一种光生伏打元件制造技术

一种光生伏打元件，具体而言在光生伏打单元中用作太阳电池，包括光子吸收器（１０）。导电工作元件至少部分地嵌入在光子吸收器（１０）中。工作元件（１２）通过相界与光子吸收器（１０）隔开。工作元件（１２）还具有比光子吸收器（１２）高的电子迁移率。意外地发现大大提高了所述光生伏打元件的效率。

【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生伏打元件，具体而言在光生伏打设备中用作通过吸收太阳光来产生电能的太阳电池。
技术介绍
例如，通过“SonnenenergiePhotovoltaik”(B.G.Teubner Verlag，Stuttgart，1997)或“Forschungsverbund Sonnenenergie Themen 95/96，Photovoltaik 3”，高效太阳电池已为人知。根据这些内容，高效光生伏打元件包括称作“p基极”的光子吸收器，其由区域熔融、p掺杂(约为1.5×1016cm-3)的单晶硅制成。光子吸收器的电导率约为1Ω-1cm-1、厚度约为200μm。光子吸收器的前侧构造为有凹陷的倒金字塔形。为获得高的防反射效果，光子吸收器的前侧覆盖有热生长的厚度约100nm的二氧化硅层。在SiO2层之下，提供了掺杂约1×1019cm-3-1×1020cm-3、穿透深度约0.5-3μm的发射极层。为了供给或耗散由光量子吸收激发的电子，暴露于光的光子吸收器的前侧提供有由Ti-Pd-Ag制成的金属导体。铝被气相淀积在光子吸收器的底侧作为后接触。气相淀积的铝通过点接触连接到背表面场(BSF)。点接触和BSF确保了在气相淀积的铝和光子吸收器之间的电接触。使用这种光生伏打元件，可获得21.3％的峰值效率。但是，这个效率仍然太低。尤其为了获得从化石燃料到可再生能源的大规模转换，特别是借助于光生伏打元件，当前可获得的光生伏打元件的效率是不够的。从DE19837365已知将金、银或砷化钾的簇提供在暴露于太阳光的太阳电池的光学区域中。簇的大小在3000和10000个原子之间，并且它们小于10μm。通过谐振效应，所述簇产生了提供附加电流的附加电荷载流子对，由此提高了效率。这种太阳电池的一个缺点是用于簇的材料相当昂贵。此外，簇与太阳电池相比非常小，将簇引到用于光子吸收器的材料中是复杂和麻烦的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种光生伏打元件或光生伏打装置，其易于制造并具有提高的效率。根据本专利技术，通过具有如权利要求1所述特征的光生伏打元件和具有如权利要求16所述特征的光生伏打装置，达到了上述目的。意外地发现，通过本专利技术的光生伏打元件可获得更高的效率，在其中导电工作元件至少部分地嵌入在光子吸收器中。可以是常规太阳电池的吸收器层的光子吸收器，例如，特别为p掺杂的并由此设计为“p基极”。这里，工作元件通过相界与光子吸收器隔开，即工作元件不是光子吸收器的掺杂或光子吸收器的合金，而是具有和光子吸收器不同的物理特性。此外，工作元件具有比光子吸收器高的电子迁移率。具体地，工作元件的电导率高于光子吸收器的电导率。优选地工作元件的电导率高于1.4Ω-1cm-1、更优选地高于1.6Ω-1cm-1，特别优选地高于2.0Ω-1cm-1，特别地，甚至高于8.0Ω-1cm-1。根据本专利技术，工作元件制作为大表面元件，相对于体积具有大的表面。为此，工作元件是伸长的，具体地例如伸长的圆柱或平行六面体。特别地，表面与体积的比率大于2.5，优选地大于4.0，特别优选地大于6.5。光子吸收器与导体的体积比优选地在2-7的范围之间。特别优选的体积比约为4。例如，工作元件可以是导体，使得和常规光生伏打元件相比，导体不是设置在光子吸收器外，而是在其内。意外地发现工作元件的优选实施例是电绝缘的，即工作元件既不连接到正极也不连接到负极，而是将其部分地设置在光子吸收器中。由此，工作元件可以是既不连接到正极也不连接到负极、而是嵌入在光子吸收器中且不接触到电压源的导体。似乎工作元件的嵌入部分具有某种放大特性。由光量子激发的电子似乎易于将它们的电脉冲传递给在工作元件中的电子。在与具有较高欧姆电阻的介质、具体即光子吸收器或环境的相界，该电脉冲在工作元件中反射，直到在工作元件中存储了足够的能量，以便能将高能电脉冲通过光子吸收器从工作元件传输到电导体。导体不需要是本专利技术的光生伏打元件的一部分，但例如，它们也可以是容纳光生伏打元件的光生伏打装置的外邻接表面。假设这种效应是由引起放大效应的谐振现象引起。由此，工作元件是放大元件或电谐振体。工作元件由此使得电谐振具有频率带宽约在75Hz-85Hz的波特性。特别地，工作元件可以存储电子并例如依靠温度将它们发射到光子吸收器，由此触发附加的电子/空穴事件，其导致附加的放大，因此提高了效率。在光子吸收器中的光子吸收产生了电子/空穴对，可通过电场将其作为电流从光子吸收器泄出。为此，例如，光子吸收器的相对侧可分别提供有连接到正极或负极的电容器板。在优选实施例中，通过提供至少部分地嵌入在光子吸收器中的至少一个导体来建立电场。这避免了设置在光子吸收器外的电容器板。类似于工作元件，导体可以嵌入在光子吸收器中，由此，避免了不同的生产过程并降低了制造成本。此外，导体可以具有和工作元件相同的成分，以避免提供不同的材料成分。由此，有可能先制造大表面光子吸收器，多个工作元件嵌入到其中。此后，可将大表面光子吸收器划分为一些小的光子吸收器。为建立电场，各个工作元件可设计为导体。例如，连接到正极或负极的线缆可以焊接到工作元件之一。优选地，将各个工作元件串联连接。由此，通过结构上简单、适于大规模生产的措施，可制作具有全部功能的太阳电池。在优选实施例中，至少两个导体设置在光子吸收器中，导体中的一个是连接到正极的正导体，而另一个导体是连接到负极的负导体。在特别优选的实施例中，正导体设置成使得它们终止在或伸出光子吸收器的第一前侧，并以对应的设计，使负导体终止在或伸出光子吸收器的第二前侧。由此，以非常简单的方式，有可能在第一前侧通过第一汇流导体来互连多个、特别是全部正导体，并且在第二前侧通过第二互连导体来互连多个、特别是全部负导体。优选地，光生伏打元件是多层结构。在此实施例中，光生伏打元件包括至少两个通过邻接表面接触的光子吸收器。优选地，光子吸收器的取向是反平行的。在特别优选的实施例中，正导体和负导体设置成使得正导体和负导体由邻接表面隔开。因此，实现了正导体和负导体的较大空间分隔。此外，例如在其中设置了工作元件和导体两者的两个光子吸收器都可以是光子吸收器的导体连接到正极并且另一个光子吸收器的导体连接到负极的相同结构。因此，本专利技术的光生伏打元件尤其适于大规模生产。优选地，光生伏打元件可以例如包括四层，第三和第四层分别与第一和第二层反平行。这允许增加吸收度。为进一步增加吸收度，可以提供多于四层。优选地，光子吸收器基本上由硅制成，特别是单晶硅，其可能被掺杂以便产生“p基极”。优选地，工作元件的较大部分、特别是完全由金属制成，并可能进行掺杂或成为合金。出于高的原材料成本的考虑，优选地避免使用金属Pt、Ag和Au。具体地，金属选自元素周期表3.-6.主族或1.至8.副族。优选地，金属是副族金属，其电子组态具有由至少十个电子占据的d壳。本专利技术还涉及一种包括具有凹陷的容纳元件的光生伏打装置。这些凹陷容纳了上述的光生伏打元件。光生伏打装置包括连接到正极或负极的第一和第二连接导体。连接导体确保了到光生伏打元件的电连接。为此，将连接导体具体地连接到正导体或负导体，并/或如果存在，连接到对应的汇流导体。因此，有可能以节约成本和模块化的结构，连接多个本身可能模块化组装的光生伏打元件。为此目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生伏打元件，包括：光子吸收器（１０），以及导电大表面工作元件（１２），其至少部分地嵌入在所述光子吸收器（１０）中，所述工作元件（１２）通过相界与所述光子吸收器（１０）隔开，并且所述工作元件（１２）具有比所述光子 吸收器（１０）高的电子迁移率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2003-10-1 10345736.41.一种光生伏打元件，包括光子吸收器(10)，以及导电大表面工作元件(12)，其至少部分地嵌入在所述光子吸收器(10)中，所述工作元件(12)通过相界与所述光子吸收器(10)隔开，并且所述工作元件(12)具有比所述光子吸收器(10)高的电子迁移率。2.如权利要求1所述的光生伏打元件，其特征在于，所述工作元件(12)基本上电绝缘。3.如权利要求1或2所述的光生伏打元件，其特征在于，至少一个导体(14，16)至少部分地嵌入在所述光子吸收器(10)中，所述导体特别地具有与所述工作元件(12)相同的成分。4.如权利要求3所述的光生伏打元件，其特征在于，所述工作元件(12)和所述导体(14，16)是伸长的并基本上彼此平行。5.如权利要求3或4所述的光生伏打元件，其特征在于，所述导体配置为正导体(14)和负导体(16)，所述正导体(14)终止在或伸出所述光子吸收器(10)的第一前侧(18)，而所述负导体(16)终止在或伸出所述光子吸收器(10)的第二前侧(20)。6.如权利要求5所述的光生伏打元件，其特征在于，在多层结构中，至少提供两个光子吸收器(28，30，32，34)，它们经由邻接表面(36)接触，在其中所述正导体(14)和所述负导体(16)设置为使得所述正导体(14)和所述负导体(16)通过所述邻接表面(36)彼此隔开。7.如权利要求5或6所述的光生伏打元件，其特征在于，多个正导体(14)通过第一汇流导体(27)彼此连接，并且多个负导体(16)经由第二汇流导体(26)彼此连接。8.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：武尔夫纳格尔，
申请(专利权)人：武尔夫纳格尔，
类型：发明
国别省市：DE[德国]