[發明專利]光電有源半導體材料以及光電池

無效

• 申請號: 200680050332.4
• 申請日: 2006-12-18
• 公開（公告）號: CN101351894A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: H－J·施特策爾
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 楊曉光;李崢

技術領域

本發明涉及光電池(photovoltaic?cell)以及包括在其中的光電有源(photovoltaically?active)半導體材料。

背景技術

光電有源材料是將光轉換為電能的半導體。這種轉換的基本原理長期以來已經是公知的并且在工業上得到應用。工業應用的太陽能電池大部分基于晶體硅(單晶或多晶)。在p與n導電硅之間的邊界層中，入射光子激發半導體的電子，以致電子從禁帶提升至導帶中。

價帶與導帶之間的能隙高度限制了太陽能電池的最大可能效率。在采用硅的情形中，對于日光照射，該效率大約為30％。另一方面，由于部分載流子通過各種過程進行復合，實際中得到的效率大約為15％，因此不能得到應用。

DE?102?23?744?A1公開了可替換的光電有源材料與包含這些材料的光電池，其顯示出達到一個降低的程度的效率降低損失機制。

硅的能隙為約1.1eV，從而具有非常良好的應用價值。盡管降低能隙的大小會導致更多的載流子被傳送到導帶中，電池電壓卻變低了。相應地，盡管在大能隙下獲得較高的電池電壓，卻可得到較低的可用電流，這是因為存在較少的用于激發的光子。

為了獲得較高的效率，提出了許多配置，例如在串聯電池中將具有不同能隙的半導體串聯的配置。然而，由于其復雜的結構，很難經濟地實現。

一種新的構思包括在能隙內產生中間能級(向上轉換(up-conversion))。在例如Proceedings?of?the?14th?Workshop?on?QuantumSolar?Energy?Conversion-Quantasol?2002，March，17-23，2002，Rauris，Salzburg，Austria，“Improving?solar?cells?efficiencies?by?theup-conversion”，TI.Trupke，M.A.Green，P.Würfel中或“Increasing?theEfficiency?of?Ideal?Solar?Cells?by?Photon?Induced?Transitions?atintermediate?Levels”，A.Luque?and?A.Marti，Phys.Rev.Letters，Vol.78，No.26，June?1997，5014-5017中描述了這種構思。1.995eV的帶隙與0.713eV的中間能級的能量給出了63.17％的計算最大效率。

例如，對于Cd_1-yMn_yO_xTe_1-x或Zn_1-xMn_xO_yTe_1-y系統，已經利用光譜方法確認了這樣的中間能級。這在“Band?anticrossing?in?group?II-O_x?VI_1-xhighly?mismatched?alloys：Cd_1-yMn_yO_xTe_1-x?quaternaries?synthesized?by?Oion?implantation”，W.Walukiewicz?et?al.，Appl.Phys.Letters，Vol.80，No.9，March?2002，1571-1573中以及“Synthesis?and?optical?properties?ofII-O-VI?highly?mismatched?alloys”，W.Walukiewicz?et?al.，J.Appl.Phys.Vol.95，No.11，June?2004，6232-6238中有所描述。在這些研究中，通過用負電性顯著較強的氧離子取代陰離子晶格中的部分碲陰離子，提高帶隙中希望的中間能級。在這種情況下，通過薄膜中的離子注入，使得碲被氧取代。這類物質的顯著缺點是氧在半導體中的溶解度極低。在Appl.Phys.Letters，Vol.80中的上述公開中，給出了10¹⁷O/cm³的值。結果，例如其中y大于0.0001的化合物Zn_1-xMn_xTe_1-yO_y是熱力學不穩定的。