一种多结光伏电池，包括至少两个彼此串联电连接的Ｐ－Ｎ结。各个Ｐ－Ｎ结都包含Ｐ型吸收层和Ｎ型发射层，各个Ｐ型吸收层都包括多个碲化锌和碲化铅的交替薄膜层，其中碲化锌和碲化铅在堆厚度中时具有各自的带隙，且各个Ｐ型吸收层的有效带隙位于各自的带隙之间，至少一个Ｐ型吸收层的有效带隙不同于至少另一个Ｐ型吸收层的有效带隙。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜太阳能电池以及应用超晶格结构的太阳能电池。
技术介绍
太阳能电池是通过释放可在半导体中移动并最终流过电负载的电荷而将太阳能 转化成电能的装置。以这种方式产生电流的现象称为光伏效应。光伏系统是围绕光伏电池 而设计的。因为典型的光伏电池在约0. 5伏的直流电压下产生小于3瓦的功率，所以电池 之间必须串并联连接，从而产生用于高功率应用的足够的功率。光电池阵列构成光电模块， 也称为太阳能电池模块。近年的趋势是为更有效地实现带隙转变和传输控制而探索使用量子阱和量子点 结构。例如在太阳能电池中应用多量子阱结构的优势在于通过变化材料层的厚度而不是 通过改变材料的成分(一种更难控制参数)来调整有效带隙。ChafTin等人的美国专利 4，688，068 (在此并入其全部内容作为参考)描述了多量子阱太阳能电池的常用结构，且描 述了使用III-V族化合物的特殊应用。这种类型的量子阱结构通常通过分子束外延(MBE) 或金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长。这些技术通常成本高并至少在采用MOCVD的情 况下涉及剧毒化学物质的使用。因此，需要用于太阳能电池的改良的薄膜和量子阱结构以及形成太阳能电池的方法。
技术实现思路
多结光伏电池包括至少两个彼此串联电连接的P-N结。每个所述P-N结都包含P 型吸收层和N型发射层，各个所述P型吸收层都包括多个交替的碲化锌和碲化铅薄膜层，其 中当在堆厚度(bulk thickness)中时，碲化锌和碲化铅都具有各自的带隙，且各个所述P 型吸收层的有效带隙都位于各自的带隙之间，至少一个P型吸收层的有效带隙不同于至少 另一个P型吸收层的有效带隙。通过参照附图进行说明的本专利技术的优选实施例的以下详细描述，将更好地理解本 专利技术的上述和其他特征。附图说明说明了本专利技术的优选实施例以及其他有关本公开的信息，其中图1是根据本专利技术的多结太阳能电池的例示性实施例的侧视图2是太阳能电池制造过程中用于电沉积薄膜的电沉积设备的示意图；图3是电沉积的SiTe/PbTe/aiTe结构的侧视截面图；图4是电沉积的SiTe薄膜的SEM图；图5是电沉积的I^bTe薄膜的SEM图；图6A 6E是说明对于不同层的光吸收系数乘以光子能的平方根对光子能的曲线 图；图7是用于测试目的的成品太阳能电池模块的示意图；图8是用于沉积SiTe薄膜的脉冲电压的时序图；以及图9是用于沉积I^bTe薄膜的脉冲电压的时序图。具体实施例方式结合附图来理解例示性实施例的说明，其构成整体说明书的一部分。在说明书中， 诸如“下部的”、“上部的”、“水平的”、“垂直的”、“在…之上”、“在…之下”、“向上”、“向下”、 “顶部”和“底部”的相对术语及其派生术语(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应 解释为在所讨论的后续说明或在附图中用于指示方向。这些相对术语用于说明的方便性， 且无需将设备在特定方向上构造或在特定方向上操作。与附接、耦接等有关的术语，例如 “连接”和“互连”，是指结构直接地或通过中间结构间接地固定或附接到另一结构的关系， 以及可移动的或刚性的附接装置或关系，除非另外明确说明。如本文所述，II/VI和IV/VI族(例如，ZnTe和I^bTe)材料层可以以薄膜厚度电沉 积，该厚度小于堆厚度，且将其电沉积得足够薄以使所得的P-N结的吸收层的有效带隙位 于II/VI和IV/VI族材料堆厚度的各自带隙之间。在例示性实施例中，II/VI和IV/VI族 层分别是SiiTe和I^bTe，虽然也可使用诸如ZnSe、ZnS, PbSe和I^bS的其他材料。在某些例 示性实施例中，薄膜层的厚度约为IOOnm或更小，以使交替层形成组合超晶格结构。一种例 示性结构具有厚度在10 IOOnm范围内的单个层，且组合超晶格结构的总厚度在1 5 μ m 的范围内。本文还说明了使用电沉积技术来形成这些结构的例示性方法。科学工作者已经把太阳能电池的发展分成三代。第一代光伏太阳能电池形成在硅 片上或使用多晶硅。第二代光伏材料基于半导体的薄膜沉积应用。不管半导体如何，薄膜 提供了通过不采用应用于第一代太阳能电池中的硅片而显著削减材料成本的前景。薄膜还 提供了其他优点，尤其是增加了制造单元，从硅片( IOOcm2)增加到玻璃板( Im2)，其 中玻璃板的面积约为硅片面积的100倍。在能量转换效率方面，随着时间的推移，第二代技 术极大地填补了其与第一代产品之间存在的差距。随着进一步发展，需要更显著地增加转 换效率。阳光转化成电力的卡诺(Carnot)极限是95%，而对于标准单一带隙太阳能电池来 说，理论上限是33%。这样我们就能假定，如果用不同的原理来制造第三代高性能、低成本 的光伏产品的话，太阳能电池的性能可以提升2 3倍。第一和第二代太阳能电池中的一个损失的关键原因是当光激发对在超过带隙时 迅速损失能量。低能红色光子与更高能量的蓝色光子一样有效。用仅直接穿过装置的低能 光子的损失来平衡这种损失将单一带隙电池的转换效率限制为约44%。另一重要的损失过程是由于光激发电子空穴对的重组造成的。可通过使用用于光 生载流子的具有长少数载流子寿命的材料将这种损失降到最低。串联电池概念(其中使用多个电池，各个电池都具有不同的带隙且各个电池都在转换靠近其带隙的小范围的光子能 量)可应对这些重组损失。其他损失包括结和接触电压损失。第三代太阳能电池致力于通过制造不同的太阳能电池结构来降低上述损失。如果 吸收的光子的能量比电池带隙的能量略高，则可显著消除由光激发电子空穴对的重组导致 的损失。在第三代太阳能电池技术中，能够改变材料的带隙而又不会改变材料的组成的一 种方法是在超晶格结构中生长不同厚度的两种材料。在多量子阱结构中(也称为组合超晶 格)，生长厚度足够小(约几百人)的两种材料的交替层，从而引发量子效应。当制造具有 带隙和的两种不同的半导体A和B的超晶格时，位于通过调制导带和价带边沿而建 立的量子阱之间的电子和空穴波函数的重叠和相互作用导致了依靠导带和价带阶的I型 或II型超晶格的形成。如果小带隙材料的价带和导带阶完全包含于较大带隙材料(I型超 晶格)之中，则会在量子阱中形成微型能带。这些微型能带的位置可通过对各个独立的能 带求解克朗尼希-朋奈(Kronig-Permey)模型(求解到第一近似值)和假设电荷载流子的 有效质量值来确定。光子的吸收发生在价带中被占据的微型能带和导带中未被占据的微型 能带之间。因此可以这样理解，层的周期性交替导致了电势的周期性交替。具体地，具有较 小带隙的半导体的各层产生电势阱。在各个电势阱中，仅有某些能态适于导带电子。每个 状态又分为准连续集或微型能带。随着A和B层的相对厚度的调整，这些微型能带的位置 发生变化，从而导致不同的有效带隙。有效带隙变化的范围取决于合成半导体A和B的带 隙，且无需改变半导体的任何组分。因为非常难以精确控制合金半导体的组分，所以采用这 种方法是非常有效的，这是因为其仅需要控制化合物半导体的组分及其厚度，所以相对容 易实现。在有代表性的实际应用中，具有较小带隙的半导体可以是例如砷化镓(GaAs)的 材料，且具有较大带隙的半导体可以是铝镓砷(AWaAs)。对由这些材料的层组成的组合超 晶格的计算显示微型能带比任何材料半导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多结光伏电池，包括：至少两个彼此串联电连接的Ｐ－Ｎ结，每个Ｐ－Ｎ结都包含Ｐ型吸收层和Ｎ型发射层，每个所述Ｐ型吸收层都包括多个碲化锌和碲化铅的交替薄膜层，其中碲化锌和碲化铅具有在堆厚度中时的各自的带隙，且各个所述Ｐ型吸收层的有效带隙位于所述各自的带隙之间；其中至少一个吸收层的有效带隙不同于至少另一个吸收层的有效带隙。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：普里特帕尔·辛格，
申请(专利权)人：维拉诺瓦大学，
类型：发明
国别省市：US
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