提供一种单片光伏电池(100)。所述光伏电池包含至少一个结(120，124)；所述至少一个结包括由第一导电类型的外延掺杂半导体材料形成的基极(120)、和由与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂半导体材料形成的发射极(124)。所述发射极按照第一方向(x)层叠在基极上，所述至少一个结中的至少一个结的基极具有沿所述第一方向减小的掺杂剂浓度梯度(C(x))。所述基极包括远离发射极的第一部分、接近发射极的第二部分、和在第一部分和第二部分之间的第三部分。在第一部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-9×1017cm-3/μm到-4×1017cm-3/μm的范围内的斜率。在第二部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-3×1017cm-3/μm到-9×1016cm-3/μm的范围内的斜率。在第三部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-2×1017cm-3/μm到-5×1016cm-3/μm的范围内的斜率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及光伏电池的领域，尤其涉及用于太阳辐射的光伏电池(太阳能电 池)。
技术介绍
太阳能电池是能够把诸如太阳辐射的电磁能转换成电力的电子装置。这种电子装置主要由半导体材料构成，该半导体材料的特征在于固态晶体结构， 该固态晶体结构具有位于价带和导带之间的禁带(“带隙”)。带隙定义通常禁止自由电子 的能量间隔。不过，当太阳辐射到达太阳能电池中的这种类型的材料时，占据较低能带的电 子可以被激发到进行能量跃迁和越过带隙的点，从而到达较高能带。例如，当半导体的价带 中的电子从入射太阳辐射的光子吸收足够的能量时，这样的电子可以越过带隙，到达导带。如果到达较高能带，那么这样的电子在较低能带内留下空位；这样的空位(在行 话中的术语为“空穴”)可在晶体网格中，从一个原子移动到另一个原子。从而，按照和导带 中的自由电子相同的方式，空穴起电荷载流子的作用，并且对晶体的导电性作出贡献。换句话说，被半导体吸收的每个光子引起对应的空穴-电子对。由光子吸收而形 成的电子-空穴对的集合引起所谓的太阳能电池的光电流。按照这种方式生成的空穴和电 子可相互复合，从而减损它们对光电流的保持所作的贡献。为了避免(或者至少尽可能地 减少)这种现象，以提高太阳能电池的效率，在半导体材料内生成局部电场。这样，因光子 的吸收而生成的空穴和电子被局部电场朝相反的方向加速，从而空穴和电子在到达太阳能 电池的端子之前复合的可能性大大减小。具体地讲，通过生成空间电荷区，比如可通过在一 对相反掺杂的半导体材料之间生成Pn结而获得的耗尽区，来产生这样的电场。通常用于空间和地面应用的太阳能电池可以是单pn结或单np结式太阳能电池， 或者说单结太阳能电池，或者可以是多于一个pn结或np结式太阳能电池，或者说多结太阳 能电池。单结太阳能电池实质上是由单pn结或np结的存在而构成的。相反，多结太阳能 电池是通过堆叠多个pn结或np结(目前，2-5个结)来实现的。在不同的半导体材料中 构成不同的结，并且所述不同的结借助置于每对相邻结之间的隧道二极管相互串联地电连接。每个不同的叠加的结形成所谓的单元电池，并且各个单元电池能够按照与用单结 能够获得的效率相比更有效的方式，分别转换入射太阳辐射光谱的各个部分。多结电池具有能够提供相对于单结电池的更高输出电压的优点，总电压等于单个 单元电池的电压的总和(减去在串联连接电池的隧道二极管中的少许电压降)。为了被制造，一般通过在工业锗(Ge)或硅(Si)或砷化镓(GaAs)衬底上进行沉积 (例如，借助金属有机化学汽相沉积技术，或者说M0CVD)，利用外延生长技术获得目的在于 形成不同结的各个材料层。近年来，由于允许发展用于制造三结、四结以及五结电池的新材料的技术的进步，以元素周期表的III族和V族元素的化合物为基础，S卩，以III-V族化合物为基础的太阳能 电池，尤其是GaAs太阳能电池的性能已得到持续提高。多结太阳能电池的成本稍高于单结太阳能电池的成本，并且其效率高得多(在 25°C的地球外大气层照射的条件下，与单结电池的20%的效率相比，三结电池的效率近似 等于；为此，尤其是对于宇航应用来说，市场面向这种新的、更高效的装置的使用。例 如，目前的大型通讯卫星需要使用三结太阳能电池。另一方面，这些电池已用在地面应用， 比如聚光系统中。如上所述，太阳能电池的效率严格取决于光生空穴-电子对的复合现象。在耗尽 区之外生成的电子-空穴对不受任何电场的作用，从而复合的可能性高，从而减损了光生 电流的贡献。为了提高太阳能电池的效率，本领域中已知的一种解决方案提出通过在η掺杂部 分和P掺杂部分之间插入一部分的本征(即，未掺杂的)半导体材料，来增大耗尽区的深度 (从而，增大受电场影响的那部分半导体材料)。在耗尽区的厚度达到限制输出电压的值之 前，这种解决方案一般增大太阳能电池的效率。超过该值，装置的效率开始降低。按照另一种已知的解决方案，太阳能电池的不属于耗尽层的半导体材料部分可以 受到通过利用恰当的掺杂梯度而获得的局部电场的影响。尤其是，在Harold J. Hovel的 Semiconductors and Semimetals, Vol. II”中，按照线性掺杂梯度，掺杂ρ型半导体部分。 由于线性掺杂梯度的存在，P型半导体材料部分将受到能够加速在其中生成的空穴-电子 对的恒定电场的影响。
技术实现思路
鉴于上面所述，申请人注意到，从效率的观点看，现有技术中目前已知的涉及光伏 电池的实现，尤其是太阳能电池的实现的解决方案能够被改进。在独立权利要求中说明了按照本专利技术的实施例的解决方案的不同方面。本专利技术的一个方面涉及单片光伏电池。这样的电池包含至少一个结；所述至少一 个结包括用第一导电类型的外延掺杂半导体材料形成的基极，和用与第一导电类型相反的 第二导电类型的掺杂半导体材料形成的发射极。所述发射极按照第一方向层叠在基极上， 所述至少一个结的至少一个结的基极具有沿所述第一方向减小的掺杂剂浓度梯度。所述基 极包括远离发射极的第一部分、接近发射极的第二部分、和在第一部分和第二部分之间的 第三部分。在第一部分中，减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-9 * IO17Cm-3/ μπι到-4女IO17cnT3/μ m的范围内的斜率。在第二部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具 有其平均值基本上在从-3 * 1017cm_7ym到-9 * 1016cm_7 μ m的范围内的斜率。在第三 部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-2女1017cm_7ym到-5女 1016cm_7 μ m的范围内的斜率。本专利技术的另一个方面涉及用于制造光伏电池的对应方法。在从属权利要求中说明了有利的实施例。附图说明结合附图，参考下面的详细说明，将最佳地理解按照本专利技术的一个或多个实施例的解决方案，以及本专利技术的其它特征和优点在这方面，应清楚附图不必按比例绘制，并且 除非另有说明，否则附图只是在概念上示例了所描述的结构和程序。特别地图1示意地示出了单片光伏电池的纵向剖视图。图2示例了按照现有技术中已知的第一种解决方案的、图1的电池的结的掺杂分 布和对应的电场。图3示例了按照现有技术中已知的第二种解决方案的、图1的电池的结的掺杂分 布和对应的电场。图4示例了按照本专利技术的一个实施例的、图1的电池的结的掺杂分布；以及图5示例了按照本专利技术的一个实施例的、图1的电池的结的掺杂分布和对应的电 场。具体实施例方式参考附图，尤其是参考图1，示意地示出了其中可以应用按照本专利技术的实施例的概 念的单片光伏电池，尤其是(但不限于)太阳能电池的纵向剖面。整体由附图标记100表 示的光伏电池是具有三个结的多结电池，并且包含在图中由附图标记10 表示、并且被 表示为“底”电池的第一单元电池，在图中由附图标记10 表示、并且被表示为“中间”电 池的第二单元电池，以及在图中由附图标记105c表示、并且被表示为“顶”电池的第三单元 电池。顶电池105c位于中间电池10 之上，中间电池10 又位于底电池10 之上。这三个单元电池彼此相互串联电连接，之间插入隧道二极管；具体地讲，底电池 10 借助在图中由附图标记108表示的第一隧道二极管，与中间电池10 电连接，而中间 电池10 借助在图中由附本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．单片光伏电池（１００），包含至少一个结（１２０，１２４），其中，所述至少一个结包括：由第一导电类型的外延掺杂半导体材料形成的基极（１２０）、和由与所述第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂半导体材料形成的发射极（１２４），所述发射极按照第一方向（ｘ）层叠在基极上，并且所述至少一个结中的至少一个结的基极具有沿所述第一方向减小的掺杂剂浓度梯度（Ｃ（ｘ）），其特征在于所述基极包括：远离发射极的第一部分、接近发射极的第二部分、和在所述第一部分和所述第二部分之间的第三部分，其中：－在第一部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从－９＊１０１７ｃｍ－３／μｍ到－４＊１０１７ｃｍ－３／μｍ的范围内的斜率；－在第二部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从－３＊１０１７ｃｍ－３／μｍ到－９＊１０１６ｃｍ－３／μｍ的范围内的斜率；以及－在第三部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从－２＊１０１７ｃｍ－３／μｍ到－５＊１０１６ｃｍ－３／μｍ的范围内的斜率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.07.21 IT MI2009A0012851.单片光伏电池(100)，包含至少一个结(120，1M)，其中，所述至少一个结包括由第 一导电类型的外延掺杂半导体材料形成的基极(120)、和由与所述第一导电类型相反的第 二导电类型的掺杂半导体材料形成的发射极(1 )，所述发射极按照第一方向(χ)层叠在 基极上，并且所述至少一个结中的至少一个结的基极具有沿所述第一方向减小的掺杂剂浓 度梯度(C(χ))，其特征在于所述基极包括远离发射极的第一部分、接近发射极的第二部分、和在所述第一部分和所述第二部分 之间的第三部分，其中-在第一部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-9 * IO17Cm-3/ μ m到-4 * 1017cm_7 μ m的范围内的斜率；-在第二部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-3 * IO17Cm-3/ μ m到-9 * 1016cm_7 μ m的范围内的斜率；以及-在第三部分中，所述减小的掺杂剂浓度梯度具有其平均值基本上在从-2 * IO17Cm-3/ μ m到-5 * 1016cm_3/ μ m的范围内的斜率。2.按照权利要求1所述的光伏电池，其中-基极沿第一方向的长度等于第一量值(L)，所述第一部分沿第一方向，从与基极的远 离发射极的一端相对应的第一端(0)延伸到第二端(xl)，所述第三部分沿第一方向，从所 述第二端延伸到第三端(x2)，所述第二部分沿第一方向，从所述第三端延伸到与基极的接 近发射极的一端相对应的第四端；-所述第二端位于与所述第一端相距第一距离之处，所述第三端位于沿第一距离与所 述第一端相距第二距离之处，以及-所述第一距离具有在从第一量值的1/5到1/3的范围内的值，并且所述第二距离具有 在从第一量值的1/3到9/10的范围内的值。3.按照权利要求1或2所述的光伏电池，其中，所述减小的掺杂剂浓度梯度对应于分段...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·戈利，R·坎佩萨图，
申请(专利权)人：试验电工中心意大利风信子接收股份公司，
类型：发明
国别省市：IT
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