[發明專利]具有改進的吸收材料的串疊型太陽能電池

無效

• 申請號: 201280010920.0
• 申請日: 2012-01-26
• 公開（公告）號: CN103403876A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: O·古納萬;金志煥;D·B·米茨;D·K·薩達那;T·K·托多洛夫
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L31/0256
• 分類號: H01L31/0256
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 賀月嬌;于靜

技術領域

本發明涉及太陽能電池，更具體地涉及串疊型（tandem）太陽能電池器件以及實現更高收集效率的方法。

背景技術

太陽能電池利用光伏電池產生電流。太陽光中的光子射到太陽能電池或面板上并且被諸如硅的半導體材料吸收。電子獲得允許其流過所述材料以產生電力的能量。

當光子射到硅上時，光子可以透射通過硅，并且光子可以反射離開表面，或者如果光子能量大于硅帶隙值，光子可以被硅吸收。這產生電子空穴對，并且有時候產生熱，取決于帶結構。當光子被吸收時，其能量被給予晶格中的電子。價帶中的電子可以被激發到導帶中，在導帶中這些電子在半導體中自由移動。（一個或多個）電子構成其部分的鍵形成空穴。這些空穴可以移動通過晶格，產生可移動的電子-空穴對。

光子只需要具有比帶隙能量更大的能量來將電子從價帶激發到導帶中。由于太陽輻射包含能量大于硅的帶隙的光子，較高能量的光子將被太陽能電池吸收，其中（高于帶隙）的一些能量轉換成熱而不是轉換成可用的電能。

太陽能電池可以以填充因子（FF）描述。FF是最大功率點（P_m）除以開路電壓（V_oc）和短路電流（J_sc）的比值：填充因子直接受到電池的串聯電阻和并聯電阻的值影響。增加并聯電阻（R_sh）以及減小串聯電阻（R_s）將導致更高的填充因子，由此得到更高的效率，并且將電池的輸出功率更近地朝向其理論最大值推動。在當前能量環境中，光伏電池器件的增加的效率極其重要。

為了增加效率，已經采用串疊型電池，其中第一太陽能電池與第二太陽能電池集成。這種電池通常采用基于微晶硅的底部電池，該底部電池包括用于電池的p摻雜層、本征層和n摻雜層的微晶硅。這些類型的電池受到在制造期間生長速率緩慢的困擾。對于1.5微米的厚度，高質量微晶電池的生長速率可為約2-3埃/秒，并且可花費1-2小時來生長微晶硅。這導致較高的成本。此外，由于這種器件中的頂部電池也包括一種形式的硅，在頂部電池和底部電池之間共享的電流過多，例如，串疊型器件的Jsc常常小于單個電池的Jsc。

Cu(In，Ga)(S，Se)₂（CIGS）類型的薄膜材料盡管高效，但是包含稀有的銦金屬，銦金屬預期在未來大規模光伏器件生產中是高成本且供應短缺的——因用于薄膜顯示器生產的增長的銦消費而進一步惡化的問題。已經提出諸如Cu₂S和CdTe的其它材料作為吸收材料，但是同時Cu₂S受到器件穩定性低的困擾，稀有的碲和有毒的鎘限制了CdTe的使用。

發明內容

一種光敏器件和方法包括具有N型層、P型層和它們之間的頂部本征層的頂部電池。底部電池包括N型層、P型層和它們之間的底部本征層。所述底部本征層包括含Cu-Zn-Sn的硫族化物。

一種光敏器件包括具有N型層、P型層和它們之間的頂部本征層的頂部電池。底部電池具有N型層、P型層和它們之間的底部本征層。所述底部本征層包括含Cu-Zn-Sn的硫族化物化合物，該化合物具有鋅黃錫礦（kesterite）結構的化學式：Cu_2-xZn_1+ySn(S_1-zSe_z)_4+q，其中0≤x≤1；0≤y≤1；0≤z≤1；-1≤q≤1，其中z被控制以將所述底部電池的帶隙調整為小于所述頂部電池的帶隙。

一種制造串疊型光伏器件的方法，包括：形成具有N型層、P型層和它們之間的底部本征層的底部電池，其中所述底部本征層包括含Cu-Zn-Sn的硫族化物；以及在所述底部電池之上形成頂部電池以形成串疊型電池，所述頂部電池具有N型層、P型層和它們之間的頂部本征層。

從以下對其示例性實施例的詳細描述中，這些和其它特征及優點將變得顯而易見，所述詳細描述要結合附圖閱讀。

附圖說明

本公開將參考以下附圖在優選實施例的以下描述中提供細節，在附圖中：

圖1是根據本發明原理的示例性串疊型電池器件結構的橫截面視圖；

圖2A是常規串疊型電池的頂部電池和底部電池的外部量子效率（EQE）與波長的關系的繪圖；

圖2B是根據本發明原理的串疊型電池的頂部電池和底部電池的外部量子效率（EQE）與波長的關系的繪圖；以及

圖3是示出根據本發明原理的制造串疊型電池的方法的流程圖。

具體實施方式