[發明專利]有源太陽能電池和制造方法

無效

• 申請號: 200880017400.6
• 申請日: 2008-04-02
• 公開（公告）號: CN101702951A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 米科·韋內寧
• 申請（專利權）人: 蘇伊諾公司
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 孫志湧;穆德駿

技術領域

本發明涉及太陽能電池的領域。具體來講，本發明涉及用于提高 太陽能電池的效率的器件和方法以及其太陽能電池。

背景技術

太陽能電池的效率目前還很低，因此太陽能與低能源價格的礦物 燃料相比還不具有競爭力。由此，已經提出了很多技術使太陽能電池 更有效率，從而提高太陽能在全球市場中的競爭力。

EP?1724841A1描述了多層的太陽能電池，其中，集成并且一體地 層壓多個太陽能電池模塊，使得不同的敏感波長波段是這樣的：敏感 波長波段的中心波長越短，模塊越靠近日光的入射側設置。該文獻在 這里被引用作為參考。

眾所周知，為了光子被吸收到帶隙中，并由此生成光電流，光子 的能量必須大于或等于帶隙。現有技術中包括EP?1724841A1的現有技 術解決方案具有明顯的缺點：它們不能提供有效率地收集光子的帶隙。 光子布居中的大部分都僅僅作為熱浪費掉了。

發明內容

在研究中的本發明涉及用于有效率地從太陽光收集光子以形成光 電流的系統和方法。本發明的進一步目的在于給出可以設計越來越有 效率的太陽能電池的生產方法。

在本申請中，半導體層被理解為能夠進行光電效應的任意材料或 者包含能夠進行光電效應的任意材料。

本發明的一個方面涉及一種太陽能電池，該太陽能電池包括具有 自然帶隙NB1的半導體層。該半導體層還具有至少一個電極，所述至 少一個電極被設計為產生所述層中的環境(ambient)電壓V1。因此， 進入光子經歷修改的NB1-V1＝B1帶隙，在這里將其稱為表觀帶隙。具 有E＞B1的光子將被吸收到帶隙B1中，并且半導體價帶中的電子將被 激發到導帶上，由此導致光電流。根據本發明，調整表觀帶隙B?1的能 力提供了優化進入光子的收集的巨大力量。

沒有被吸收的光子布居由具有E＜B1的光子組成，該光子具有太 小的能量以至于不被吸收。另外，在電子到光電流的激發過程中，具 有E＞B1的被吸收的光子將僅給出等于表觀帶隙B1的能量。剩余能量 E-B1將被發射作為能量E2＝E-B1的次級光子或者其中能量E2＝E-B1 的根據能量和動量守恒定律和量子力學分布的多光子。具有E＜B1和 E2＝E-B1的這兩組光子屬于次級光子布居。

另外，具有E＞B1的一些光子將沒有被吸收，這是因為它們只是 不能夠找到價電子并與之相互作用。然而，這一小部分將不受帶隙影 響。剩下的E＞B1的數目是與價電子N1和該電子的散射剖面有關的離 子/原子/分子種類的濃度的函數。此外，材料的晶格堆積密度、溫度等 會具有一些影響。在本發明的一個方面中，半導體層中剩余的E＞B1的 這一小部分被最小化。具有E＞B1的該組未被吸收的光子被進一步添加 到次級光子布居。

根據本發明的另一方面，次級光子布居和一些剩余的E＞B1光子 將穿過第一半導體層，并且進入具有自然帶隙NB2的第二半導體層。 該半導體層還可以具有至少一個電極，所述至少一個電極被設計為產 生該層中的環境電壓V2，由此產生表觀帶隙B2＝NB2-V2。環境電壓可 以用于提高或降低價帶中電子的能態。根據本發明，表觀帶隙B2被優 化成產生盡可能多的光電流，并且產生盡可能理想的第二次級光子布 居。

在本發明的另外實施例中，使用具有不同帶隙的多個半導體層。 這些層中的一些可以在其中具有環境電壓。該環境電壓可以由附接到 至少一個電極的電壓發生器產生。在一些實施例中，所收集的光電流 中的一些可以被反饋以提供環境電壓V1、V2。在一些實施例中，具有 或沒有環境電壓的半導體層在它們之間可以具有電絕緣膜或者對于光 子通常是透明的材料。

參照之前所說明的，多個有源(具有環境電壓)和無源(沒有環 境電壓)的半導體層可以放置在彼此之上，從而每層收集某一部分的 太陽光譜或者次級光子布居光譜。因為使用環境電壓允許在調整到太 陽光譜或次級光子布居光譜的想要的部分的過程中的一些自由度，所 以通過收集最大數目的光電流并且產生最小數目的具有E＞最小帶隙的 次級光子，能夠仔細收集整個太陽光譜光子。具有E＞最小帶隙的次級 光子通常作為熱被擴散，這是因為由于沒有光子能夠達到帶隙，因此 光伏系統不能吸收這些光子。