光伏电池制造技术

本发明专利技术涉及一种光伏电池，至少包括在半导体区域（４－９）的对之间的第一结。半导体区域对中的至少一个包括至少部分超晶格，该超晶格包括与第二材料的形成物交替的第一材料。该形成物具有足够小的尺寸，以使超晶格的有效带隙至少部分地由该尺寸来确定。在半导体区域之间设置吸收层（２４－２６），且吸收层包括用于辐射吸收的材料，以便引起载流子的激发，且吸收层具有这样的厚度，以便由该材料本身确定激发能级。将超晶格的有效能带中的至少一个和吸收层的材料的激发能级中的至少一个选择为分别与吸收层的材料的激发能级中的至少一个和超晶格的有效能带中的至少一个相匹配。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光伏电池，其至少包括在半导体区域对之间的第 一结， 其中，半导体区域对中的至少一个包括至少部分超晶格，该超晶格包括与 第二材料的形成物交替的第一材料，该形成物具有足够小的尺寸，以使超 晶格的有效带隙至少部分地由该尺寸确定，其中吸收层设置于半导体区域 之间，且其中吸收层包括用于辐射吸收的材料，以便引起载流子的激发， 且吸收层具有这样的厚度，以便由该材料本身决定激发能级。本专利技术还涉及一种制造光伏电池阵列的方法。本专利技术还涉及一种包括多个光伏电池的光伏器件。
技术介绍
这样的光伏电池、方法以及光伏器件的实例是公知的。US4，718，947 描述了一种包括由玻璃或塑胶制成并且涂敷有透明导电氧化物层的透明基 底的p-i-n光伏电池。在导电氧化物层上形成p层，且在p层上形成4Mi 层(i层)。在i层上形成n层且在n层上形成金属背接触层。使用超晶格 形成p层和/或n层，以降低掺杂层中的吸收而不降低它们的电导率。US4，598，164描述了一种串联太阳电池，其包括包含超晶格材料的第一有源区，其中带隙具有第一预定值；包含第二超晶格材料的第二有源区， 其中带隙具有第二预定值，以及用于电互连第一和第二有源区以便电流可以在第一和第二有源区之间流动的装置。非晶超晶格为多层材料，其层为 由半导电或绝缘四面体键合的非晶材料构成的薄片，其中由四面体键合元 素或包含上述四面体键合元素的合金形成该材料。每一层的厚度小于约 1500A。后一种电池的问题是为了使其充分有效，其必须包括非常多的由形 成有源区的不同半导体材料构成的层的组合。另外，在由超晶格形成的有 源区中仅仅吸收入射光的一小部分。然而，向超晶格增加额外层将使得公 知的器件制造成本昂贵。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供光伏电池、方法以及光伏器件，它们对于给 定的生产^V ( manufacturing effort)提供相对高效的太阳能转换。通过光伏电池来实现该目的，其特征在于，超晶格的有效能带中的至 少 一个和吸收层材料的'l良能级中的至少 一个被选择为分别与吸收层材料 的激发能级中的至少一个和超晶格的有效能带中的至少一个基本上相匹 配。由于两个半导体区域中的至少第一个包括至少部分超晶格，可以使光 伏电池相对高效。可以将超晶格的有效带隙调整到太阳光i普的有利范围。 由于用于辐射吸收的材料层的存在，从而引起载流子的激发，因此减轻了 以下缺点两种材料的形成物的尺寸必须足够小以提供这样的超晶格，该 超晶格的有效带隙与超晶格的单个层中的任何半导体材料的有效带隙都不 同；以及，通常必须沉积许多层，以构造吸收有效辐射的光伏电池。受激 的载流子被迁移到邻接的超晶格，从而提高太阳能转化的效率。在光伏电池内，可以在以下功能之间形成区别辐射吸收从而产生受激载流子、随后的相反极性的载流子的分离(由于p型和n型掺杂层的存在，相反的电荷在内建电场中朝相反的方向被吸引(pull))、载流子的传输、以及被分离和传输的载流子的收集。所提出的结构的优点在于，实现了功能的分离，且还可以优化功能的分离。可以将用于辐射吸收的吸收层的材料具体选择为具有高的吸收系数，而另一方面，将形成超晶格的第 一和第二材料、以及两种材料的形成物的尺寸选择为提供期望的有效带隙。有效带隙取决于超晶格中的材料的形成物的化学和/或结构组成以及尺寸。 用于辐射吸收的吸收层的激发能级与该层的厚度无关，该吸收层是同质的以允许在一个工艺步骤中形成。用于辐射吸收的吸收层的激发能级仅取决 于其化学组成和/或其组分的相。当用于辐射吸收的吸收层的^c能级基本上对应于有效导带时，负电荷载流子的迁移更有效。当该能级对应于例如在有效导带的下边缘的0.2eV 以内，更优选小于O.leV以内时，在迁移时损失较少的能量。当用于辐射 吸收的吸收层的材料呈现至少 一个基本上对应于与吸收层邻接的半导体区 域的有效价带的稳定能级时，正电荷栽流子的迁移更有效。当该能级对应 于例如在有效价带的上边缘的0.2eV以内、更优选小于O.leV以内时，在 迁移时损失较少的能量。换句话说，以下选择提高了光伏电池的效率超 晶格的有效带中的至少一个和吸收层材料的激发能级中的至少一个分别与 吸收层材料的激发能级中的至少一个和超晶格的有效带中的至少一个相匹 配。包括至少一部分超晶格的半导体区域用作能量选择传输层，以移去由 用于辐射吸收的吸收层所产生的载流子。一个实施例包括一组半导体区域的对，这些半导体区域对被结分隔且 具有随每一对降低的有效带隙，其中半导体区域中的至少两个包括超晶格 和由用于辐射吸收的材料构成的邻接吸收层以引起载流子的激发，其具有 这样的厚度，以便由其材料本身来确定激发能级。因此，提供所谓的串联电池或多结电池。这种结构的优点在于，可以 使用其在具体适于各自范围的不同区域中转换不同范围的太阳光谱。这减 少了载流子的热能化，即当通过吸收这样的光子时热量的产生，该光子的 能量高于光子被吸收于其中的区域的有效带隙。这样的与连续超晶格紧密 相邻的吸收层的存在确保了在辐射到达该组中的下一半导体区域之前将尽 可能多的频率范围过滤掉，该吸收层由用于辐射吸收的材料构成以便于引 起载流子的激发，并且具有这样的厚度，以便由材料本身来确定激发能级。在一个实施例中，每一个超晶格包括由不同半导体材料构成的层的周 期性重复组合、其足够薄以提供这样的超晶格，该超晶格的有效带隙不同 于超晶格的单个层中的任何半导体材料的有效带隙。与可选实施例例如具有量子点超晶格的实施例相比，该实施例的优点是存在工业恥漠的制造这种超晶格的确知的方法。在一个实施例中，吸收层夹在具有不同的有效带隙的半导体区域和半 导体区域之间。该实施例允许在吸收层的两侧产生的载流子有助于光伏电池的效率。 在一个实施例中，用于辐射吸收的材料包括直接半导体、有机分子材料以及包含纳米晶体(nano-crystal)的材料中的至少一种。后一种类型的材料包括含有例如由这样的基体(matrix)构成的多相 结构的材料，该基体具有规则地定位于材料中的纳米尺寸的颗粒。在这些 材料中，吸收边缘可以通过改变颗粒的尺寸而被控制且因此可以在能量方 面与相邻超晶格的有效带隙相匹配。这有助于4吏光伏电池相对有效。有机 分子材料最容易适用于实现在太阳光镨的特定范围内的吸收，并且最容易 适用于与特定超晶格的有效导带和/或价带相匹配。在一个实施例中，超晶格包括由不同非晶半导体材料构成的层的周期 性重复组合。效果U本上避免了由晶格失配引起的任何应力。由于该原因，由非 晶半导体材料构成的层最容易层叠。在一个实施例中，超晶格包括由氬化的半导体材料构成的层的周期性 重复组合。效果是使配位缺陷钝化。根据另 一方面，制造光伏电池阵列的方法包括在箔的长度上沉积材料 层以及构图这些层中的至少一层以形成光伏电池阵列，其中形成根据本发 明的电池阵列。由于该光伏电池的结构，需要沉积较少的材料层，引起在生产投入上 的显著节约。优选地，在生产线中的至少一个操作台(station)处沉积层，其中使 准连续长度的箔前进通过每一个操作台。由于可以从箔上切下希望的阵列，因此这是一种有利的制造光伏电池 阵列的方法。此外，避免了费时的室条件调节，且从制造阵列的总时间中省去了在材料层的沉积之间的交换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏电池，至少包括在半导体区域（４－９）的对之间的第一结，其中所述半导体区域对中的至少一个包括至少部分超晶格，所述超晶格包括与第二材料的形成物交替的第一材料，所述形成物具有足够小的尺寸，以使所述超晶格的有效能带之间的有效带隙至少部分地由所述尺寸确定，其中在所述半导体区域之间设置吸收层（２４－２６），并且其中所述吸收层包括用于辐射吸收的材料，以便引起载流子的激发，且所述吸收层具有这样的厚度，以便由其材料本身来确定激发能级，其特征在于：　将所述超晶格的有效能带中的至少一个和所述吸收层的材料的激发能级中的至少一个选择为分别与所述吸收层的材料的激发能级中的至少一个和所述超晶格的有效能带中的至少一个相匹配。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-12-2 05111611.9;US 2006-2-1 60/763,9161.一种光伏电池，至少包括在半导体区域(4-9)的对之间的第一结，其中所述半导体区域对中的至少一个包括至少部分超晶格，所述超晶格包括与第二材料的形成物交替的第一材料，所述形成物具有足够小的尺寸，以使所述超晶格的有效能带之间的有效带隙至少部分地由所述尺寸确定，其中在所述半导体区域之间设置吸收层(24-26)，并且其中所述吸收层包括用于辐射吸收的材料，以便引起载流子的激发，且所述吸收层具有这样的厚度，以便由其材料本身来确定激发能级，其特征在于将所述超晶格的有效能带中的至少一个和所述吸收层的材料的激发能级中的至少一个选择为分别与所述吸收层的材料的激发能级中的至少一个和所述超晶格的有效能带中的至少一个相匹配。2. 根据权利要求l的光伏电池，包括一組被结分隔且具有对于随着每 一对降低的有效带隙的半导体区域(4-9)的对，其中所述半导体区域(4-9 ) 中的至少两个包括超晶格和由用于辐射吸收的材料构成的邻接层(24-26 ) 以引起载流子的激发，并具有这样的厚度，以便由其材料本身来确定激发 能级。3. 根据权利要求1或2的光伏电池，每一个超晶格包括由不同半导体 材料构成的层(10-21)的周期性重复组合，其足够...

【专利技术属性】
技术研发人员：M泽曼，GJ约恩格登，
申请(专利权)人：海利安特斯有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]