[發明專利]具有氧化物隧穿結的太陽能電池

無效

• 申請號: 201110120153.6
• 申請日: 2011-05-04
• 公開（公告）號: CN102263157A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: J·B·衡;游晨濤;徐征;傅建明
• 申請（專利權）人: 美國喜瑞能源公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/062;H01L31/0224
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

相關申請

本發明要求于2010年5月4日提交的、發明人是Jiunn?BenjaminHeng，Chentao?Yu，Zheng?Xu和Jianming?Fu、名稱為“Solar?Cell?withHetero?Tunneling?Junction(HTJ)”、代理人案卷號為SSP?10-1002PSP的美國臨時申請No.61/331,158的權益。

技術領域

本公開總體涉及太陽能電池。更具體而言，本公開涉及基于隧穿結結構的太陽能電池，該隧穿結結構使用電介質材料(例如氧化硅)來形成隧穿層。

背景技術

通過使用化石燃料造成的負面環境影響及其提升的成本已導致對更潔凈、廉價替代能源的急切需求。在不同形式的替代能源中，太陽能因其潔凈性和廣泛可用性而受到青睞。

太陽能電池利用光電效應將光轉換成電。有許多種太陽能電池結構，并且一種典型的太陽能電池包含pn結，該pn結包括p型摻雜層和n型摻雜層。此外，還有不基于pn結的其他類型的太陽能電池。例如，太陽能電池可以基于金屬絕緣體半導體(MIS)結構，該MIS結構包括位于金屬或高導電層與摻雜的半導體層之間的超薄電介質或絕緣界面隧穿層。

在基于pn結的太陽能電池中，被吸收的光產生載流子。這些載流子擴散進入pn結并由內建電場分離，從而產生穿過器件和外部電路系統的電流。在確定太陽能電池質量中的重要度量是其能量轉換效率，其定義為當太陽能電池連接至電路時轉換功率(從被吸收的光轉換成電能)與收集功率的比率。

為了提高轉換效率，太陽能電池結構應當允許光生載流子有效地輸運到電極。載流子損失的重要途徑之一是在電池表面處的少數載流子的復合。因此，優異的表面鈍化對于太陽能電池性能而言是重要的，這是因為它直接影響開路電壓(V_oc)。注意到良好的V_oc意味著使得能夠在更高溫度下獲得更好的太陽能電池性能的良好的溫度系數。對于同質結太陽能電池而言，因存在的自由鍵所導致的在太陽能電池表面處的少數載流子復合可以明顯降低表面鈍化。此外，由摻雜劑擴散形成的較厚、重摻雜發射極層通常導致更差的少數載流子復合以及大幅度減弱短波長響應。諸如Si異質結(SHJ)太陽能電池之類的異質結太陽能電池因無定形Si(a-Si)層和晶態Si(c-Si)基極層之間的固有帶隙偏移而往往具有較好的表面鈍化，帶隙偏移通過形成多數載流子的勢壘來降低表面復合速度。a-Si層通過氫化作用修復已有的Si自由鍵，從而也鈍化c-Si基極層的表面。然而，通常形成發射極的a-Si層是重摻雜的，從而導致表面鈍化降低并導致短波長響應減弱。為了減輕增加的少數載流子表面復合，本征a-Si層可以嵌入重摻雜a-Si層和c-Si基極層之間。

在基于MIS的太陽能電池中，諸如具有特定固定界面電荷的氧化硅之類的絕緣層被嵌入金屬層和半導體層(諸如摻雜的c-Si層)之間，并在摻雜的c-Si中引起反型層。在反型層和c-Si之間的界面處的內建表面電場允許待分開和收集為少數載流子的電荷通過隧穿通過超薄絕緣(或氧化物)層來行進通過高導電空間電荷區域。極低的表面復合速度可以通過反型層的表面鈍化和反型“發射極”層的低缺陷態密度來實現。為了避免引入與載流子隧穿通過厚電介質層相關的高串聯電阻，隧道氧化物層需要低于20或30埃。

圖1A展示示出示例性金屬絕緣體半導體(MIS)太陽能電池(現有技術)的圖。MIS太陽能電池100包括摻雜有一種類型摻雜劑的硅襯底層102、薄絕緣層104、頂部金屬柵106和底部金屬接觸層108。圖1A中的箭頭表示入射的太陽光。

盡管利用小尺度上的基于MIS的太陽能電池可以實現良好的效率，但是難于將基于MIS的太陽能電池按比例增加至可制造的尺寸，這是因為反型層的差的導電性要求用于電流收集的密集金屬柵。此外，在氧化物層中摻雜的銫(Cs)(其被引入以引起反型層)是不穩定的。