[發明專利]光吸收層和包括光吸收層的光伏器件

有效

• 申請號: 201780046909.2
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN109496370B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 亨里克·林德斯特倫;喬瓦尼·菲利
• 申請（專利權）人: 埃塞格運營公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01G9/20
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明涉及一種用于光伏器件的光吸收層(1a)，該光吸收層(1a)包含摻雜半導體材料的多個晶粒(2)和由晶粒物理接觸的電荷導電材料制成的電荷導體(3)。晶粒部分地覆蓋有電荷導體(3)使得在晶粒與電荷導體之間形成多個結(4)。本發明還涉及包括該光吸收層(1a)的光伏器件。

技術領域

本發明涉及如太陽能電池等包括光吸收層的光伏器件的領域。本發明還涉及用于光伏器件的光吸收層。

背景技術

光伏器件使用展現光伏效應(photovoltaic effect)的半導體材料提供光向電的轉換。

典型的光伏系統采用各自包括產生電力的許多太陽能電池的太陽能電池板。太陽能電池或光伏器件為直接將陽光轉化成電的裝置。入射于太陽能電池的表面上的光產生電力。太陽能電池具有光吸收層。當光子的能量等于或大于光吸收層中的材料的帶隙時，光子被材料吸收且產生光激發電子。以與基底(base)不同的另一方式摻雜前表面，產生PN結。在照明下，光子被吸收，從而產生在PN結中分離的電子-空穴對(electron-hole pair)。在太陽能電池的背側上，金屬板從基底收集過量的電荷載流子，且在前側上金屬線從發射極(emitter)收集過量的電荷載流子。

硅為太陽能電池中最常用的半導體材料。硅具有若干優點，例如，其為化學穩定的且由于其高的吸收光的能力而提供高效率。標準硅太陽能電池由摻雜硅的薄晶片(wafer)制成。硅晶片的缺點在于其昂貴。

以與基底不同的另一方式摻雜硅晶片的前表面，產生PN結。在生產太陽能電池期間，必須從硅錠切割或鋸割摻雜的硅晶片的許多樣品，然后將硅晶片的樣品電組裝至太陽能電池。因為硅錠必須具有極高的純度并且因為鋸割耗時且產生大量廢料，所以此類太陽能電池的生產是昂貴的。

在常規的太陽能電池的背側上，金屬板從基底收集過量的電荷載流子，并且在前側上金屬柵格和金屬線從發射極收集過量的電荷載流子。因此，常規的硅太陽能電池具有前側接觸發射極。在太陽能電池的前側上使用電流收集柵格和電線的問題在于，在良好的電流收集與光捕獲之間存在取舍。通過增大金屬線的尺寸，導電性提高并且電流收集得到改進。然而，通過增大金屬柵格和電線的尺寸，遮蔽了更多太陽捕獲區域，引起太陽能電池的降低的效率。

此問題的已知解決方案為后接觸太陽能電池(rear contact solar cells)。US2014166095 A1描述了如何制作背接觸背結硅太陽能電池。后接觸太陽能電池通過將前側接觸發射極移動至太陽能電池的后側來實現較高的效率。較高的效率源自對太陽能電池的前側上的減小的遮蔽。存在后接觸太陽能電池的若干配置。例如，在背接觸背結(BC-BJ)硅太陽能電池中，發射極區域(area)及所有布線放置于太陽能電池的背側上，從而導致從太陽能電池的前側有效地移除任何遮蔽組件。然而，這些BC-BJ硅太陽能電池的生產既復雜又昂貴。

WO 2013/149787 A1公開了一種具有后觸點(rear contact)的染料敏化太陽能電池。該太陽能電池包括：多孔絕緣層、包括形成于多孔絕緣層的頂部上的多孔導電金屬層的工作電極、和設置于多孔導電金屬層的頂部上以面向太陽的包含吸附染料的光吸收層。光吸收層包含由TiO₂顆粒的表面上的光吸附染料分子染色的TiO₂金屬氧化物顆粒。染料敏化太陽能電池進一步包括對電極(counter electrode)，該對電極包括設置在多孔絕緣層的相對側上的導電層。電解質填充在工作電極與對電極之間。此太陽能電池的優點在于，其制造容易且快速，因此其生產具有成本效益。此類型的太陽能電池與硅太陽能電池相比的缺點在于，其最大效率較低，這是由于染料分子與硅相比具有較低的吸收光能力的事實。

在染料敏化太陽能電池的另一發展中，已通過將鈣鈦礦用作染料注入的TiO₂層的取代物來增強電池的效率。WO2014/184379公開了一種具有包含鈣鈦礦的光吸收層的染料敏化太陽能電池。使用鈣鈦礦的優點在于，可以達到較高的太陽能電池效率。然而，鈣鈦礦太陽能電池具有若干缺點，例如，其制造方面困難、昂貴、不穩定且對環境有害。