[發(fā)明專利]多結(jié)多頭光伏器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310664921.3
• 申請(qǐng)日: 2013-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN103855236A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞榮浚;穆尼布·沃貝爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 立那工業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/05
• 分類號(hào): H01L31/05;H01L31/0224;H01L31/0328
• 代理公司: 北京華睿卓成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11436
• 代理人: 程淼;彭武

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)與如下美國(guó)專利申請(qǐng)相關(guān)：序列號(hào)12/621497、12/633297、61/266064、12/982269、12/966573、12/967880、61/357429、12/974499、61/360421、12/910664、12/945492、12/966514、12/966535、13/047392、13/048635、13/106851、61/488535、13/288131、13/494661、13/543307和61/563279，這些美國(guó)專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用被整體上結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及多結(jié)(multi-junction)多頭(multi-tab)光伏器件。

背景技術(shù)

光伏器件(也稱為太陽(yáng)能電池)是一種固態(tài)設(shè)備，其通過光伏效應(yīng)將太陽(yáng)光的能量直接轉(zhuǎn)換成電能。電池組被用來(lái)制造太陽(yáng)能模塊，也稱為太陽(yáng)能板。從這些太陽(yáng)能模塊生成的能量(被稱為太陽(yáng)能電力)是太陽(yáng)能源的一個(gè)示例。

光伏效應(yīng)是在暴露于光時(shí)在材料中產(chǎn)生電壓(或相應(yīng)的電流)。雖然光伏效應(yīng)與光電效應(yīng)直接相關(guān)，但是兩種過程不同，應(yīng)區(qū)分開。在光電效應(yīng)中，材料在暴露于足夠能量輻射的情況下在材料表面噴射電子。光伏效應(yīng)的不同在于，所生成的電子在材料內(nèi)的不同帶之間(即，從價(jià)帶到導(dǎo)帶)轉(zhuǎn)移，從而在兩個(gè)電極之間建立電壓。

光伏是一種用于通過使用太陽(yáng)能電池將來(lái)自太陽(yáng)的能量轉(zhuǎn)換成電能來(lái)生成電功率的方法。光伏效應(yīng)指的是太陽(yáng)能光包(light-packets)的光子-敲擊電子成更高能量狀態(tài)，以產(chǎn)生電能。在更高能量狀態(tài)下，電子能夠從它在半導(dǎo)體中與單個(gè)原子相關(guān)聯(lián)的正常位置逃離，以成為電路中的電流的一部分。這些光子包含與太陽(yáng)光譜的不同波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的不同能量多少。當(dāng)光子撞擊PV電池時(shí)，它們可以被反射或吸收，或者它們可以直接穿過。被吸收的光子可以生成電能。術(shù)語(yǔ)光伏指的是光電二極管的無(wú)偏置工作模式，其中穿過器件的電流完全由于光能。實(shí)質(zhì)上，所有光伏器件都是某種類型的光電二極管。

由于太陽(yáng)光具有廣泛的能量譜，因此單個(gè)p-n結(jié)器件在超過一定水平增大吸收方面存在局限。為了克服該局限，已經(jīng)提出利用具有不同帶隙的不同半導(dǎo)體材料分別堆疊多個(gè)p-n結(jié)的方法。這種多結(jié)光伏器件更高效地吸收太陽(yáng)光，并產(chǎn)生比單結(jié)器件更多的電能。在多結(jié)光伏器件中，入射太陽(yáng)光應(yīng)該朝著器件底部穿過較高帶隙材料，然后再穿過降低地較低帶隙材料。這是因?yàn)槎滩ㄩL(zhǎng)需要先被位于光接收側(cè)的高帶隙材料吸收，而較長(zhǎng)波長(zhǎng)是透明的。較長(zhǎng)波長(zhǎng)可以被下面的具有較小帶隙的材料吸收。在多結(jié)光伏器件中的每個(gè)結(jié)被串聯(lián)電連接，并應(yīng)該具有相同的光電流以避免浪費(fèi)。

如圖1A所示，從光進(jìn)入的頂部開始，在優(yōu)選地單半導(dǎo)體晶體中的一系列活動(dòng)層是：高導(dǎo)電p型材料的窗口和抗反射層10；包含為p-型導(dǎo)電性而摻雜的上層區(qū)域14的半導(dǎo)體層12；具有相對(duì)較高帶隙能量的p-n結(jié)16；和下層區(qū)域18，其具有n型高導(dǎo)電透明接觸層20、包含n型上層區(qū)域24的第二半導(dǎo)體層22、具有相對(duì)較低帶隙能量的n-p結(jié)26、和下層p型區(qū)域28。在區(qū)域28的底部連結(jié)有適于連接外部導(dǎo)線32的金屬電極30。

接觸層10和20可以具有與活動(dòng)層12和22相同的材料，但是被更高摻雜。而且，在下層活動(dòng)層28和電極30之間可以存在高導(dǎo)電p型基底層。

到上層窗口10的電接觸是經(jīng)由連結(jié)的金屬電極34來(lái)形成的，該金屬電極34優(yōu)選地是網(wǎng)格，其導(dǎo)體只覆蓋表面區(qū)域的一小部分，保留其余部分對(duì)進(jìn)入光透明。網(wǎng)格34適合連接到外部引線36。

中間引線38通過金屬網(wǎng)格導(dǎo)體40陣列連接到接觸層20，該金屬網(wǎng)格導(dǎo)體40陣列通過例如蒸發(fā)沉積被沉積在孔42中，孔42是穿過窗口層10和上層半導(dǎo)體層12的、通過例如光刻工藝蝕刻而成的。

圖1B示出圖1A的器件的等效電路。穿過兩個(gè)結(jié)的電流方向是相反的。結(jié)不能直接平行連接，因?yàn)樗鼈兩刹煌妷骸?/p>

發(fā)明內(nèi)容

這里描述的光伏器件可操作將光轉(zhuǎn)換成電能，包括：基底、第一結(jié)、第二結(jié)和第三結(jié)；其中，第一結(jié)和第二結(jié)按相反極性排列(即，背對(duì)背)，并且第二結(jié)和第三結(jié)按相反極性排列(即，背對(duì)背)。

根據(jù)一實(shí)施例，第一、第二和第三結(jié)中的至少一個(gè)被紋理化。

根據(jù)一實(shí)施例，該光伏器件還包括直接電連接到第一和第二結(jié)的陽(yáng)極或到第一和第二結(jié)的陰極的第一端子。

根據(jù)一實(shí)施例，該光伏器件還包括直接電連接到第二結(jié)和第三結(jié)的陽(yáng)極或第二結(jié)和第三結(jié)的陰極的第二端子。