[發(fā)明專利]具有絕緣通孔的高效太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780016606.2
• 申請日: 2007-03-10
• 公開（公告）號: CN101443921A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·洛坤;S·考;J·R·希茨;G·A·米勒
• 申請（專利權(quán)）人: 納米太陽能公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所
• 代理人: 屠長存

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子裝置，更具體而言，涉及例如太陽能電池的光電子裝置的制造。

背景技術(shù)

光電子裝置能夠?qū)⑤椛淠苻D(zhuǎn)換成電能，或反過來。這些裝置通常包括夾在兩個電極之間的活性層，這兩個電極有時候被稱為前電極和后電極，其中至少一個電極通常是透明的。該活性層通常包括一種或多種半導(dǎo)體材料。在發(fā)光裝置例如發(fā)光二極管(LED)中，施加到兩個電極之間的電壓會導(dǎo)致電流流過該活性層。該電流導(dǎo)致該活性層發(fā)光。在光致電壓裝置例如太陽能電池中，該活性層從光吸收能量，然后將該能量轉(zhuǎn)換成電能，該電能表現(xiàn)為兩個電極之間的電壓和/或電流。大規(guī)模這樣的太陽能電池的陣列具有取代依靠礦物燃料的燃燒的傳統(tǒng)發(fā)電廠的潛力。然而，為了讓太陽能電池成為對傳統(tǒng)發(fā)電的具有成本效率的取代方式，每瓦特發(fā)電量的成本必須比當前電網(wǎng)費用有競爭力。當前來看，要實現(xiàn)該目標還存在大量技術(shù)挑戰(zhàn)。

大多數(shù)傳統(tǒng)太陽能電池依靠硅基半導(dǎo)體。在典型的硅基太陽能電池中，在p型硅層上沉積n型硅層(有時候被稱為發(fā)射極層)。鄰近p型層和n型層之間的結(jié)吸收的輻射產(chǎn)生電子和空穴。電子被接觸n型層的電極收集，而空穴被接觸p型層的電極收集。由于光線必須到達該結(jié)，所以至少一個電極必須至少部分透明。許多當前的太陽能電池設(shè)計采用例如氧化銦錫(ITO)的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)作為透明電極。

與現(xiàn)有太陽能制造技術(shù)中的另一個問題是，單個光電子裝置僅能夠產(chǎn)生比較小的電壓。因此，通常需要將若干個裝置串聯(lián)電連接以獲得較高電壓，從而可以利用與高壓、低電流操作(例如，利用比較高的電壓經(jīng)電路的功率傳輸，它減小在利用比較高的電流經(jīng)電路進行功率傳輸期間會發(fā)生的電阻性損耗)相關(guān)聯(lián)的有效性。

之前已經(jīng)開發(fā)出若干種設(shè)計來將太陽能電池互連成模塊。例如，早期光致電壓模塊制造者試圖采用“疊瓦式排列(shingline)”方案來互連太陽能電池，其中一個電池的底部放置在下一個電池的頂緣，這類似于在房頂上擺放瓦。不幸的是，焊料和硅晶片材料不兼容。硅和焊料之間不同的熱膨脹系數(shù)和晶片的剛度導(dǎo)致焊料接點隨溫度循環(huán)而過早損壞。

串聯(lián)互連光電子裝置的另一個問題源自與透明電極中采用的TCO關(guān)聯(lián)的高電阻率。該高電阻率限制了串聯(lián)連接的單個電池的尺寸。為了承載從一個電池到下一個電池的電流，透明電極通常會增補形成在TCO層上的總線和指狀件(finger)的導(dǎo)電格柵(grid)。然而，該指狀件和總線產(chǎn)生遮蔽，從而減小電池的總體效率。為了減小因電阻和遮蔽導(dǎo)致的效率損耗，電池必須相對小。因此，必須將大量小電池連接在一起，這需要在電池之間設(shè)置大量互連和更大空間。制造大量小電池的陣列相對較難且昂貴。而且，利用撓性太陽能模塊，疊瓦式排列也不可取，因為大量瓦的互連相對較復(fù)雜、耗時且耗勞力，因此在模塊安裝過程中會增加成本。

為了克服該缺陷，已利用電隔離導(dǎo)電接觸件開發(fā)光電子裝置，其中該電隔離導(dǎo)電接觸件按照以下線路經(jīng)過電池：從透明“前”電極、經(jīng)活性層和“后”電極、到位于后電極下面的電隔離電極。美國專利3,903,427公開了一種在硅基太陽能電池中使用這種接觸件的示例。雖然該技術(shù)沒有減小電阻性損耗以及能夠改進太陽能電池裝置的總體效率，但是硅基太陽能電池的成本依然偏高，這是因為在制造電池時采用真空處理技術(shù)，以及采用厚的單晶體硅晶片的成本偏高。

這導(dǎo)致太陽能電池研究者和制造者開發(fā)不同類型的太陽能電池，以使得和傳統(tǒng)的硅基太陽能電池相比，可以以更加低廉的成本和更大的規(guī)模制造太陽能電池。這種太陽能電池的示例包括：具有包括硅(例如，用于無定形、微晶體或多晶體硅電池)、有機低聚物或聚合物(用于有機太陽能電池)、雙分子層或穿插層(interpenetrating)或無機和有機材料(用于混合有機/無機太陽能電池)、液體或凝膠基電解質(zhì)中的染色敏化氧化鈦納米顆粒(用于Graetzel電池)、銅銦鎵硒(用于CIG太陽能電池)的活性吸收劑層的電池；其活性層包括CdSe、CdTe及上述的組合物的電池，其中活性材料以包括但是不限于下述形式的若干形式的任一形式存在：塊體(bulk)材料、微顆粒、納米顆粒或量子點。許多這些類型的電池能夠構(gòu)造在撓性基底(例如，不銹鋼箔片)上。雖然能夠在非真空環(huán)境中制造這些類型的活性層，但是電池內(nèi)和電池間電連接通常需要真空沉積一個或多個金屬導(dǎo)電層。