[發明專利]光伏電池及其制造方法

在審

• 申請號: 201480053392.6
• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN105637656A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 費迪南德·帕托爾斯基;阿隆·科斯洛夫
• 申請（專利權）人: 特拉維夫大學拉莫特有限公司
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/0352;H01L31/18;H01L31/0687;H01L31/0745;H01L21/02
• 代理公司: 北京京萬通知識產權代理有限公司 11440
• 代理人: 齊曉靜

相關申請

本申請要求2013年8月18日提交的美國臨時專利申請號61/867,082的優 先權的權益，所述申請的內容以引用的方式整體并入本文。

技術領域和背景技術

本發明在其一些實施方案中涉及光電子學，并且更具體地但非排他地說涉 及一種光伏電池及其制造方法。

光伏(PV)電池或太陽能電池是光電子裝置，其中入射光子能量諸如陽光被 轉換成電能。PV電池的重要性通過石油的增加的成本、污染對人健康和環境 的不利影響以及石油儲量的未來消耗的前景而得到定義。硅、砷化鎵和多結裝 置正在研發之中。

常規的PV電池可以是在陽光存在下能夠產生電的p-n結二極管。所述PV 電池往往由摻雜有元素周期表上的第III族或第V族元素的晶體硅(例如，多晶 硅)制成。當將這些摻雜原子添加到硅中時，它們取代晶格中的硅原子，并且以 與原始在那里的硅原子幾乎相同的方式與鄰近硅原子結合。然而，由于這些摻 雜劑不具有與硅原子相同的價電子數，晶格中變得存在額外電子或空穴。在吸 收攜帶與硅的帶隙能量至少相同的能量的光子之后，電子變得自由。電子和空 穴自由地在固體硅材料周圍移動，從而使得硅導電。吸收事件越靠近p-n結， 電子-空穴對的遷移率越大。

常規PV電池通過將半導體p-n結夾在光透射電極與附加電極之間來制造。 當光子在適當的偏置電壓下進入到p-n結中時，發生電子-空穴分離并且出現光 電流。

常規的多結PVC(又稱為串疊型電池)包括多個p-n結，每個結包含不同的 帶隙材料。多結PVC是相對高效的，并且可以吸收大部分太陽光譜。多結電池 可以外延生長，其中較大的帶隙結處在較低的帶隙結的頂部上。

發明內容

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供了一種光伏電池，其包括：活 性區，所述活性區具有相對于導電襯底垂直對齊的多個間隔開的細長納米結 構，其中每個細長納米結構具有通過電磁波譜內的帶隙表征的至少一個p-n結， 并且被與襯底電隔離的導電層涂布；以及電子電路，所述電子電路用于從襯底 和導電層引出響應于入射在活性區上的光而產生的電流和/或電壓。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供了一種收獲太陽能的方法，其 包括：使光伏電池的活性區暴露于太陽輻射，所述活性區具有相對于導電襯底 垂直對齊的多個間隔開的細長納米結構，其中每個細長納米結構具有通過電磁 波譜內的帶隙表征的至少一個p-n結，并且被與襯底電隔離的導電層涂布；以 及從活性區引出響應于太陽輻射的電流和/或電壓。

根據本發明的一些實施方案的一方面，提供一種制造光伏電池的方法，其 包括：在導電襯底上生長相對于所述襯底垂直對齊的多個間隔開的細長納米結 構，并且具有通過電磁波譜內的帶隙表征的至少一個p-n結；在細長納米結構 的基準面處將電絕緣層施加在襯底上；以及使細長納米結構的至少一部分中的 每一個涂布有導電層，所述導電層通過電絕緣層而與所述襯底電隔離。

根據本發明的一些實施方案，在光伏電池中，導電層包含金屬。

根據本發明的一些實施方案，導電層包含金屬硅化物。

根據本發明的一些實施方案，硅化物包括選自由以下組成的組的至少一種 硅化物：硅化鈷、硅化鈀、硅化鉑、硅化鐵、硅化鈦以及硅化鎢。

根據本發明的一些實施方案，至少一個p-n結包括多個p-n結。

根據本發明的一些實施方案，至少一個p-n結包括以芯殼關系大體同心地 布置的p型區和n型區。

根據本發明的一些實施方案，p型區和n型區中的至少一些在其間是漸變 的。

根據本發明的一些實施方案，至少一個p-n結包括被布置來形成多個大體 同心殼的多個p型區和n型區，其中p型區和n型區中的至少一些是由A_xB_1-x化合物制成，其中x是0至1，其中A和B是不同的半導體元素，并且其中x 的值隨著以下至少一項逐漸變化：(i)相應的細長納米結構的徑向方向以及(ii) 相應的細長納米結構的軸向方向。

根據本發明的一些實施方案，細長納米結構的至少一部分中的每一個包括 軸向漸變芯體，所述軸向漸變芯體被選擇來限制電荷載流子沿所述芯體的單方 向軸向運動。

根據本發明的一些實施方案，細長納米結構的至少一部分中的每一個包括 多個同心殼和軸向漸變芯體，所述軸向漸變芯體被選擇來限制電荷載流子沿所 述芯體的單方向軸向運動。