一种光生伏打器件，包括具有至少两个表面的基片和设置在基片的至少一个表面的至少一部分上的多层膜。伸长型纳米结构设置在该多层膜上。该器件结合该多层膜的与伸长型纳米结构接触的顶层，所述顶层作为隧道结。该器件具有沉积在伸长型纳米结构上方的至少一层，所述至少一层限定感光结的一部分。太阳能电池板包括至少一个光生伏打器件。该太阳能电池板使各个上述器件与围绕它的大气环境中隔离开并使得可以产生电力。
【技术实现步骤摘要】
多层膜-纳米线复合物、双面型和串联型太阳能电池相关申请本申请与下列申请相关2006年11月15日提交的共同转让 的共同未决申请USSN 11/599,722,名为Graded Hybrid Amorphous Silicon Nanowire Solar Cells ; 2006年11月15日提交的共同未决申请 USSN 11/599,677,名为Amorphous-Crystalline Tandem Nanostructured Solar Cells;和与此申请同时提交的共同转让的未决申请USSN _名为Nanowall Solar Cells and Optoelectronic Devices。
本专利技术 一般涉及太阳能电池，且更特别地涉及可以包括设置 在多层膜上方的伸长型纳米结构(elongated nanostructure )的这种太阳 能电池。
技术介绍
目前，硅(Si)是用于此类将日光转换变成电能的太阳能电 池的制造中最常用的材料。单结和多结p-n太阳能电池用于该目的，但是 还没有电池的效率足以显著地降低这些技术的使用和生产中所涉及的 成本。因此，来自常规电源的竟争阻碍了这类太阳能电池技术的广泛应用。大多数电子和光电子器件要求结的形成。例如， 一种导电类 型的材料与相反导电类型的不同材料接触以便形成异质结。或者,可以 配对由单一材料类型制成的不同掺杂层以产生p-n结(或同质结)。由于在 导电类型方面的改变和/或带隙的变化产生的在异质结处的突然的能带 弯曲，可以引起界面状态的高密度，其导致电荷载流子复合。在制造过 程中在该结引入的缺陷可以进一步作为用于电荷载流子复合的位点，其 降低了器件性能。虽然太阳能转换器的理想热力学效率是大约85%,但是由于在 太阳光谱中的亚带隙能量光子不被吸收，所以在效率上有损失。当与 黑体辐射 一 起应用时，该损失单独限制单结电池的转换效率为约4 4 %(所谓的最终效率)。在进一步考虑到被标准化到黑体温度的真正太阳光 谱、太阳能电池的温度、太阳能电池的形状、该电池的折射率、和二极管方程，Shockley和Queisser能够发现对于带隙为1.45电子伏特(eV)和l 个太阳照射下的最优化电池而言，单结电池的性能被限制在稍稍超过30 %的效率，对于最高浓度是稍稍超过40。/。(Shockley和Queisser, Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells, J. Appl.Phys., 1961, 32(3), pp. 510-519)。更近来的计算显示，对于单结，该详细平衡极限效 率(detailed balance limit efficiency)是29%( Kerr et al., Lifetime and efficiency of limits of crystalline silicon solar cells, Proc. 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2002, pp. 438 - 441)。另夕卜，光生电子 和空穴借助于半导体晶体中与点缺陷(间隙杂质)、金属簇、线缺陷(位 错)、面缺陷(层错)、和/或晶粒边界相关的俘获态发生的复合，更一步 地降低该效率。尽管后一种效率减少可以通过使用其它具有合适性能(光 生载流子的特别长的扩散长度)的材料进行克服，这仍没有使该技术达到 与更传统的电源同等的成本。由于结构缺陷或杂质原子产生的缺陷态可以存在于单晶半导 体的表面上和本体内部。另外,多晶半导体材料包括无规取向的具有颗粒 边界的晶粒,所述颗粒边界引入了大量的本体和表面缺陷态。因为电荷载 流子可以在缺陷位置复合和因此作为载流子而损失，所以缺陷典型地不 利地影响电子和/或光电子器件如太阳能电池的运转或性能。因此,在器 件制造期间，单晶或多晶半导体基片的表面经常被钝化以将外部缺陷的 负面影响减到最少。用于表面钝化的一种方法是通过在该单晶或多晶半 导体基片上形成本征的(无掺杂的)无定形半导体材料层。这减少了电荷 载流子在该基片表面处的复合并改善了该器件的性能。构成PV器件的材料的吸收能力也可影响电池的效率。描述了 具有由可变带隙材料形成的i型半导体吸收体层的p+n薄膜太阳能电池, 所述的i层位于p型半导体层和n型半导体层之间。参看美国专利 5,252,142。可变带隙i-层吸收体提供改善的光电转换效率。多结太阳能电池也已经被证明具有改善的效率。该改善的性 能可通过结合具有不同带隙的叠层结(stacked junction)而实现以便捕 捉更宽区域的光镨。所述器件典型地由叠层p-n结或叠层p-i-n结构造。在 这阵列中的各组结经常被指为电池。典型的多结太阳能电池包括两或三个叠在一起的电池。对于多结太阳能电池，最优带隙和理论效率与该叠层中的电池数目的函数关系已经被Marti和Araujo进行了理论上分析 (A.Marti和G丄.Araujo, Sol.Ener. Mater. Sol. Cells, 1996, 43(2), pp. 203-222)。纳米结构在p-n结二极管阵列中描述了硅纳米线(Peng et al., Fabrication of large-Area Silicon Nanowire p-n Junction Diode Arrays, Adv. Mater., 2004, vol. 16,pp.73-76)。然而，这样的阵列没有被配置用于 光生伏打器件中,也没有暗示这类阵列如何可用来增大太阳能电池的效率。在太阳能电池器件中已经描述了硅纳米结构(Ji et al., Silicon Nanostructures by Metal Induced Growth (MIG) for Solar Cell Emitters, Proc.IEEE，2002, pp.314-1317)。在该类器件中，硅纳米线可通 过在镍(Ni)前层(pre-layer)上賊射硅来形成、嵌入在微晶硅薄膜中， 该前层的厚度决定该硅納米线是在该膜的内部生长或者不是。然而，这 样的纳米线不是活性光生伏打(PV)元件;它们仅仅提供抗反射能力。在2005年3月16日提交的共同转让的共同未决美国专利申请 11/ 081,967中已经描述了包括硅纳米结构的太阳能电池，其中该纳米结 构是活性PV元件。在该特定申请中，电荷分离结(charge separating junction )主要被包含在纳米结构自身内部,通常要求在这样的纳米结构 的合成期间进行掺杂改变。作为上面的结果，在纳米结构支架上结合多结电池和降低缺 陷影响的制造方法可以得到与更传统的电源等值效率的太阳能电池。因 此具有开发PV器件的新构造的连续需求。纳米结构器件尤其如此，所述 纳米结构器件可以受益于增强的光俘获和光吸收时用于输送电荷的更 短的路径。
技术实现思路
本文公开的实施方案提供光生伏打器件，它包括具有至少 两个表面的基片、设置在该基片的至少一个表面的至少一部分上的多层 膜、设置在该多层膜上的多个伸长型纳米结构、隧道结；和沉积在所述多个伸长型纳米结构上的本文档来自技高网...
【技术保护点】
光生伏打器件（１００），包括：具有至少两个表面（１１５、１２０）的基片（１１０）；设置在所述基片（１１０）的所述至少两个表面（１１５、１２０）中的至少一个的至少一部分上的多层膜（１０５）；设置在所述多层膜（１０５）上 的多个伸长型纳米结构（１２５），其中所述多层膜（１０５）的与所述多个伸长型纳米结构（１２５）接触的顶层是第一隧道结（１４０）层；和设置在所述多个伸长型纳米结构（１２５）上方的至少一层（１３０），其中所述至少一层（１３０）是感光结的一 部分。
【技术特征摘要】
US 2007-1-11 11/6222751.光生伏打器件(100)，包括具有至少两个表面(115、120)的基片(110)；设置在所述基片(110)的所述至少两个表面(115、120)中的至少一个的至少一部分上的多层膜(105)；设置在所述多层膜(105)上的多个伸长型纳米结构(125)，其中所述多层膜(105)的与所述多个伸长型纳米结构(125)接触的顶层是第一隧道结(140)层；和设置在所述多个伸长型纳米结构(125)上方的至少一层(130)，其中所述至少一层(130)是感光结的一部分。2. 权利要求的光生伏打器件(100),其中所述多层膜(105)进一步 包括选自多晶层、单晶层、无定形层、和第二隧道结(140)层的至少之一。3. 权利要求l的光生伏打器件(100),其中所述多层膜(105)进一步 包括选自p-掺杂层、n-掺杂层和本征层的至少之一 的元件。4. 权利要求1的光生伏打器件(100),其中所述多层膜(105)是在其厚 度上具有梯度掺杂剂浓度的单一层。5. 权利要求1的光生伏打器件(100)，其中所述至少一层(130)共形设 置在所述多个伸长型纳米结构(125)上方。6. 权利要求l的光生伏打器件(100),其中所述至少一层(130)包括 选自p-掺杂层、n-掺杂层、本征层和第二隧道结(140)层的至少之一的元 件。7. 权利要求1的光生伏打器件(100),其中所述至少...
【专利技术属性】
技术研发人员：BA科里瓦尔，L察卡拉科斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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