光伏(PV)电池(10)包括第一导电层(12)、p型半导体层(14)和具有至少大约5μm的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征的半导体层(16)。该PV电池进一步包括n型半导体层(18)和第二导电层(22)。该大致上本征半导体层设置在该p型半导体层和该n型半导体层之间。还提供光伏电池(10)，其包含包括织构化衬底的第一导电层(12)和具有至少大约5μm的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征的半导体层(16)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体上涉及光伏电池，并且更特别地涉及具有包括镉和碲的本征层的光伏 (PV)电池。
技术介绍
PV(或太阳能)电池用于将太阳能转换成电能。典型地，在它的基本形式中，PV电池包括用设置在衬底层上的两层或三层制成的半导体结，以及用于采用电流的形成传递电能到外部电路的两个接触(导电层)。此外，常常采用另外的层以增强PV器件的转换效率。有多种PV电池的候选材料系统，其中每个具有某些优势和劣势。CdTe是突出的多晶薄膜材料，具有大约1. 45-1. 5电子伏特的近理想带隙。CdTe还具有非常高的吸收率， 并且CdTe的膜可以使用低成本技术制造。尽管CdTe具有获得相对高效率(电池效率大于 16%)的潜力，商业上生产的CdTe模块典型地具有在9-11%范围中的效率。该相对低的电力转换效率可归因于与材料的带隙有关的相对低的开路电压(V。。)，其部分由于CdTe中的低有效载流子浓度和短的少数载流子寿命。如本领域内技术人员已知的，Voc是在没有电流流动时的阳极和阴极之间的电势。在V。。，所有电子和空穴在器件内复合。因此，V。。设置了可以从单个电子空穴对抽出的功的上限。典型地由薄膜CdTe器件展现的短的少数载流子寿命可归因于当薄膜CdTe使用近空间升华(或CSQ在相对低的温度(500-550°C )生长时出现的高缺陷密度。高缺陷密度导致互相抵消的施主和受主态的存在，从而导致在每立方厘米(cc) IO11至IO13范围中的有效载流子密度。然而，该有效载流子密度可以增加，例如通过对刚生长的CdTe膜进行 CdCl2处理，以获得在每cclO13至IO15范围中的有效载流子密度。在这些器件中的典型少数载流子寿命小于大约1纳秒(ns)。这两个数目的结合将限制这些类型的器件的V。。到大约 850mV，而如果可以改进这些性质或当转到不同的器件设计时大约一伏特(V)的V。。值应该是可获得的，参见例如 Thin Solid Films 515 卷 15 期 6099-6102 页 James Sites、Jun Pan 的"Strategies to increase CdTe solar-cell voltage，，( ±曾力口 CdTe 太阳能电池电压的策略)。因此减小CdTe PV电池的缺陷密度将是可取的。提供具有更高有效载流子浓度和增加的少数载流子寿命的CdTe PV电池将是进一步可取的。同样，在不能获得更高有效载流子密度的情况下，提供不同的CdTe PV器件设计将是可取的。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于光伏电池，其包括第一导电层、ρ型半导体层和具有至少大约五(5) μ m的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征的半导体层。该光伏电池进一步包括η型半导体层和第二导电层。该大致上本征半导体层设置在该P型半导体层和该η 型半导体层之间。本专利技术的另一个方面在于光伏电池，其包含包括织构化衬底(textured4substrate)的第一导电层、ρ型半导体层和具有至少大约五(5) μ m的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征的半导体层。该光伏电池进一步包括η型半导体层和第二导电层。 该大致上本征层设置在该ρ型半导体层和该η型半导体层之间。附图说明当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中图1是根据本专利技术的各种实施例的具有n-i-p结构的示例光伏电池的示意剖视图；图2是根据本专利技术的各种实施例的具有n-i-p结构和高电阻透明导电氧化物 (HRT)层的示例光伏电池的示意剖视图；图3是根据本专利技术的各种实施例的具有n-i-p结构和设置在第一导电层和光伏活性层之间的绝缘层和金属层的示例光伏电池的示意剖视图；图4是根据本专利技术的各种实施例的具有p-i-n结构的另一个示例光伏电池的示意剖视图；以及图5是根据本专利技术的各种实施例的具有p-i-n结构和设置在第一导电层和光伏活性层之间的绝缘层和金属层的示例光伏电池的示意剖视图。具体实施例方式本专利技术的光伏电池10实施例参照图1-3描述。如在图1中指示的，光伏(PV)电池10包括第一导电层12、p型半导体层14和大致上本征(i型)半导体层16。该大致上本征半导体层16包括镉和碲，并且更特别地包括从由碲化镉(CdTe)、碲化镉锌、碲化镉硫、碲化镉锰、碲化镉镁和其的组合构成的组选择的材料并且包括许多由晶界分开的晶粒并且具有至少大约五(5) μπι的中等晶粒尺寸。该晶粒是ρ型或η型的。如这里使用的，短语“大致上本征”应该理解为指示具有小于大约每立方厘米(cc) IO13的载流子浓度的材料。如将由本领域内技术人员认识到的，对于主动掺杂的材料和没有主动引入掺杂剂的材料两者都可以获得该范围中的载流子浓度。CdTe的η型掺杂剂的非限制性示例包括铝、铟、氯、溴和碘。对于CdTe，适合的ρ型掺杂剂非限制地包括铜、氮、磷、锑、砷和钠。对于某些配置，本征半导体层16包括碲化镉(CdTe)。然而，本征半导体层16在某些实施例中可包括来自族II和族VI或族III和族V的其他元素，其将不导致大的带隙偏移 (例如，带隙偏移<0. IeV)，例如锌、硫、锰和镁等。对于特定配置，镉在CdTe中的原子百分比在从大约48-52原子百分比的范围中，并且碲在CdTe中的原子百分比在从大约45-55原子百分比的范围中。采用的CdTe可是富Te的，例如碲的原子百分比可在从大约52-55原子百分比的范围中。对于特定配置，锌、硫、锰或镁在CdTe中的原子百分比小于大约10原子百分比，并且更特别地，大约8原子百分比，并且再更特别地，大约6原子百分比，其中带隙停留在1.4-1.5eV范围中。已经认定通过添加小原子百分比的锌，所得的本征碲化镉锌的缺陷密度相对于CdTe减小。然而，可能的是，相反缺陷态可偏移到带内不同的能级，导致不同的自补偿水平，例如可导致更多施主/受主型状态，或更少深缺陷，其可提高寿命。然而，10 原子百分比的锌将使带隙移到高达大约1. 55eV。相似地，硫的添加将在大约1. 4和1. 5eV之间改变所得的本征碲化镉硫的带隙(对于小的原子S百分比)。参见，例如Solar Energy Materials & Solar Cells 9(^2006) 1169-1175D. W. Lane 的“A review of the optical band gap of thin film CdSxTel_x”(薄膜 CdSxTel_x 的光学带隙的回顾)，以及 Journal of Applied Physics 91 卷第 2 期 703-707 页 Jihua Yang 等人的“Alloy composition and electronic structure of Cdl AxZnxTe by surface photovoltage spectroscopy" (Cdl AxZnxTe通过表面光电压谱的合金成分和电子结构)。如在图1中指示的，PV电池10进一步包括η型半导体层18和第二导电层22。对于在图1-3中示出的设置，第一导电层12设置在ρ型半导体层14下面。大致上本征的半导体层16设置在ρ型半导体层14和η型半导体层18之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种光伏电池（１０），其包括：第一导电层（１２）；ｐ型半导体层（１４）；具有至少大约五（５）μｍ的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征半导体层（１６）；ｎ型半导体层（１８）；以及第二导电层（２２），其中所述大致上本征半导体层（１６）设置在所述ｐ型半导体层和所述ｎ型半导体层之间。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·科雷瓦尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US
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