光伏电池及其制造方法技术

公开了一种光伏电池装置，所述装置包括：活性区，其具有相对于导电衬底垂直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构具有通过电磁波谱内的带隙表征的至少一个p-n结，并且被与所述衬底电隔离的导电层涂布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2013年8月18日提交的美国临时专利申请号61/867,082的优先权的权益，所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。
和
技术介绍
本专利技术在其一些实施方案中涉及光电子学，并且更具体地但非排他地说涉及一种光伏电池及其制造方法。光伏(PV)电池或太阳能电池是光电子装置，其中入射光子能量诸如阳光被转换成电能。PV电池的重要性通过石油的增加的成本、污染对人健康和环境的不利影响以及石油储量的未来消耗的前景而得到定义。硅、砷化镓和多结装置正在研发之中。常规的PV电池可以是在阳光存在下能够产生电的p-n结二极管。所述PV电池往往由掺杂有元素周期表上的第III族或第V族元素的晶体硅(例如，多晶硅)制成。当将这些掺杂原子添加到硅中时，它们取代晶格中的硅原子，并且以与原始在那里的硅原子几乎相同的方式与邻近硅原子结合。然而，由于这些掺杂剂不具有与硅原子相同的价电子数，晶格中变得存在额外电子或空穴。在吸收携带与硅的带隙能量至少相同的能量的光子之后，电子变得自由。电子和空穴自由地在固体硅材料周围移动，从而使得硅导电。吸收事件越靠近p-n结，电子-空穴对的迁移率越大。常规PV电池通过将半导体p-n结夹在光透射电极与附加电极之间来制造。当光子在适当的偏置电压下进入到p-n结中时，发生电子-空穴分离并且出现光电流。常规的多结PVC(又称为串叠型电池)包括多个p-n结，每个结包含不同的带隙材料。多结PVC是相对高效的，并且可以吸收大部分太阳光谱。多结电池可以外延生长，其中较大的带隙结处在较低的带隙结的顶部上。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种光伏电池，其包括：活性区，所述活性区具有相对于导电衬底垂直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构具有通过电磁波谱内的带隙表征的至少一个p-n结，并且被与衬底电隔离的导电层涂布；以及电子电路，所述电子电路用于从衬底和导电层引出响应于入射在活性区上的光而产生的电流和/或电压。根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种收获太阳能的方法，其包括：使光伏电池的活性区暴露于太阳辐射，所述活性区具有相对于导电衬底垂直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构具有通过电磁波谱内的带隙表征的至少一个p-n结，并且被与衬底电隔离的导电层涂布；以及从活性区引出响应于太阳辐射的电流和/或电压。根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供一种制造光伏电池的方法，其包括：在导电衬底上生长相对于所述衬底垂直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，并且具有通过电磁波谱内的带隙表征的至少一个p-n结；在细长纳米结构的基准面处将电绝缘层施加在衬底上；以及使细长纳米结构的至少一部分中的每一个涂布有导电层，所述导电层通过电绝缘层而与所述衬底电隔离。根据本专利技术的一些实施方案，在光伏电池中，导电层包含金属。根据本专利技术的一些实施方案，导电层包含金属硅化物。根据本专利技术的一些实施方案，硅化物包括选自由以下组成的组的至少一种硅化物：硅化钴、硅化钯、硅化铂、硅化铁、硅化钛以及硅化钨。根据本专利技术的一些实施方案，至少一个p-n结包括多个p-n结。根据本专利技术的一些实施方案，至少一个p-n结包括以芯壳关系大体同心地布置的p型区和n型区。根据本专利技术的一些实施方案，p型区和n型区中的至少一些在其间是渐变的。根据本专利技术的一些实施方案，至少一个p-n结包括被布置来形成多个大体同心壳的多个p型区和n型区，其中p型区和n型区中的至少一些是由AxB1-x化合物制成，其中x是0至1，其中A和B是不同的半导体元素，并且其中x的值随着以下至少一项逐渐变化：(i)相应的细长纳米结构的径向方向以及(ii)相应的细长纳米结构的轴向方向。根据本专利技术的一些实施方案，细长纳米结构的至少一部分中的每一个包括轴向渐变芯体，所述轴向渐变芯体被选择来限制电荷载流子沿所述芯体的单方向轴向运动。根据本专利技术的一些实施方案，细长纳米结构的至少一部分中的每一个包括多个同心壳和轴向渐变芯体，所述轴向渐变芯体被选择来限制电荷载流子沿所述芯体的单方向轴向运动。根据本专利技术的一些实施方案，所述带隙处在可视区域内。根据本专利技术的一些实施方案，所述带隙处在紫外线区域内。根据本专利技术的一些实施方案，所述带隙处在红外线区域内。根据本专利技术的一些实施方案，细长纳米结构中的至少一个是单晶异质结构。根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种包括多个光伏电池的光伏系统。除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和/或科学术语具有与本专利技术所属领域的普通技术人员普遍理解的相同含义。虽然与本文描述的方法和材料类似或等效的方法和材料可以用于实践或测试本专利技术的实施方案，但下文描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，将以包括定义的本专利说明书为准。此外，材料、方法和实施例仅是说明性的，并且不意图进行必要的限制。本专利技术的实施方案的方法和/或系统的实现方式可以包括手动地、自动地或以其组合的方式执行或完成所选任务。另外，根据本专利技术的方法和/或系统的实施方案的实际仪器和设备，若干所选任务可以通过硬件、通过软件或通过固件或通过其组合使用操作系统来实现。例如，用于执行根据本专利技术的实施方案的若干任务的硬件可以实现为芯片或电路。对于软件，根据本专利技术的实施方案的若干任务可以实现为通过计算机使用任何合适的操作系统来执行的多个软件指令。在本专利技术的一个示例性实施方案中，根据如本文所述的方法和/或系统的示例性实施方案的一项或多项任务通过数据处理器诸如用于执行多个指令的计算平台来执行。任选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储体，例如，磁性硬盘和/或可移动介质。任选地，还提供网络连接。任选地也提供显示器和/或用户输入装置诸如键盘或鼠标。附图说明本文参考附图仅通过举例描述本专利技术的一些实施方案。现特别参考详细附图，强调的是，所示细节仅仅是举例以及出于说明性论述本专利技术的实施方案的目的。在此方面，结合附图的描述使得本领域技术人员清楚明白可以如何实践本专利技术的实施方案。在附图中：图1是根据本专利技术的一些实施方案的光伏电池装置的示意性图示；图2A是根据本专利技术的一些实施方案的具有沿轴向方向串联地布置的p型区和n型区的序列的纳米结构的示意性图示；图2B是根据本专利技术的一些实施方案的具有以芯壳关系大体同心地布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电池，其包括：活性区，其具有相对于导电衬底垂直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构具有通过电磁波谱内的带隙表征的至少一个p‑n结，并且被与所述衬底电隔离的导电层涂布；以及电子电路，其用于从所述衬底和所述导电层引出响应于入射在所述活性区上的光而产生的电流和/或电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.18 US 61/867,0821.一种光伏电池，其包括：
活性区，其具有相对于导电衬底垂直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，
其中每个细长纳米结构具有通过电磁波谱内的带隙表征的至少一个p-n结，并
且被与所述衬底电隔离的导电层涂布；以及
电子电路，其用于从所述衬底和所述导电层引出响应于入射在所述活性区
上的光而产生的电流和/或电压。
2.根据权利要求1所述的光伏电池，其中所述导电层包含金属。
3.根据权利要求1所述的光伏电池，其中所述导电层包含金属硅化物。
4.根据权利要求3所述的光伏电池，其中所述硅化物包括硅化镍。
5.根据权利要求3所述的光伏电池，其中所述硅化物包括选自由以下组成
的组的至少一种硅化物：硅化钴、硅化钯、硅化铂、硅化铁、硅化钛以及硅化
钨。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的光伏电池，其中所述至少一个p-n结
包括多个p-n结。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏电池，其中所述至少一个p-n结
包括以芯壳关系大体同心地布置的p型区和n型区。
8.根据权利要求7所述的光伏电池，其中所述至少一个p-n结包括被布置
来形成多个大体同心壳的多个p型区和n型区。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的光伏电池，其中所述p型区和所述
n型区中的至少一些在其间是渐变的。
10.根据权利要求9所述的光伏电池，其中所述p型区和所述n型区中的
至少一些是由AxB1-x化合物制成，其中x是0至1，其中A和B是不同的半导
体元素，并且其中所述渐变由逐渐变化的值x来表征，x为以下至少一项的函
数：(i)所述相应的细长纳米结构的径向方向；(ii)所述相应的细长纳米结构的
轴向方向。
11.根据权利要求1所述的光伏电池，其中所述至少一个p-n结包括被布
置来形成多个大体同心壳的多个p型区和n型区，其中所述p型区和所述n型
区中的至少一些是由AxB1-x化合物制成，其中x是0至1，其中A和B是不同
的半导体元素，并且其中x的值为以下至少一项的函数：(i)所述相应的细长纳

\t米结构的径向方向；(ii)所述相应的细长纳米结构的轴向方向。
12.根据权利要求10所述的光伏电池，其中A是硅，并且B是锗。
13.根据权利要求2-12中任一项所述的光伏电池，其中所述细长纳米结构
的至少一部分中的每一个包括轴向渐变芯体，所述轴向渐变芯体被选择来限制
电荷载流子沿所述芯体的单方向轴向运动。
14.根据权利要求1所述的光伏电池，其中所述细长纳米结构的至少一部
分中的每一个包括多个同心壳和轴向渐变芯体，所述轴向渐变芯体被选择来限
制电荷载流子沿所述芯体的单方向轴向运动。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的光伏电池，其中所述带隙处在可视
区域内。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的光伏电池，其中所述带隙处在紫外
线区域内。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的光伏电池，其中所述带隙处在红外
线区域内。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的光伏电池，其中所述细长纳米结构
中的至少一个是单晶异质结构。
19.一种包括多个光伏电池的光伏系统，每一个光伏电池是根据权利要求
1-18中任一项所述的光伏电池。
20.一种收获太阳能的方法，其包括：
使光伏电池的活性区暴露于太阳辐射，所述活性区具有相对于导电衬底垂
直对齐的多个间隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构具有通过电磁波
谱内的带隙表征的至少一个p-n结，并且所述活性区被与所述衬底电隔离的导
电层涂布；以及
从所述活性区引出响应于所述太阳辐射的电流和/或电压。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述导电层包含金属。
22.根据权利要求20和21中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：费迪南德·帕托尔斯基，阿隆·科斯洛夫，
申请(专利权)人：特拉维夫大学拉莫特有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL