[其他]基于碳納米管的太陽(yáng)能電池及形成其的設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201090000947.8
• 申請(qǐng)日: 2010-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202839630U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: O·那拉瑪蘇;C·蓋伊;V·L·普施帕拉吉;K·K·辛格;R·J·維瑟;M·A·孚德;R·霍夫曼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/042
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/042
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陸勍

交互參照的相關(guān)申請(qǐng)?

本申請(qǐng)主張受益于2009年6月10日提出申請(qǐng)的61/185,928號(hào)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及2010年2月11日提出申請(qǐng)的61/303,617號(hào)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)。?

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型大體上關(guān)于太陽(yáng)能電池，更具體而言，是關(guān)于包含碳納米管的太陽(yáng)能電池。?

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池包含吸收層，在此處，光子被吸收并且產(chǎn)生電子空穴對(duì)。平面薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層需要厚得足以使多數(shù)入射的光子被捕捉，但不至于厚得讓所有由光子吸收而產(chǎn)生的電荷載流子在他們抵達(dá)太陽(yáng)能電池電極且產(chǎn)生光電流之前要么復(fù)合要么被捕集。該結(jié)果在該二個(gè)相對(duì)效應(yīng)之間難以具有折衷方案，且此類(lèi)電池的效能無(wú)法最佳化。?

吸收層可包含以下材料，諸如：硅（微晶硅及非晶硅）、其他硅基材料（諸如SiGe及碳摻雜微晶硅）、銅銦硒（CIS）、銅銦鎵硒（CIGS）、Cu(In,Ga)(S,Se)₂(CISSe)及各種二六族二元化合物及三元化合物。然而吸收層經(jīng)常是具有嚴(yán)重影響太陽(yáng)能裝置效能的復(fù)合位置密度的缺陷材料。需要減少電子空穴對(duì)的復(fù)合（在此亦指電荷載流子的衰減）以提供更有效能的太陽(yáng)能電池。?

再者，對(duì)非晶硅太陽(yáng)能電池而言，存在一種額外的問(wèn)題，稱(chēng)作Staebler-Wronski效應(yīng)，這個(gè)效應(yīng)是在一段時(shí)間內(nèi)性能的退化，且該退化對(duì)于愈厚的非晶硅膜而言會(huì)愈大。例如，300nm的非晶硅膜可于電池效能中產(chǎn)生10-12%的光誘導(dǎo)退化，更甚者，隨著膜厚度增加，退化會(huì)以指數(shù)式增加至約30%。然而，基于非晶硅的太陽(yáng)能電池的光誘導(dǎo)退化不僅視厚度而定，亦視非晶硅的生長(zhǎng)速率、沉積參數(shù)等而定。而微晶硅膜即使在結(jié)晶度比例低時(shí)，仍產(chǎn)?生較少（1-2%）的光誘導(dǎo)退化。?

已藉由產(chǎn)生三維太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)而實(shí)行改良太陽(yáng)能電池，在該結(jié)構(gòu)中，吸收層形成于非平面的表面上，諸如具有抬升的微米尺度的柱狀物或脊?fàn)钗锏谋砻妗４伺渲萌菰S相較于平面配置，在給定的吸收層厚度上具有較大的光吸收度。雖已獲得此大有可為的結(jié)果以用于此類(lèi)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，然而這些電池的制造難以用于工業(yè)規(guī)模上。在此需要更可制造的高效能太陽(yáng)能電池及用于形成該電池的方法及設(shè)備。?

實(shí)用新型內(nèi)容

大體而言，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種具有碳納米管（CNT）的太陽(yáng)能電池，這些碳納米管用于：界定太陽(yáng)能電池的微米/次微米幾何尺寸；及/或做為電荷傳輸體，以有效地從吸收層移除電荷載流子以減少吸收層中的電子空穴復(fù)合速率。CNT的密度可受控制且CNT可圖案化成例如為束狀物。?

本實(shí)用新型的方法可包括（但不限于）將CNT結(jié)合進(jìn)入吸收材料以有效移除空穴，其中該吸收材料可為諸如硅（微晶硅及非晶硅）、其他硅基材料（諸如SiGe及碳摻雜微晶硅）、銅銦硒（CIS）、銅銦鎵硒（CIGS）、Cu(In,Ga)(S,Se)₂(CISSe)及各種二六族二元化合物及三元化合物。再者，CNT的密度及對(duì)準(zhǔn)情況可受控制以最佳化太陽(yáng)能電池效能，包括改善光吸收層中的光捕集。本實(shí)用新型的概念不限于使用CNT，而可應(yīng)用至大體上具有電荷傳導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)（諸如對(duì)準(zhǔn)及非對(duì)準(zhǔn)的納米棒及納米線(xiàn)）的太陽(yáng)能電池吸收層。再者，本實(shí)用新型的概念可應(yīng)用至太陽(yáng)能電池，其大體上包括多結(jié)太陽(yáng)能電池。?

根據(jù)本實(shí)用新型的多個(gè)方面，一種太陽(yáng)能電池包含：導(dǎo)電層；多個(gè)金屬催化劑粒子，附著于該導(dǎo)電層；多個(gè)碳納米管，形成于這些金屬催化劑粒子上；以及光活性吸收層，其形成于該導(dǎo)電層上，該光活性吸收層包覆這些碳納米管，其中這些碳納米管提供導(dǎo)電路徑以供產(chǎn)生在該吸收層中的電荷載流子流出該吸收層。碳納米管可呈垂直對(duì)準(zhǔn)，而垂直于該導(dǎo)電層。碳納米管的密度可在每平方米10¹¹至10¹⁶個(gè)的范圍內(nèi)－大體上在任何給定面積中，碳納米管覆蓋率僅2-13%。碳納米管可滲透吸收層達(dá)5%至95%的吸收層厚度，且在某些實(shí)施例中，對(duì)吸收層的滲透達(dá)吸收層厚度的50%至80%。碳納米管可為單壁、雙壁或多壁?碳納米管。電荷載流子可為空穴。?