太阳能设备，包括金属化；
(f)将所述多结太阳能设备连接至所述底部基板并移除处理晶圆(handlewafer)；
(g)重复进行步骤(d)、(e)和(f)，以制造多个太阳能设备；及
(h)在多个太阳能设备上制造并附接顶部层压板。
附图的简短说明
这里仅通过举例的方式，参考附图描述本发明，其中：
图1(a)和图1(b)是示出根据现有技术的具有不重叠的PV电池的太阳能模块的图。
图2(a)和图2(b)是示出根据本发明原理的具有重叠的PV电池的示例性太阳能模块的图，以与图1(a)和1(b)的现有技术进行比较。
图3(a)至图3(d)是示出具有四个晶圆尺寸的多结太阳能设备的太阳能模块的第一示例性实施例的示意图。
图4(a)至图4(d)是示出具有二十四个晶圆尺寸的多结太阳能设备的太阳能模块的第二示例性实施例的示意图。
图5是示出根据本发明的用于制造太阳能模块的示例性制造方法的步骤的框图。
图6(a)至图6(x)是示出图5的示例性制造方法的步骤的一系列示意图。
较佳实施例的
具体实施方式
图1(a)和1(b)是根据现有技术的太阳能模块的图，例如MA'431的图1和2中所公开的。在图1(a)和1(b)中，能量为hν的太阳辐射光子入射到太阳能模块1上，其中“h”是普朗克常数，而“ν”是与光子波长成反比的光子频率。第一和第二p-n结2和4分别被电绝缘的透明层5隔开。p-n结2的带隙能量大于p-n结4的带隙能量。因此，短太阳光波长的光子在p-n结102中被吸收，长太阳光波长的光子穿过p-n结2和透明层5，并被p-n结4吸收。上层8由三个p-n结2组成，下层10由五个p-n结4组成。
图1(b)示出了根据现有技术的太阳能模块1的接线图。对应于p-n结2的三个二极管(用2'表示)串联电连接以形成上部串。类似地，对应于由4′表示的p-n结4的五个二极管串联连接以形成下部串。最后，两个串并联连接以形成两个终端设备，如图1(b)所示。
通过选择p-n结2和4的材料来实现电压匹配，以使上部串的组合输出电压大约等于下部串的输出电压。但是请注意，p-n结4的面积约为p-n结2面积的3/5；因此，上层8的p-n结不与下层10的p-n结完全重叠。结果，制造过程很复杂，需要许多不同的光刻掩模和处理步骤。
图2(a)和2(b)是与现有技术相比根据本发明原理的具有重叠PV电池的示例性太阳能模块的图。能量为hν的入射太阳辐射光子入射到太阳能模块50上，所述太阳能模块50依次由四个p-n结52的上层，一个电绝缘透明层55和四个p-n结58的下层组成。如前所述，短太阳光波长的光子优先在上层吸收，长太阳光波长的光子优先在下层吸收。
图2(b)示出了太阳能模块50的接线图。对应于四个p-n结52的四个二极管52′被分成两个上部串52A，每个上部串52A由两个串联连接的二极管52′组成。两个上部串52A在点P处并联连接。对应于四个p-n结58的四个二极管58′串联连接以形成单个下部串。最后，单个下部串在点Q处与两个上部串52A并联连接以形成两个端子装置。总输出电流是下部串和两个上部串的各个输出电流的总和，并且随太阳强度的每日和季节性波动而变化。
图2(b)中的电压匹配通过选择p-n结52和58的材料来实现，使得每个上部串52A的输出电压近似等于下部串的电压。例如，假设每个二极管52’输出2伏，而每个二极管58’输出1伏。下部串的组合电压等于4x1＝4伏；每个上部串52A的组合电压等于2×2＝4伏，这与下部串的输出电压相同。
图2(a)和2(b)与现有技术的不同之处在于：
(a)上层的p-n结与下层的p-n结完全重叠；
(b)两层的p-n结数目相同；及
(c)通过将上层的二极管分成超过一个的并联串(在这种情况下为两个)来实现电压匹配。
本发明与现有技术之间的上述差异的含义是深远的。首先，可以通过制造四个单独的多结太阳能设备51来组装太阳能模块50，每个设备由两个p-n结组成，并通过电绝缘透明层隔开。因为p-n结完全重叠，所以可以在一个连续的过程中将太阳能设备51制造到晶圆的整个表面上。第二，因为太阳能设备51是平坦的，没有沟槽，所以不间断的过程在不需要蚀刻或光刻的情况下是由单个连续行程中堆叠连续的导电，半导体和绝缘材料层所组成。第三，利用诸如原子层沉积(ALD)和范德华(vdW)外延之类的外延生长工艺，太阳能设备51是一种晶体单块，其中所有p-n结，导体和绝缘体都是晶体，与现有技术的太阳能设备相反，在现有技术的太阳能设备中，堆叠中只有一个半导体层是晶体，而其他半导体层是多晶或非晶。就已知晶体PV电池的能量转换效率是多晶或非晶PV电池的大约两倍而言，这尤其重要。第四，用于制造太阳能设备51的连续过程包括导电通孔和引到设备背面(底部)的焊盘。然后通过使太阳能设备51与安装在保护性的模块尺寸的底部基板上的布线电路电接触来组装太阳能模块50。以此方式，没有任何金属格栅对设备进行前遮蔽，这是优于现有技术的优点，在现有技术中，遮蔽是降低太阳能转换效率的重要原因。
在图3(a)至3(d)更详细地阐明了本发明的原理。示出了根据本发明的第一示例性实施例的示意图，所述示例性实施例具有四个晶圆尺寸的多结太阳能设备110。
图3(a)是从上方接收能量为hν的太阳辐射光子的太阳能模块100的剖视图。光子穿过模块尺寸的透明顶部层压板101并进入多个与布线电路111电接触的四个晶圆尺寸的多结太阳能设备110，布线电路与模块尺寸的底部基板112物理接触。每个太阳能设备110由两个PV电池102和108组成，由一个电绝缘透明层105隔开。
图3(b)是太阳能模块100的俯视图，其中四个太阳能设备110以2×2的阵列布置。太阳能设备110的横向尺寸LD与半导体晶圆的尺寸相对应，半导体晶圆的尺寸通常为2、4、6、8或12英寸宽。太阳能模块100的横向尺寸LM大约是尺寸LD的两倍。
图3(c)示出了太阳能模块100的布线电路111的图。布线电路由彼此并联连接的两个串行串102A和单个串行串108A组成。每个串行串102A是对应于两个PV电池102的两个二极管102'的串联连接。单个串行串108A是对应于四个PV电池108的四个二极管108’的串联连接。串行串102A和串行串108A具有基本相同的电压并且并联电连接。
作为数值示例，假设每个二极管102′输出两伏特，并且每个二极管108′输出一伏特。串行串108A的组合电压等于4x1＝4伏。每个串行串102A的组合电压为2×2＝4伏，这与串行串108A的输出电压相同。
图3(d)是示出太阳能模块100的各个层和通孔的垂直截面。从上向下开始，太阳能设备110由两个PV电池102和108组成，这些PV电池由绝缘透明层105隔开。PV电池102由两个导电电极102c和p-n结组成，此p-n结由交错的(II型)异质结构对齐或分别由n-掺杂和p-掺杂的半导体层102n和102p形成。类似地，PV电池108由两个导电电极108c和p-n结组成，所述p-n结通过II型对准或分别由n掺杂和p掺杂的半导体层108n和108p形成。两个PV电池之间的关键区别在于PV电池102的p-n结的带隙宽度比PV电池108的带隙宽度宽。
在太阳能设备110的替代实施例中，n型半导体的位置可以与PV电池102或PV电池108中的p型半导体的位置互换。
导电电极102c和108c借助于导电通孔102v和108v电连接到布线电路111，所述导电通孔102v和108v封端于绝缘封装层105E下方的导电焊盘(conducting pad)。
图4(a)至图(d)示出了根据本发明的第二示例性实施例的具有二十四个晶圆尺寸的多结太阳能设备210的示意图。
图4(a)是从上方接收能量为hν的太阳辐射光子的太阳能模块200的剖视图。光子穿过模块尺寸的透明顶部层压板101，并进入多个二十四个晶圆尺寸的多结太阳能设备210，它们与布线电路211电接触，其与模块尺寸的底部基板112物理接触。每个太阳能设备210包含四个PV电池202、204、206和208，四个PV电池通过绝缘透明层105相互隔离。
图4(b)是太阳能模块200的俯视图，其中二十四个太阳能设备210以2×12的阵列布置。如图3(b)所示，太阳能设备210的横向尺寸LD与半导体晶圆的尺寸相对应，半导体晶圆的尺寸通常为2、4、6、8或12英寸宽。太阳能模块200的横向尺寸LM1和LM2分别大约是尺寸LD的两倍和十二倍。
图4(c)显示了太阳能模块200的接线电路211的示意图。接线电路由以下组成：
(a)并联的四个串联串202A，每个串联串是6个二极管202'的串联连接，对应于6个PV电池202；
(b)三个并联的串联串204A，每个串联串是8个二极管204'的串联连接，对应于8个PV电池204；
(c)两个并联的串联串206A，每个串联串是12个二极管206'的串联连接，对应于12个PV电池206；及
(d)一个串行串208A，其是24个二极管208'的串联连接，对应于24个PV电池208。
串行串202A，204A，206A和208A具有基本相同的电压并且并联电连接。
作为数值示例，假设每个二极管202’输出1.6伏；每个二极管204’输出1.2伏；每个二极管206'输出0.8伏；每个二极管208'输出0.4伏。串行串202A的输出电压为6x1.6＝9.6V；串行串204A的输出电压为8x1.2＝9.6V；串行串206A的输出电压为12x0.8＝9.6V；串行串208A的输出电压为24×0.4＝9.6V。因此，所有串行串具有基本相同的输出电压。
图4(d)是示出太阳能模块200的各个层和通孔的垂直截面。从上向下开始，太阳能设备210包含四个PV电池202、204、206和208，由电绝缘的透明层105隔开。每个PV电池由一对导电电极(202c，204c，206c和208c的对(pair))以及p-n结组成，所述p-n结由n型半导体层(202n，204n，206n和208n)和p型半导体层(202p，204p，206p和208p)所形成。n型和p型对可以通过两种半导体材料的交错的(II型)对齐来实现，也可以通过成分的轻微转移或通过对半导体进行n掺杂或p掺杂来实现。
通常，PV电池202、204、206和208的p-n结具有单调减小的带隙宽度，并且分别提供蓝色，绿色，红色和红外光谱带中的太阳辐射光子的优先吸收。
在太阳能设备210的替代实施例中，在PV电池102、104、106和108中的任何一个中，n掺杂半导体的位置可以与p掺杂半导体的位置互换。
显然，具有并联连接的串行串的布线电路的使用可以从具有2x12太阳能设备的太阳能模块扩展到具有6x12太阳能设备的太阳能模块。在后一种情况下，如上述数值示例中那样使用二极管输出电压，各种串行串的输出电压将等于72x0.4＝28.8V。
通过使用以下算法，可以将以上数值示例中使用的二极管输出值推广到具有任意数量的PV电池的太阳能设备和具有任意数量的太阳能设备的太阳能模块。
(i)选择每个太阳能设备中的光伏电池数量(N)。例如，对于第一示例性实施例，N＝2，对于第二示例性实施例，N＝4。
(ii)将底部光伏电池(即带隙宽度最小的光伏电池)的开路电压设置为近似Voc1＝1.8/N伏。这也是两个相邻PV电池之间的电压增量。
(iii)设置所需的太阳能模块输出电压(Vm)。通过接近Vm/Voc1的整数来估计太阳能模块中太阳能设备的数量(M)，所述整数可以被数字1到N整除。
(iv)将Voc1的值重置为等于Vm/M。迭代(iterate)Voc1和Vm以获得最佳值。
(v)确定其他PV电池的开路电压。
(vi)估计带隙并为所有PV电池选择半导体材料。
作为数字示例，请考虑N＝3的情况(步骤(i))。接下来，设置Voc1＝1.8/3＝0.6伏(步骤(ii))。接下来，设置Vm＝24伏，并估计M＝(24/0.6)＝40。要使M被1,2和3整除，则选择M＝42(步骤(iii)。将Voc1的值重置为24/42＝0.57伏(步骤(iv))。将第二个PV电池的开路电压设置为2x0.57＝1.14伏，第三个PV电池的开路电压设置为3x0.57＝1.71伏(步骤(v))。估计带隙为Eg1＝0.57+0.4＝0.97eV，Eg2＝1.14+0.4＝1.54eV和Eg3＝1.71+0.4＝2.11eV。选择半导体材料以制得具有这些带隙的p-n结。
导电电极202c，204c，206c和208c分别通过导电通孔202v，204v，206v和208v电连接到布线电路211。导电通孔封端于绝缘封装层105E下方的导电焊盘。
在示例性实施例中，优选地，选择布线电路111和211的尺寸和材料，以便分别反射在第一次穿过太阳能设备110和210中未被吸收的太阳能光子。反射时，这些光子获得了吸收的第二次机会，从而提高了太阳能模块的整体转换效率。
模块尺寸的底部基板112优选地由塑料，玻璃，复合材料或不锈钢制成，并具有附加的介电层以防止与布线电路的电接触。
材料：
如图3(d)和4(d)中详细示出的，太阳能设备110和210的层包括三种材料，即绝缘体，导体和半导体。优选地，这些层应该以叠加(Superstrate)模式单片堆叠，在适当的太阳光谱下应该是晶体和透明的，并且应该是具有最小厚度的薄膜，使得它们能够以最大效率发挥作用。生长不同材料的晶体上层(super-stratum)称为异质外延(hetero-epitaxy)，这被限制为较小的晶格失配(lattice mismatch)。失配较大的材料可以使用vdW外延生长。当层状材料在另一层状材料的劈开面上或在三维材料基板(例如Si或GaAs)上生长时，如果其表面上的悬空键(dangling bond)被适当的原子封端，使其呈惰性，则可以形成vdW界面。
范德华(vdW)外延是Atsushi Koma等人发明的，并在微电子工程杂志(Microelectronic Engineering)(1984年第2卷，第129页)。如在纳米规模杂志(Nanoscale)，2016年第8期第11375页中所述，已经证明了二维(2D)材料上的平面三维(3D)材料膜在云母上的生长。为了扩大可用于构建异质结构的材料和相的范围，非常需要认可Koma的方法并使用vdW外延。这样，两个化学非反应性晶体表面可以匹配以形成整体结构，而几乎不用考虑其组成的晶格常数。这种非反应性晶体表面可以自然地在2D层状材料中找到，也可以人工地在3D材料的饱和表面中找到。
2D层状材料由像书中的页面一样垂直堆叠的结晶平板组成。平板(slab)可以包括一个单层，例如六方氮化硼(h-BN)，或二元，三元或四元化合物单晶，例如Bi2Sb3，其厚度为3至约
饱和的或“封端的(terminated)”3D材料表面非常普遍，例如，硅表面可能被氢，氟化物，硫化物，硒化物，氮化物和其他材料封端。GaAs表面可以被硒化物，H-Ga和其他材料封端。实验证据表明，当在2D层状材料上生长时，诸如GaN，GaAs，CdTe，GeAsSe，PbSnSe的3D材料往往会以2D层状材料或所谓的“平面3D层状材料”或“2D非层状材料”的形式生长。Koma称其为“准vdW外延(Quasi vdW epitaxy)”。看起来，如果在钝化且光滑的2D材料表面上生长，几乎任何2D或3D材料都可以生长为层状材料。
分隔相邻PV电池的电绝缘透明层105可以包括宽带隙2D材料，例如IA，IIA，IIIA，IVA，IIIB，IVB族的卤化物，氧化物，氮化物，例如MgBr2，SrIF，BaIF，ScBr3，YI3，CdI2；2D氧化物：氧化石墨烯，P4O10；Ti0.87O2，LaNb2O7，(Ca，Sr)2Nb3O10，CaLaNb2TiO10，La2Ti2NbO10，ZnO，ZnS和氮化物，如六方氮化硼(h-BN)。h-BN是优选的，因其电绝缘性能，奇特的光电性能以及机械强度，热稳定性和化学惰性。与特富龙一样，h-BN的介电常数为1.8，h-BN的介电强度为700KV/mm，而相比于特氟龙则为173KV/mm。
本发明的太阳能模块的导电电极可以包括钒的卤化物，AlCl2，YGaI，Ag2ReCl6，CuS，FeLiP，FeS，FeTe，SbSiNi，ZnIn2S4，Zn2In2S5；Y，Ti，V，Nb，Ta，Cr，Co，Rh，Ir，Ni的过渡金属二卤化物(TMDC)，优选的是石墨烯(Gn)纳米片。Gn是在氮化硼衬底上具有105cm2/V-s的电子迁移率μ的半金属(semi-metal)，比硅高60倍，比铟锡氧化物(ITO)高1400倍。Gn的电阻率为10-8Ω-m，约为银的60％。原始Gn是p型导体，其功函数为4.7eV。为了将其转化为n型材料(如在阴极中)，Gn掺杂有氮。通过将N原子整合到石墨烯蜂窝网中可以实现最佳掺杂。Gn对太阳辐射光谱透明，透明度为97.7％。石墨烯的厚度仅为0.34纳米(nm)。实验表明，Gn可以稳定传统3D二元化合物的2D形式。当Gn电极围绕一个p-n结时，如图3(d)和4(d)所示，Gn还具有充当“外延催化剂”的优点。
包含p-n结的光敏吸收材料是具有低激子结合能的单晶直接带隙2D半导体或2D非层状材料。单晶结构的优点在于具有较少的缺陷，例如晶界和位错，其倾向于通过自由载流子的重组和灭绝(annihilation)来减小填充因子(fill factor)。通常，单晶吸收体的效率是模拟多晶材料的两倍。
直接的带隙跃迁确保了高吸收系数，从而转化为稀薄的厚度。为了用作光伏电池的吸收剂，半导体应以明显的厚度保持其直接过渡。仅像TMDC(例如MoS2)那样仅在单层中进行直接跃迁不足以提供足够的吸收。因此，吸收体应该是厚度在几百纳米范围内的直接半导体。激子的低结合能保证了高开路电压(Voc)以及光载流子迅速扩散到电极上。通常，3D和较厚的2D层状材料具有较低的结合能。为了确保吸收大的太阳光谱，半导体带隙(Eg)应介于约2.4eV至约0.5eV之间。
2D层状和非层状(3D)平面材料的领域正在迅速扩展。迄今为止，它包含约700种不同的材料，其中很大一部分是半导体。化学族中的大多数半导体都提供合金化作用，从而促进了带隙工程。例如，在III-VI族中，可以将GaSe(Eg＝1.9eV)与GaTe(Eg＝1.65eV)合金化以产生具有1.70eV的中间Eg的GaSe0.4Te0.6。
下表1是可用于本发明的PV电池中的p-n结的示例性2D和3D半导体材料的列表。这些材料的带隙具有直接跃迁，并且具有在0.5-2.5eV范围内的能量。
表1：
表1(接续)：
在2D层状材料的情况下，形成p-n结与典型的3D半导体(如硅或III-V组材料)不同。在3D情况下，结(junction)是通过将块状或薄膜单晶掺杂有施体和受体元素而形成的。由于掺杂技术(注入，扩散等)和/或从一种化合物到另一种化合物的外延转变，需要一个晶体学上相称的转变区域，因此在从n型电导区到p型电导区的过渡区中创建了一个较大的中间区。另一方面，通过简单地堆叠异质材料形成具有2D材料的p-n结，以形成突变异质结。具有窄的II型交错排列异质结的一对半导体有助于电荷分离，这是高效率PV电池所必需的。在交错排列的情况下，两个带隙处于偏移位置，n型的能量较低，而p型的能量较高。对于2D层状材料，找到p-n对相对容易，因为堆叠层的结的能带偏移遵循安德森的电子亲和力规则，如Yuzheng Guo和John Robertson，应用物理学快报(Appl.Physics Letters)，2016年，第108卷，233104中所述。例如，与n型相比，化合物中相同的金属构件但具有较重的硫属化物(chalcogenide)元素，会将其偏移到p型位置。例如，InSe为n型，而InTe为p型。即使InSe中用Se极少地取代Se也会偏移此带，从而使InSe/InSe0.9Te0.1对可以达到n-p结。
另一个PV电池替代品是石墨烯/2D吸收肖特基结(Schottky junction)。高度p掺杂的Gn和n掺杂的Gn围绕着一个多平板半导体。可以将电子阻挡h-BN中间层***p-Gn和吸收体之间，以产生有效的肖特基结。吸收剂通常是n型(即InSe)，“肖特基金属”是石墨烯层，其中网孔中的一些碳原子被硼原子代替。另外，可以使用硝酸(HNO3)进行其他掺杂方式。
示例性材料层：
在图4(d)中，太阳能设备210具有四个PV电池的堆叠，每个PV电池具有两个电极和p-n结。分隔相邻PV电池的电绝缘透明层105和封装层105E优选地由h-BN制成。PV电池的电极优选地由Gn制成。
四个PV电池202、204、206和208分别优先吸收蓝色，绿色，红色和红外光谱带中的太阳辐射光子。
最先接收太阳辐射的PV电池202最好包括带隙宽度约为2.0eV的n-p结，n-p结被设计为提供约1.6V的开路电压(Voc)。在这种情况下，吸收性n层202n可以包括In2S3(Eg＝2.1eV)，吸收性p层202p可以包括In2(SexS1-x)3。
PV电池204优选地包括具有约1.6eV的带隙宽度的n-p结，其被设计为提供大约1.2V的Voc。在这种情况下，吸收性n层204n可以包括Sb2S3(Eg＝1.63eV)，吸收性p层204p可以包括Sb2(SexS1-x)3。
PV电池206优选地包括具有约1.2eV的带隙宽度的n-p结，其被设计为提供大约0.8V的Voc。在这种情况下，吸收性n层206n可以包括Bi2S3(Eg＝1.3eV)，吸收性p层206p可以包括Sb2SexS3-x。
PV电池208优选地包括具有约0.8eV的带隙宽度的n-p结，其被设计为提供约0.4V的Voc。在这种情况下，吸收性n层206n可以由PbxSn1-xSe(Eg＝0.85eV)构成，并且吸收性层206p可以包括PbySn1-ySe，其中y大于x。
导电通孔202v，204v，206v和208v优选地由铜制成，其将二极管输出电压吸引到封装层105E的下侧的焊盘。
制作方法：
图5是示出用于制造根据本发明的太阳能模块的示例性制造方法的步骤的框图。
步骤400A是提供模块尺寸的底部基板112。步骤400B是将布线电路111沉积到底部基板112上。
步骤400C是提供能够进行原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)和低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)的气相沉积系统。此系统通常包括一个集束工具，所述集束工具具有一个负载锁定设备，一个ALD腔室和一个LPCVD腔室，它们全部连接在真空系统中以控制气氛。或者，一种集成的ALD/LPCVD工具，其中ALD和LPCVD功能在一个腔室中执行。
为了实现LPCVD，ALD/LPCVD腔室应具有一个额外的加热源，以达到反应和退火所需的高温。例如，可以使用“天花板式(ceiling)”辐射石英照明加热器。而且，这种加热器可以通过在单个反应之间快速改变温度来扩展ALD过程的“窗口(window)”。ALD/LPCVD腔室可包括诸如LED或激光的光源；远程等离子模块(remote plasma module)。光源可引起光化学反应和气体物种活化。远程等离子可以提供反应性物质(自由基)，可以降低生长膜的温度和热预算。ALD模式设计为外延生长透明导体，绝缘体和半导体种子层的薄层。半导体层比其他层厚得多，并且由于ALD工艺相当慢，因此使用LPCVD快速外延生长半导体本体。ALD腔室中的另一个配件是从ALD腔室顶部延伸的波纹管轴(bellow shaft)。附在波纹管轴末端的电磁体有助于通孔加工中的掩模操纵。便于掩模操作的另一个配件是用于模板晶圆的旋转加热器台。
步骤400D是提供晶体学模板处理晶圆。步骤400E是制造晶圆尺寸的多结太阳能设备，例如110或210，包括用于导电电极和通孔的金属化。步骤400F是将太阳能设备连接到底部基板112上的布线电路111，并去除晶圆处理。步骤400G是重复步骤400D至400F以制造多个太阳能设备。最后，步骤400H是在多个太阳能设备上制造并附接顶部层压板101以形成太阳能模块。
步骤400E进一步分为以下子步骤序列：
(i)进行ALD/LPCVD以形成第一PV电池，还包括步骤：
(a)第一透明电极的ALD；
(b)将具有第一形状(即圆柱形)的挡板放置在所述第一透明电极的一小部分上；
(c)p-n结的种子层的ALD；
(d)p-n结的LPCVD；
(e)第二透明电极的ALD；
(f)将具有第一形状的挡板放置在所述第二透明电极的一小部分上；
以及
(g)电隔离层的ALD；
(ii)重复步骤(i)以形成第二PV电池；
(iii)将具有第一形状的多个挡板更换成具有第二形状(例如圆锥型)的多个挡板，所述第二形状小于所述第一形状；
(iv)底部封装层的ALD，所述底部封装层包括用于通孔的套筒；
(v)移除挡板；
(vi)从ALD/LPCVD工具中取出处理过的晶圆及其长满层；
(vii)物理遮罩以确定与通孔位置相对应的电焊盘位置；及
(viii)使用物理气相沉积(PVD)来金属化通孔和焊盘。
图6(a)-(x)是一系列示意图，示出了用于制造图3(a)至3(d)中描述的太阳能设备110的制造过程600。这些图可以容易地扩展以制造如图4(a)至4(d)所示的更复杂的太阳能设备210。
制造过程600开始于将结晶晶圆引入ALD腔室。首先生长PV电池102，然后生长电绝缘透明层105，PV电池108和封装层105E。在不打开ALD腔室的情况下，外延层连续生长，中间将掩膜放置在用于通孔的Gn电极上。在最后的步骤之一(如图6(v)所示)中，带有长满的膜(overgrown film)的晶圆被连接到太阳能模块100底部基板112上的布线电路111。在粘贴顶部层压板101之前，先将模板晶圆移开并重新安装在ALD腔室上，再进行一次运行。
图6(a)至6(x)中使用的参考数字。与图2(a)至4(d)中使用的那些不同，以便避免具有略微不同的形状表示的相似元件之间可能的混淆。
在图6(a)所示，将单晶晶圆602放置在ALD腔室中，以用作MJSD膜的可回收处理模板。晶圆可以基本上是任何单晶表面，或者外延生长的材料选自可以承受最高约600℃的处理温度的材料。此列表可以包括但不限于焦石石墨(Pyrolithic Graphite)，云母，CaF2(111)，Si(111)，Si(110)，Si(100)，SiC，Ge(111)，Ge(110)，GaAs(111)，GaAs(100)，Al2O3，TaC(111)，TaC(001)，TiC(111)，ZrC，HfC，NbC(111)，Ni(111)，Ni(001)，Pt(111)。为了成为引发MJSD堆叠的h-BN层的基板，晶圆应获得平坦且悬空的无键表面。尽管石墨和云母自然是这种2D悬空的无键结合衬底，从而可以生长范德华(vdW)外延2D/2D晶体，但必须对3D晶圆进行修正以实现准范德华(QvdW)外延。在QvdW外延中，在3D晶体上生长2D晶体，其中3D晶圆的表面具有固定的自由基或悬空键，其必须是饱和的。这可以通过表面处理或可以包括氢化(Ge：H)，氟化，硫化，氮化，磷化，砷化，锑化，电镀和石墨化等的薄膜604实现。如本领域中已知的，在将晶圆装载到ALD工具上之前，去除氧化物或其他污染物。可以在等离子模块进入的ALD腔室中生长之前进行氩等离子清洁。
在图6(b)中，可以生长封装2D晶体层303。它的功能是确保后面的Gn电极安全，因为在完成多结太阳能设备堆叠后，它将暴露在周围的大气中。优选的材料是h-BN。h-BN的ALD前体可以是但不限于三(乙基甲基氨基硼烷(TEMAB，C9H24BN3)，用作在250-300℃下与NH3等离子体的共反应物进行h-BN合成的前体，如Park，H.等人所述，“通过等离子体增强的原子层沉积大规模合成均匀的六方氮化硼薄膜”，科学报告杂志，第7卷，第40091页；doi:10.1038/srep40091(2017年)(Sci.Rep.7,40091；doi:10.1038/srep40091(2017)。同样，BN可以通过BBr3和NH3沉积，如美国化学学会应用材料与界面(ACSAppied.Mater.Interfaces)中所述，2017年，第9(19)期，第16669至16678页；以及BN可以通过BCl3和NH3沉积，如Langmuir所述，2016年，第32期，第2601至2607页。BN的其他前体是氨硼烷，NH3-BH3，硼嗪(Borazine)，B3H6N3和乙硼烷(Diborane)B2H6和氨；硼烷(Borazene)(H2B--NH2)；三氯硼嗪(Trichloroborazine)，Cl3B3N3H3；B10H14/NH3，硼酸三甲酯(trimethylborate)，B(OMe)3等。
在图6(c)中，在h-BN层303上生长n掺杂的石墨烯层311。可以使用大量的石墨烯前体，例如任何有机物质，包括烷烃，烯烃，芳基，乙炔，甲酸，苯，己烷，油，聚合物等。等离子体增强的ALD用于在400℃下使用苯和H2等离子体分别作为第一和第二反应物生长石墨烯，如材料化学C期刊(J.Mater.Chem.C)，2014年，第2期，第7570页中所描述。另一前体可以是乙炔。为了向石墨蜂窝体中添加掺杂氮，可以使用氨，肼，氮或氨等离子体，例如氨可以使用甲胺。
在图6(d)中，将物理掩模606放置在Gn层311上以暴露与阴极311的电接触。掩模不允许在此位置进行任何沉积。掩模材料可以是任何陶瓷材料，石墨，氮化硼，不锈钢，或其他不会反应或不掺杂设备的不同材料。掩模是一种硬币形状的磁性材料，封装在陶瓷材料中，其直径范围从1毫米到30毫米不等，具体取决于晶圆尺寸。掩模放置在晶圆上而不打开ALD腔室。
在图6(e)中，在Gn表面上生长n型光敏吸收体312。表1中具有足够带隙的任何材料都可以用作n型材料。每种材料都是13族金属Ga，In或15族准金属As，Sb或Bi的阳离子与第16族硫属元素(chalcogenide)阴离子如S，Se或Te的化合物。沉积顺序如下：在III-VI材料中，单个平板中的顺序为X/M/M/X，其中M为金属或准金属，X为硫属化物。如，InSe实际上是In2Se2平板，由四层构成：Se/In/In/Se。M2X3材料包括五层：X/M/X/M/X。ALD前体可以是但不限于：
对于Ga和In：烷基金属，如三甲基镓，Ga(CH3)3；酰胺配体，如六(二甲基氨基)二镓(Ga2(NMe2)6)；β二酮化合物(beta diketonate)，如乙酰丙酮铟(indiumacetylacetonate)；卤化物如InCl3；NN’二异丙基乙酰胺盐(InIII)(NN’diisopropylacetamidinate(InIII))。卤化物有助于高温生长，从而提高结晶度。
对于砷：砷化氢气体AsH3；烷基，(CH3)3；芳基，AsPh3；叔丁基亚氨基次胂(tert-butylimino arsinic)。
对于锑：卤化物，SbCl3；氨基，三(二甲基氨基)锑(tris(dimethylamido)antimony)，Sb(N(CH3)2)3；烷基，(CH3)3Sb。
对于硫族化物：元素S，Se；氢化物，H2S，H2Se；烷基，二异丙基碲(diisopropyltellurium)，Te(C3H7)2；芳基，SPh2；氢化硅硅烷Se(SiH3)2；甲硅烷基：(SiMe3)Se，(SiEt3)2Se，(SiMe3)2Te，(SiEt3)2Te等。为了更好的结晶度，较高的温度是优选的，并由较小的前体分子促进。
返回图6(e)所示，通过ALD模式生长约1nm的外延种子层，然后切换至LPCVD模式以执行此层的大部分。n型吸收体312是Eg为1.78eV的As2Se3。一平板的ALD层的顺序是Se/As/Se/As/Se。将SeH2气体在约350℃的晶圆温度下引入到腔室中。氮气吹扫后，引入AsH3气体并与吸收的Se反应，释放出H2气体。N2吹扫允许重复循环沉积Se层，As层和最后一个硒层，得到As2Se3。获取一个As2Se3平板层的过程可以重复进行5至300次，以获得所需数量的平板。为了节省时间，仅通过ALD模式生长As2Se3的第一个平板，而通过LPCVD模式在腔室或连接到ALD工具的集成工具(cluster tool)中实现整个厚度。
在图6(f)所示，在312As2Se3平板层上生长p型吸收体313。为了获得1.7eV的Eg和II型能带对齐(用于p-n结)，在同一As2Se3平板层中掺入Te：As2(TexSe1-x)3。增长细节类似于图6(e)，除了在引入ALD腔室之前将SeH2气体与TeH2气体混合(通过Al2Te3和HCl的反应产生H2Te气体)之外。注意，可以对一个，两个或三个硒片进行混合。同样，As2(TexSe1-x)3平板层的总数可以不同于As2Se3层的数目。
在图6(g)中，返回到ALD模式之后，在As2(TexSe1-x)3吸收体上ALD生长石墨烯单层314。Gn层可以用硼受体原子进行p掺杂。这可以通过向石墨烯前体中添加B2H6(二硼烷)，硼烷或BCl3来执行。
在图6(h)中，定位掩模608以形成与图6(g)的Gn层的接触。细节与图6(d)相同。
图6(i)示出了将PV电池310和320电隔离的2D六方氮化硼层301的生长。使用硼/氮前驱体在ALD腔室中产生h-BN层，如图6(b)所示。
图6(j)示出了PV电池320中的石墨烯阳极321的生产，其与图6(g)中阳极314的生产相似。在图(k)中，引入掩模610以暴露所述接触至图6(j)的阳极321，类似于图6(d)。
图6(l)示出PV电池320的p型光敏红外吸收体322(Eg＝1.0eV)的ALD/LPCVD生长，其可以是In2Te3。此2D层本质上是(Te-In-Te-In-Te)平板，重复50至200次。Te的前体可以是TeH2。铟前体可以是三甲基铟，In(CH3)3；卤化物如InCl3。In2Te3种子层通过ALD模式生长；持续增长使用LPCVD模式。
图6(m)示出了用LPCVD模式制造的PV电池结120的对应的n型吸收体323。InTe1- xSex可以是吸收材料，其Eg应为0.9eV。这种2D吸收体由50-200个In(Te1-xSex)平板构成，其中两个铟层夹在两个Te1-xSex单层之间：(Te1-xSex-In-In-Te1-xSex)。可以在两个夹心层中或用其中之一(例如，Te-In-In-SexTe1-x)完成用Se进行Se中的一些替代(x)。首先，可以沉积硫族化物Te层。碲和硒的前驱物与图6(f)相同。然后，沉积两个铟层，因为铟前驱物可以与图6(l)中的相同。最后，沉积Te1-xSex层以完成平板。或者，如果要在所有平板中生长Te1-xSex中的Se替代(x)，则可以使用快速LPCVD模式完成整个生长。
图6(n)示出了作为PV电池320的阴极的石墨烯层324的生长。在n型吸收体InTe1- xSex的表面上生长N掺杂的石墨烯。细节如图6(c)。
在图6(o)中，放置掩模612以暴露所述接触至图6(n)的阴极324，细节与图6(d)中相同。在图6(p)中，去除掩模606、608和610，以为将取代它们的图6(q)的新掩模腾出地方。为了从覆盖它们的薄膜上释放掩模，可以使用简单的衬套(bushing)来抵抗电磁轴的拉出。
在图6(q)中，将新的掩模606’，608’和610’放置在掩模606、608和610的剩余孔中。掩模606’，608’，610’具有圆锥阀或提升阀(也称为蘑菇阀)的形式。这个想法是允许图6(r)的h-BN层，共形地涂覆掩模606、608和610的剩余孔的垂直表面，但不涂覆这些孔的底部(水平区域)。在垂直壁被电绝缘的同时，只有与电极(阳极或阴极)的目标接触点才暴露出来，以便进一步进行焊盘(padding)。ALD方法以其保形覆盖能力而闻名。因此，当掩模的直径较小时(相对于原始掩模，底部除外)，h-BN层将覆盖并隔离孔的内部垂直表面。
在图6(r)中，在石墨烯电极324上生长h-BN层302以密封设备并用作绝缘体以绝缘图6(p)中剩余孔的垂直表面，形成用于导电通孔的绝缘套筒。h-BN层与图6(b)的层303基本相同。
在图6(s)中，移除所有掩模，打开腔室，并释放长满的(overgrown)晶圆。
在步骤6(t)中，将物理荫阴影掩膜614放置在图6(s)中剩余的孔周围，其暴露出孔和用于金属化焊盘的相邻区域。
在图6(u)中，生长诸如Cu/Ag层616之类的金属合金，其穿透到通孔并在底部与暴露的Gn电极接触。围绕太阳能设备表面上的孔的区域也通过掩模614生长，从而形成用于下一个设备间连接的接触焊盘。生长之后，去除掩模614。
在图6(v)中，准备用于被释放和翻转的太阳能设备的永久性底部基板618。可以预先用金属电路迹线620准备基板，使得设备的焊盘616将适合金属线并与姊妹设备集成。基板618应该是电介质的，但不限于聚合物膜或玻璃制品。它可以是透明的，不透明的或反射的。反射基板可以用作反射镜，以反射在第一次穿过PV电池时未吸收的光子，从而为吸收它们提供了另一个机会。镜材料可以是铝，铜，银，金，氮化钛，氮化锆或这些反射镜的合金。
在图6(w)所示，具有其h-BN表面和裸露的616焊盘的长满的晶圆602耦合到基板618。焊盘616适合基板618的金属电路620并被焊接。焊接后，将固态模板晶圆602从太阳能设备上剥离下来，并放回ALD腔室中以进行再利用。注意，如果晶圆602在其两侧上都是长满的，则将具有第二长满侧的剥离的晶圆引入第二永久晶圆618，并形成另一个太阳能设备。
在图6(x)中，通过将玻璃或聚合物膜放置在多个太阳能设备上来制造顶部层压板622。所述聚合物可以是喷涂的硅树脂，聚碳酸酯片或其他透明且耐用的聚合物。将微金字塔形表面和抗反射涂层合并到顶部层压板622中。注意，在本发明中，在太阳能设备的顶部上没有可能阻挡太阳辐射的穿透和吸收的金属线。
应当理解，以上描述仅旨在用作示例，并且在所附权利要求所限定的本发明的范围内，许多其他实施例也是可能的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电压匹配的太阳能模块，用于将入射的太阳辐射转换为电能，其特征在于：依次包括：
多个晶圆尺寸的多结太阳能设备，每个太阳能设备包括：
第一光伏(PV)电池，其首先接收所述入射的太阳辐射；
电绝缘的透明层；
第二PV电池，其在所述第一PV电池之后接收所述入射的太阳辐射；以及
封装层；及
布线电路，相邻模块尺寸的底部基板，
其中：
所述第一PV电池和所述第二PV电池各包括两个透明电极和p-n结；
所述第一PV电池和所述第二PV电池被对齐以完全重叠并且通过导电通孔电连接到所述布线电路；以及
所述布线电路包括并联电连接并具有近似相同电压的多个串行串。
2.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：所述布线电路包括电连接到所述第一PV电池的至少两个串行串。
3.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：所述电压等于多个太阳能设备中的设备数量乘以所述第二PV电池的开路电压。
4.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：每个太阳能设备包括单片堆叠的多个薄膜，所述多个薄膜包括二维(2D)材料。
5.如权利要求4所述的太阳能模块，其特征在于：所述多个薄膜通过范德华力保持在一起，并且所述2D材料包括半导体、导体和绝缘体中的至少一种。
6.如权利要求4所述的太阳能模块，其特征在于：所述2D材料包括具有非晶、多晶或单晶结构的无机、有机和金属有机材料中的至少一种。
7.如权利要求4所述的太阳能模块，其特征在于：所述2D材料是层状或非层状的结晶膜。
8.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：所述第一PV电池和所述第二PV电池分别吸收短波长和长波长的太阳辐射，并且所述第一PV电池的p-n结的带隙宽于所述第二PV电池的p-n结的带隙。
9.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：所述p-n结包括具有直接带隙跃迁的2D半导体材料。
10.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：所述p-n结包括一起形成II型能带对齐的n-区域和p-区域。
11.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：p-n结包括选自以下族群中的半导体材料，所述族群包括：化学基团V和VI，化学基团I-II-IV-VI，I-III-VI，I-IV-VI，IV-VI，I-VI，II-VI，III-IV，III-V，IV-III-V，IV-VI，V-VI，FeS2和钙钛矿的化合物。
12.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：电极包括二维层状导体，所述二维层状导体选自石墨烯、金属卤化物、金属硫属化物、金属氧化物和金属氮属化物所组成的一族群。
13.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：与n型半导体相邻的导体包括n型材料，与p型半导体相邻的导体包括p型材料。
14.如权利要求1所述的太阳能模块，其特征在于：每个导电通孔被封闭在绝缘套筒内，并以焊盘封端在所述封装层上。
15.如权利要求14所述的太阳能模块，其特征在于：所述导电通孔和所述焊盘包括选自于下列族群中的材料，所述族群由金属、金属合金、石墨烯、金属卤化物、金属硫属化物、金属氧化物和金属氮属化物所组成。
16.如权利要求14所述的太阳能模块，其特征在于：所述电绝缘的透明层和所述绝缘套筒包括至少一种2D材料，所述至少一种2D材料选自六方氮化硼；与卤化物、氧化物、氮化物和金属氮氧化物的准金属和金属。
17.如权利要求1所述的模块，其特征在于：所述底部基板是模块尺寸的柔性或实心片，其将所述太阳能模块与其周围环境屏蔽，并且包括塑料、玻璃、复合材料或涂覆有介电膜的不锈钢。
18.如权利要求1所述的模块，其特征在于：所述底部基板包括金属膜，所述金属膜用于反射未被所述第一PV电池和所述第二PV电池吸收的太阳辐射，以进行再吸收并形成所述布线电路。
19.如权利要求18所述的太阳能模块，其特征在于：所述金属膜包括金属或金属合金，并且被处理以形成所述布线电路，使得大部分的所述金属膜可以用作反射器。
20.如权利要求1所述的模块，其特征在于：还包括模块尺寸的顶部层压板，所述顶部层压板将所述太阳能模块与其周围环境屏蔽，并且包括透明的塑料或玻璃、抗反射涂层和微米级金字塔。
21.如权利要求1所述的模块，其特征在于：所述第二PV电池的p-n结被n-p结代替。
22.如权利要求1所述的模块，其特征在于：所述第一PV电池的p-n结被n-p结代替。
23.一种制造电压匹配的太阳能模块的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)提供模块尺寸的底部基板；
(b)在所述底部基板上沉积布线电路；
(c)提供气相沉积系统，所述气相沉积系统包括原子层沉积(ALD)模式和低压化学气相沉积(LPCVD)模式；
(d)提供晶体学模板处理晶圆；
(e)制造晶圆尺寸的多结太阳能设备，包括金属化；
(f)将所述多结太阳能设备连接至所述底部基板并移除处理晶圆；
(g)重复进行步骤(d)、(e)和(f)，以制造多个太阳能设备；及
(h)在多个太阳能设备上制造并附接顶部层压板。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于：步骤(e)还包括依次的步骤：
(i)进行ALD/LPCVD以形成第一PV电池，还包括以下步骤：
(a)第一透明电极的ALD；
(b)将具有第一形状的挡板放置在所述第一透明电极的一小部分上；
(c)p-n结的n型半导体的种子层的ALD；
(d)p-n结的LPCVD；
(e)第二透明电极的ALD；
(f)将具有第一形状的另一挡板放置在所述第二透明电极的一小部分上；以及
(g)电隔离层的ALD；
(ii)重复步骤(i)以形成额外的PV电池；
(iii)将具有第一形状的多个挡板更换成具有第二形状的多个挡板，所述第二形状小于所述第一形状；
(iv)封装层的ALD，所述封装层包括用于通孔的套筒；
(v)移除所有挡板；
(vi)从所述气相沉积系统中取出处理过的晶圆及其长满层；
(vii)物理遮罩以确定与通孔位置相对应的电焊盘位置；及
(viii)使用物理气相沉积(PVD)来金属化通孔和焊盘。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于：在所述底部基板上沉积布线电路的步骤是：通过从包括光刻和蚀刻、物理掩模沉积和印刷的族群中所选出的技术而来执行的。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于：所述气相沉积系统包括具有能够在受控气氛中生长的ALD模式和LPCVD模式的集束工具或集成工具。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：所述气相沉积系统还包括多个配件：用于旋转所述处理晶圆、用于通过辐射热加热生长膜、以及用于通过远程等离子体、UV灯或激光来激发气体原子或分子。
28.如权利要求23所述的方法，其特征在于：所述晶体学模板处理晶圆包括单晶或外延且长满的单晶，其材料选自于由包括石墨、云母、CaF2、Si、Ge、Ni、Pt、Ir、Ru、GaAs、GaP、MgO、Al2O3、SiC以及Ta、Ti、Zr、Hf和Nb的碳化物所组成的一族群。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于：通过选自包括氢化、氟化、氧化、硫化、氮化、电镀和石墨化的族群中的化学方法来使所述单晶的表面钝化以形成范德华表面。
30.如权利要求24所述的方法，其特征在于：将所述多结太阳能设备连接到所述底部基板的步骤包括：在金属化的所述焊盘与所述布线电路之间形成电接触。
31.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述第一透明电极的ALD步骤之前是进行保护性2D晶体绝缘层的ALD。
32.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述多个挡板包括封装在陶瓷材料中的硬币形磁性材料。
33.如权利要求24所述的方法，其特征在于：在透明电极的范德华表面上外延生长薄半导体种子层，直到获得连续膜为止。
34.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述多个挡板由附接在波纹管轴上的电磁体所操纵。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
下面的参考是针对提交的本申请和WO。
在修改后的请求项1，所述短语“以完全重叠”至少被申请时说明书的第4页最后一行(“上层的p-n结与下层的p-n结完全重叠”)以及第5页第7行(“因为p-n结完全重叠”)所支持。关于审查员在WO文本框V第2.1节中引用文件D2的情况，申请人认为，对权利要求1的这一修改使该权利要求相对于引用的现有技术既新颖又具有创造性。
在修正的权利要求1中，所述短语“具有近似相同电压”至少被申请时说明书第4页倒数第7行(每个上部串52A的输出电压近似等于下部串的电压)及第8页倒数第11行(近似Voc1＝1.8/N伏)所支持。申请人认为，此修正克服了审查员对原始措词(“基本”一词)缺乏明确的异议，如WO第1栏第VIII栏所示。
在以当前形式的修改的权利要求1是可获准的情况下，由此得出的从属权利要求2-22也是可获准的。
在修改后的权利要求19中，所述用语“最少地”已被删除，其是根据审查员在WO第3栏第VIII栏所示中的观察结果。
关于WO的其他方面，非正式评论将在以后提交。
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