[發明專利]廣角三維太陽能電池

在審

• 申請號: 201380010655.0
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN104396023A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 穆罕默德·內齊爾·達勒;宋長萬
• 申請（專利權）人: 三維太陽能電池公司
• 主分類號: H01L31/047
• 分類號: H01L31/047;H01L31/0236
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒;李德山

背景技術

作為用于產生電力的可再生方式，可由太陽能電池收獲太陽能。太陽能電池通道以光線(也稱為“太陽光線”)的形式接收在太陽中產生的光子。理想地，光子被引導到包含光電壓結(photovoltaic?junction)的半導體主體中。進入光電壓結的耗盡區中的一些光子將在其中被吸收，并且通過吸收而給予的所得能量將導致電子-空穴對。電磁場使得電子被掃向一個電極而空穴被掃到相對的電極。當太陽能電池暴露于太陽時，太陽能的常規注入使得以一定效率相應地產生電力。

存在接近太陽能電池的太陽光子可能不被轉換為電力、從而減少其潛在的電力生成的多種方式。第一種方式是反射離開太陽能電池的表面以回到環境中。例如，通常認為，太陽能電池能夠接收在特定角度范圍內入射在太陽能電池上的太陽能電池。在太陽位置在一天內和一年內改變的情況下，角度越寬，太陽能電池全天接收太陽能越好。

可能降低效率的另一方式是如果太陽光子未能進入半導體主體，或者以不被轉換為電子-空穴對的方式被吸收。即使光子導致電磁對，如果不是在耗盡區中生成該對，則該對也可快速重組。此外，如果在耗盡區中生成電子-空穴對的位置與耦合到半導體主體的電極之間存在相當大的凈電阻，則仍可能減小電力。

因此，太陽能電池技術提出了要解決的大量挑戰。然而，由于其代表了一種供給人類電力需要和需求的潔凈方式，因此太陽能技術的進步具有顯著改進當代和未來世代的環境的潛力。

發明內容

本文中描述的至少一個實施例涉及一種包括半導體主體的三維太陽能電池。半導體主體具有基本上平坦的底表面以及沿著半導體主體的頂側以陣列方式形成的成形溝槽。這樣，朝向半導體主體的頂側延伸的多個柱子由此形成在半導體主體中。光收集材料沿著半導體主體的頂側填充成形溝槽，并且形成了與半導體主體的底表面平行的基本上平坦的光接收頂表面。至少一些溝槽中的每個溝槽被構造成使得在基本上平坦的光接收表面上存在至少一個點，以使得在光線入射在該點上的情況下，如果與進入半導體主體相對地，光線保持在相應溝槽內，則光線將至少在相鄰柱子上的第四次反射之后被重定向向上。

提供該發明內容以便以簡化形式介紹概念的選集，以下在具體實施方式中進一步描述這些概念。該發明內容不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或基本特征，也不旨在用于輔助確定所要求保護的主題的范圍。

附圖說明

為了描述可以獲得上述和其它優點和特征的方式，將參照附圖給出各個實施例的更具體描述。應理解，這些圖僅繪出了樣本實施例，因此不應視為對本發明的范圍的限制，將通過利用附圖以附加的特征和細節來描述和說明實施例，在附圖中：

圖1A示出了三維太陽能電池的第一實施例的橫截面，其中，示出了若干個太陽光線軌跡；

圖1B示出了三維太陽能電池的第一實施例的橫截面，其中，示出了若干個替選太陽光線軌跡；

圖2A示出了三維太陽能電池的第二實施例的橫截面，其中，示出了若干個太陽光線軌跡；

圖2B示出了三維太陽能電池的第二實施例的橫截面，其中，示出了若干個替選太陽光線軌跡；

圖3A示出了第二實施例的橫截面，其中，一個電極沿著每個柱子的上側壁被放置為朝向半導體主體的頂側；

圖3B示出了一個電極位于半導體主體的頂表面上的橫截面；

圖4示出了制造廣角太陽能電池的替選方式的制造步驟；

圖5示出了從對太陽能電池的側面進行包裹而得到的電池結構；

圖6示出了電池的替選橫截面；

圖7A示出了電池的替選橫截面；

圖7B示出了根據圖7A的近似設計而形成的實際溝槽陣列的微觀橫截面視圖；以及

圖7C示出了表示圖7B的進一步放大視圖的微觀橫截面視圖，其中添加了一些測量結果。

具體實施方式

本文中描述的實施例包括具有寬收集角度的三維太陽能電池設計。這樣的寬收集角度可允許太陽能電池也非常高效。所述太陽能電池設計具有兩個方面；一方面是光而另一方面是電。這兩方面有助于高效率。在光方面，可通過減少背反射以及在寬的且可調整的角度范圍內具有入射輻射的更完整捕獲來實現高效率。在電方面，可通過電荷載流子(charge?carrier)的高效收集和提取以及通過保持歐姆損耗(由于觸點和材料而導致該歐姆損耗)非常低來實現高效率。最終，可以以相對低的成本來制造這些設計。在以下部分中描述光和電設計的這兩個方面。

太陽能設計