公开了一种超高效的单结和多结薄膜太阳能电池。本公开还涉及基板无损伤外延剥离（ELO）工艺，其对于基板采用无粘合剂、可靠且轻质的冷焊结合，诸如对于成形为复合抛物线金属箔聚能器的塑料或金属箔的结合。通过如本文所述地将低成本天阳能电池生产和在箔基板上被成形为集成收集器的会聚太阳能强度的薄膜太阳能电池的超高效率相结合，实现了更低成本的模块以及基础结构的显著成本降低。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】公开了一种超高效的单结和多结薄膜太阳能电池。本公开还涉及基板无损伤外延剥离（ELO）工艺，其对于基板采用无粘合剂、可靠且轻质的冷焊结合，诸如对于成形为复合抛物线金属箔聚能器的塑料或金属箔的结合。通过如本文所述地将低成本天阳能电池生产和在箔基板上被成形为集成收集器的会聚太阳能强度的薄膜太阳能电池的超高效率相结合，实现了更低成本的模块以及基础结构的显著成本降低。【专利说明】使用外延剥离和冷焊结合的半导体太阳能电池的集成太阳能收集器相关申请的交叉应用本申请要求2011年7月6日提交的美国临时申请N0.61/505，014的权益，该临时申请的全文以引用方式并入本文。联合研究协议要求保护的专利技术是根据大学-公司联合研究协议由下列团体中一个或多个做出，并代表其名义和/或与其相关:密歇根大学和环球光子能量公司(Global Photonic EnergyCorporation)。该协议在专利技术做出之时和之前有效，并且在该协议范围内进行的研究获得要求保护的专利技术。
本公开涉及超高效率的单结和多结薄膜太阳能电池。本专利技术还涉及基板无损伤外延剥离(ELO)工艺，其对于基板采用无粘合剂、可靠和质轻的冷焊结合，诸如对于成形为复合抛物线金属箔聚能器的塑料或金属箔的结合。
技术介绍
光电子器件依赖于材料的光学性质和电子性质，以用电子学方法来产生或检测电磁辐射或者由环境电磁辐射产生电力。光敏光电子器件将电磁福射转换成电力。太阳能电池、也称为光伏(PV)器件,是一类专门用于产生电能的光敏光电子器件。可以用太阳光之外的光源产生电能的PV器件可以用于驱动耗电负载以提供例如照明、加热，或为诸如计算器、无线电、计算机或远程监测或通信设备的电子电路或装置供电。这些发电应用通常还涉及电池或其他能量存储装置的充电，使得当来自太阳或其他光源的直接照射不可用时能够继续运行，或根据特定应用的要求平衡PV器件的电力输出。当在本文中使用时，术语“电阻性负载”是指任何耗电或储电电路、装置、设备或系统。另一种类型的光敏光电子器件是光电导体电池。在这种功能中，信号检测电路监测器件的电阻以检测由光的吸收所引起的变化。另一种类型的光敏光电子器件是光电检测器。在操作中，光电检测器与电流检测电路结合使用，该电流检测电路测量当光电检测器暴露于电磁辐射并可以具有施加的偏置电压时所产生的电流。本文描述的检测电路能够向光电检测器提供偏置电压并且测量光电检测器对电磁辐射的电子响应。这三种类别的光敏光电子器件可以根据是否存在下文定义的整流结并且还根据器件是否使用也称为偏压或偏置电压的外加电压进行操作来表征。光电导体电池没有整流结并且通常使用偏压进行操作。PV器件具有至少一个整流结并且不使用偏压进行操作。光电检测器具有至少一个整流结但通常不总是使用偏压进行操作。按惯例，光伏电池向电路、装置或设备供电，但是不提供信号或电流来控制检测电路或从检测电路输出信息。相比之下，光电检测器或光电导体提供信号或电流以控制检测电路或从检测电路输出信息，但是不向电路、装置或设备供电。传统上，光敏光电子器件由多种无机半导体构成，例如晶体、多晶和非晶硅、砷化镓、碲化镉等。在本文中，术语“半导体”是指当受到热或电磁激发感生电荷载流子时能够传导电力的材料。术语“光电导”一般是指电磁辐射能量被吸收并且从而转换成电荷载流子的激发能以便载流子能够传导，即传输材料中的电荷的过程。术语“光电导体”和“光电导材料”在本文中用于指由于其为了吸收电磁辐射来产生电荷载流子的性质而被选择的半导体材料。PV器件可以由它们能够将入射太阳能转换成可用电能的效率来表征。利用晶体或非晶硅的器件在商业应用中占主导地位，并且某些已经达到23%或更大的效率。然而，有效的基于晶体的器件，特别是大表面积器件，由于在没有明显降低效率的缺陷地生产大晶体中固有的问题，生产起来困难且昂贵。另一方面，高效非晶硅器件仍然受到稳定性问题的困扰。目前可商购的非晶硅电池的稳定转换效率在4到8%之间。更近的尝试已经聚焦于使用有机光伏电池以经济的生产成本获得可接受的光伏转换效率。可以对PV器件进行优化，以在标准照射条件(即，标准测试条件，其为1000W/m2、AM1.5光谱照射)下最大化电能产生，用于最大化光电流乘以光电压的乘积。这种电池在标准照射条件下的电能转换效率取决于以下三个参数:(I)零偏压下的电流，即短路电流Isc，，单位为安培；(2)开路条件下的光电压，即开路电压Vre，单位为伏特；以及(3)填充因子ff。PV器件在跨负载连接并用光照射时，产生光生电流。当在无限负载下照射时，PV器件产生其最大可能电压，Vre。当在其电接触短路的情况下照射时，PV器件产生其最大可能电流，Isssfrffi或Is。。当实际用于产生电力时，PV器件连接到有限电阻性负载并且电力输出由电流和电压的乘积IXV给出。由PV器件产生的最大总电力必然不能超过乘积IscXVf当对负载值进行优化以获得最大功率提取时，电流和电压分别具有值Imax和Vmax οPV器件的品质因数是填充因子ff，其定义为:ff= (Ifflax VfflaxI/{Isc V0J (I)其中，ff总是小于I，因为在实际使用中永远不能同时获得Is。和V。。。但是,在最佳条件下，当ff接近I时，器件具有较低的串联或内部电阻，因此向负载提供1%与Vre的乘积的更大百分率。当Pin。是在器件上入射的功率时，器件的功率效率Yp可以由下式计算:Y p=f f* (Isc*V0C)/Pinc当适合能量的电磁辐射入射在例如有机分子晶体(OMC)材料或聚合物的半导体有机材料上时，光子可以被吸收以产生被激发的分子状态。这用符号表示为Sc^hvWStl'这里，S0和Sj分别表示分子的基态和激发态。这种能量吸收伴有电子从可以是B-键的HOMO能级中的束缚态跃迁到可以是B*-键的LUMO能级，或等价地，空穴从LUMO能级跃迁到HOMO能级。在有机薄膜光电导体中，一般相信产生的分子状态是激子，即作为准粒子传输的处于束缚态的电子-空穴对。激子在成对复合之前可以具有可观的寿命，该成对复合是指原始的电子和空穴彼此复合的过程，这与同来自其他对的空穴或电子的复合相反。为了产生光电流，将电子-空穴对分离，通常是在两个不同的相接触的有机薄膜之间的施主-受主界面处分离。如果电荷没有分离，则它们可以在也称为淬灭过程的成对复合过程中，辐射地通过发射比入射光的能量更低的光，或非辐射地通过产生热而复合。在光敏光电子器件中，这些结果中的任一种都不是想要的。在接触处的电场或不均匀性会造成激子淬灭而不是在施主-受主界面处游离，导致对电流没有净贡献。因此，期望使光生激子保持远离接触。这具有限制激子向结附近的区域扩散，以便关联电场有更多的机会分离由结附近的激子游离所释放的电荷载流子的作用。为了产生占据显著体积的内生电场，常用的方法是将具有特别是在其分子量子能态分布方面具有适当选择的导电性质的两层材料并置。这两种材料的界面被称为光伏异质结。在传统半导体理论中，用于形成PV异质结的材料一般被称为η或P型。这里η型是指多数载流子类型是电子。这可以被视为具有许多处于相对自由能态中的电子的材料。P型是指多数载流子类型是空穴。这样的材料具有许多处于相对自由能态的空本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种薄膜太阳能电池，包括：第一基板；金属接触，所述金属接触被结合到所述第一基板；有源光伏区，所述有源光伏区被结合到所述金属接触；一个或多个第一保护层，其中，所述第一保护层中的至少一个第一保护层包括从InGaP、GaAs、InGaAs、InP和InAlP中选择的至少一种化合物；AlAs层；一个或多个第二保护层，其中，所述第二保护层中的至少一个第二保护层包括从InGaP、GaAs、InGaAs、InP和InAlP中选择的至少一种化合物；以及第二基板，其中，所述第二基板包括从GaAs和InP中选择的至少一种化合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·R·福里斯特，克里斯多佛·凯尔·伦肖，迈克尔·斯洛特斯基，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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