[發明專利]具有改善的隧道結的串列太陽能電池

有效

• 申請號: 201280026863.5
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN103563091A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: A·阿布-坎蒂爾;K·E·弗格爾;A·J·洪;J·吉姆;D·K·薩達納
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L31/00
• 分類號: H01L31/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李曉芳

技術領域

本發明涉及光伏裝置，更具體地涉及用于經由改善的隧道結形成來改善性能的裝置及方法。

背景技術

太陽能裝置使用光伏電池產生電流。太陽光中的光子撞擊太陽能電池或面板且由諸如硅的半導體材料吸收。載流子獲得能量以允許該等載流子流動穿過材料以產生電。因此，太陽能電池將太陽能轉換成可用的電量。

當光子撞擊一塊硅時，光子可透射穿過硅，光子可由表面反射，或者若光子能高在硅的能帶間隙值，則光子可由硅吸收。根據能帶結構，這產生電子空穴對且有時產生熱。

當光子被吸收時，光子的能量傳給晶格中的載流子。可將價帶中的電子激發進入導帶，在導帶中該等電子可在半導體中自由移動。由電子是其一部分的化學鍵形成空穴。該等空穴可移動穿過晶格，產生移動的電子空穴對。

光子僅需要與能帶間隙相比具有更大能量以將電子自價帶激發進入導帶。因為太陽能輻射由與硅的能帶間隙相比具有更大能量的光子組成，所以太陽能電池將吸收更高能量光子，其中一些能量（高在能帶間隙）被轉化成熱而非可用的電能。

為提高太陽能電池的效率，已開發多結電池。多結電池包堆疊在彼此上的兩個或兩個以上電池。透射穿過頂部電池的任何輻射具有被更低電池吸收的可能性。太陽能電池可包括具有一個或多個隧道結的薄膜硅結構。在多結電池中，堆疊多個結，產生在彼此上生長結材料的需要。在使用硅材料的情況下，用于串列電池的隧道結可受益在更低的硅的電阻相。盡管如此，在非晶相模板上形成超薄型微晶相極具挑戰。由在結晶失敗，因此在非晶相上使用微晶相的設計經常降低電池效率。

發明內容

光伏裝置及用于制造光伏裝置的方法包括以下步驟：在透射式襯底上形成吸收光的半導體結構，該半導體結構包括第一摻雜層；及在第一摻雜層上形成本征層，其中本征層包括非晶材料。用等離子體處理本征層以形成晶種位點。通過從晶種位點生長微晶在本征層上形成第一隧道結層。

用于制造光伏裝置的方法包括通過以下步驟形成第一光伏電池：在透射式襯底上形成透明導體；在透明導體上形成第一摻雜層；在第一摻雜層上形成本征層，其中本征層包括非晶材料；用等離子體處理本征層以形成晶種位點；通過從晶種位點生長微晶在本征層上形成第一隧道結層；及通過以下步驟形成第二光伏電池：形成具有與第一隧道結層相反極性的第二隧道結層、由具有與第一電池不同的能帶間隙的材料形成的相應本征層及形成在相應本征層上的第二摻雜層。

光伏裝置包括吸收光的半導體結構，該半導體結構包括第一摻雜層、本征層及第一隧道結層，本征層包括非晶材料相。本征層與第一隧道結層之間的分界面包括使能第一隧道結層及第二隧道結層的微晶生長的晶種層。

本文的說明性實施例的下列詳細描述將使這些及其他特征及優點變得明顯，將結合附圖閱讀該詳細描述。

附圖說明

本公開將參考下列圖提供優選實施例的下列詳細描述，其中：

圖1為根據一個說明性實施例的光伏裝置的剖視圖；

圖2A為部分制造光伏裝置的剖視圖，圖示根據一個說明性實施例形成在襯底上的透明導電氧化物；

圖2B為圖2A的部分制造光伏裝置的剖視圖，圖示根據一個說明性實施例形成的第一摻雜層；

圖2C為圖2B的部分制造光伏裝置的剖視圖，圖示根據一個說明性實施例的非晶本征層，該非晶本征層形成在第一摻雜層上且由等離子體處理以形成晶種位點；

圖2D為圖2C的部分制造光伏裝置的剖視圖，圖示根據一個說明性實施例形成在非晶本征層的晶種層上的第二摻雜層（隧道結）；

圖2E為圖2D的部分制造光伏裝置的剖視圖，圖示根據一個說明性實施例形成在第三摻雜層（隧道結）上的另一本征層；

圖3A為顯示根據本發明原理的電池性能（以效率百分數計量）對電池的隧道結的H⁺處理時間（以秒計量）的條形圖；

圖3B為圖示根據本發明原理的電池性能（使用占空因子）對電池的隧道結的H⁺處理時間（以秒計量）的條形圖；

圖3C顯示根據本發明原理的對于不同H₂等離子體處理時間及摻雜率，電流密度對電壓的曲線；及

圖4為顯示根據本發明原理用于制造光伏裝置的方法的方塊/流程圖。

具體實施方式