具有光散射界面层的光伏结构及其制造方法技术

描述了一种光伏(PV)电池结构及其制造方法，该电池结构具有一体的光散射界面层，其配置成在光进入半导体材料之前漫射或散射光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光伏电池(PV电池)及其制造方法。更特别地，本专利技术涉及在薄膜太阳能电池中制造光漫射(光散射)层的方法以及利用这种方法制造的薄膜太阳能电池。
技术介绍
并不承认本节中公开的
技术介绍
在法律上构成现有技术。在薄膜太阳能电池中制造光漫射层以改善极薄吸收层中的光吸收会是有利的。利用这种方法制造的薄膜太阳能电池允许使用薄得多的吸收层，因此便于更快地制造吸收层并且更少地使用昂贵 的吸收层，从而减少对环境的可能不利影响。
技术实现思路
在第一方面，这里提供一种包括一体光散射层的PV电池结构。在另一方面，这里提供一种制造具有一体光散射层的PV电池结构的方法。在一宽泛方面，这里提供一种光伏(PV)电池结构，包括由第一半导体材料构成的至少第一层，所述第一层与第二半导体材料构成的第二层相邻，所述第一半导体材料具有第一晶格常数，所述第二半导体材料具有与所述第一晶格常数不同的第二晶格常数；以及至少一个光散射界面层，配置成在光进入第一和第二层中的一个或多个之前对光进行漫射或散射。在某些实施例中，所述光散射界面层形成于所述第一和第二半导体材料层之间的边界处。 在某些实施例中，所述光散射界面层形成于所述第一半导体材料的第一层中。在某些实施例中，所述光散射界面层形成于所述第二半导体材料的第二层中。在某些实施例中，所述PV电池结构包括与所述第一层相邻的透明导电氧化物(TCO)层，所述光散射界面层形成于所述第一层中。在某些实施例中，所述第一和第二层之一是在将所述第一和第二层中的一个或多个置于压应力中的条件下沉积的。在某些实施例中，所述光散射界面层具有在基本垂直于所述第一和第二层定义的平面的方向上伸长的晶格结构。在某些实施例中，所述第一和第二半导体材料具有在每种半导体材料的晶格常数之间的晶格失配，该晶格失配足以形成所述光散射界面层。在某些实施例中，所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有大约5%的晶格失配。在某些实施例中，所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有大约10%的晶格失配。在某些实施例中，所述晶格失配是在半导体材料CdS和CdTe之间的。在某些实施例中，所述光散射界面层由CdS/CdTe构成，所述光散射界面层在所述光散射界面层的CdTe侧具有光散射界面表面。在某些实施例中，所述PV电池结构包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面层形成于所述TCO和CdS层之间。在某些实施例中，所述PV电池结构包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面层形成于所述CdS和CdTe层之间 。在某些实施例中，所述TCO层包括SnO2:F、ZnO:Al、In2O3 = Sn中的一种或多种。在某些实施例中，所述光散射界面层的厚度在大约0.1到大约0. 5微米的范围。在某些实施例中，所述光散射界面层的厚度在大约0.1到大约0. 25微米的范围。在某些实施例中，所述光散射界面层包括CdTe，且厚度在大约0. 2到大约0. 5微米的范围。在某些实施例中，所述光散射界面层中具有微孔。在某些实施例中，所述光散射界面层的特征在于大约20-50%的孔隙度。在某些实施例中，所述光散射界面层的特征在于大约20-50%的孔隙度，孔隙尺寸在大约0.1微米到大约I微米的范围。在某些实施例中，利用所述第一半导体材料和所述第二半导体材料中的一种或多种形成电介质不连续性。在某些实施例中，所述PV结构包括透明导电氧化物(TCO)层，利用所述TCO和所述光散射界面层形成电介质不连续性。在某些实施例中，所述光散射界面层具有光散射属性，该光散射属性足以使入射光线在宽角度范围上散射或偏转。在某些实施例中，所述光散射界面层形成于CdS第一半导体材料构成的第一层和CdTe第二半导体材料构成的第二层之间；所述界面层具有光散射属性，当所散射的光线进A CdTe第二半导体材料层时，该光散射属性足以使入射光线在宽角度范围上散射或偏转。在另一宽泛方面，这里提供光散射界面层在用于制造太阳能电池的光伏(PV)电池中的使用。在另一宽泛方面，这里提供一种制造用于光伏(PV)电池的光散射界面层的方法，包括沉积与半导体材料的第二层相邻的第一半导体材料的至少第一层以形成PV电池结构，所述第一和第二半导体材料具有不同的晶格常数，以及形成至少一个光散射界面层，该至少一个光散射界面层配置成在光进入第一和第二层中的一个或多个之前对光进行漫射或散射。在某些实施例中，通过对所述第一和第二层进行热处理，从而在所述第一和第二层的相邻表面之间形成所述光散射界面层，来形成所述界面层。在某些实施例中，在大约350°C到大约420°C的温度范围对所述第一和第二层进行热处理。在某些实施例中，在大约350°C到大约420°C的温度范围且在存在CdCl2、ZnCl2,HCl和Cl2中的一种或多种的蒸汽时对所述第一和第二层进行热处理。在某些实施例中，所述第一和第二层中的至少一个是在将所述第一和第二层中的一个或多个置于压应力中的条件下沉积的。在某些实施例中，所述光散射界面层在分层生长工艺中形成。在某些实施例中，所述光散射界面层在分层生长工艺中利用纳米颗粒形成。在某些实施例中，所述光散射界面层利用纳米墨工艺形成。在某些实施例中，所述光散射界面层通过等离子体工艺形成。在某些实施例中，所述第一和第二层中的至少一个通过磁控溅射沉积工艺形成。在某些实施例中，所述沉积在将第一和第二层中的一个或多个置于压应力中的条件下执行。在某些实施例中，在由所述第一和第二层定义的平面中施加所述压应力，由此晶格在垂直于第一和第二层的平面的方向上伸长。在某些实施例中，所述PV电池结构包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，且在大约390°C的温度下对PV电池结构进行热处理。此外，在某些实施例中，所述CdS/CdTe界面层在所述界面层的CdTe侧具有光散射漫射表面。在某些实施例中，在所述光散射界面层中形成微孔。在某些实施例中，所述光散射界面层形成于CdS第一半导体材料构成的第一层和CdTe第二半导体材料构成的第二层之间；所述光散射界面层具有在所散射的光线进入CdTe第二半导体材料层时，足以使入射光线在宽角度范围上散射或偏转的属性。在另一宽泛方面，这里提供一种通过这里描述的一种或多种方法制造的具有散射界面层的光伏(PV)电池结构。在另一宽泛方面，这里提供一种光伏(PV)电池结构，包括透明导电氧化物(TCO)层；与所述TCO层相邻的至少第一半导体材料的第一层；以及在光进入所述第一层之前漫射或散射光的光散射界面层。在某些实施例中，所述光散射界面层形成于所述第一层和所述TCO层之间的边界处。在某些实施例中，所述光散射界面层形成于所述第一半导体材料的第一层中。在某些实施例中，所述第一层在将所述第一层和所述TCO层置于压应力中的条件下沉积。在某些实施例中，所述光散射界面层具有在基本垂直于所述第一和第二层定义的平面的方向上伸长的晶格结构。在某些实施例中，所述第一层和所述TCO层具有晶格失配以导致所述光散射界面层的形成。 在某些实施例中，所述第一层和所述TCO层具有大约5%的晶格失配。在某些实施例中，所述第一层和所述TCO层具有大约10%的晶格失配。在某些实施例中，所述PV电池结构包括TCO/CdS/CIGS/Mo/玻璃或TCO/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.26 US 61/348,7091.一种光伏(PV)电池结构,包括由第一半导体材料构成的至少第一层，其与由第二半导体材料构成的第二层相邻，所述第一半导体材料具有第一晶格常数，所述第二半导体材料具有与所述第一晶格常数不同的第二晶格常数；以及至少一个光散射界面层，配置为在光进入该第一和第二层中的一个或多个之前对光进行漫射或散射。2.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层形成于所述第一和第二半导体材料层之间的边界处。3.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层形成于所述第一半导体材料的第一层中。4.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层形成于所述第二半导体材料的第二层中。5.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述PV电池结构包括与所述第一层相邻的透明导电氧化物(TCO)层，所述光散射界面层形成于所述第一层中。6.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述第一和第二层之一是在将所述第一和第二层中的一个或多个置于压应力中的条件下沉积的。7.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层具有在基本垂直于所述第一和第二层定义的平面的方向上伸长的晶格结构。8.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有晶格失配，该晶格失配足以导致所述光散射界面层的形成。9.根据权利要求8所述的PV电池结构，其中所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有大约5%的晶格失配。10.根据权利要求8所述的PV电池结构，其中所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有大约10%的晶格失配。11.根据权利要求10所述的PV电池结构，其中所述晶格失配是在半导体材料CdS和CdTe之间的。12.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层由CdS/CdTe构成，所述光散射界面层具有在所述光散射界面层的CdTe侧的光散射界面表面。13.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述PV电池结构包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面层形成于所述TCO和CdS层之间。14.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述PV电池结构包括玻璃/TCO/CdS/CdTe，所述光散射界面层形成于所述CdS和CdTe层之间。15.根据权利要求5所述的PV电池结构，其中所述TCO层包括SnO2:F、ZnO: Al、In2O3: Sn中的一种或多种。16.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层的厚度在大约O.1到大约O. 5微米的范围。17.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层的厚度在大约O.1到大约O. 25微米的范围。18.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层包括CdTe，且厚度在大约O. 2到大约O. 5微米的范围。19.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层中具有微孔。20.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层的特征在于大约20-50%的孔隙度。21.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层的特征在于大约20-50%的孔隙度，孔隙尺寸在大约O.1微米到大约I微米的范围。22.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中利用所述第一半导体材料和所述第二半导体材料中的一种或多种形成电介质不连续性。23.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述PV结构包括透明导电氧化物(TCO)层，利用所述TCO和所述光散射界面层形成电介质不连续性。24.根据权利要求1所述的PV电池结构,其中所述光散射界面层具有光散射属性,该光散射属性足以使入射光线在宽角度范围上散射或偏转。25.根据权利要求1所述的PV电池结构，其中所述光散射界面层形成于CdS第一半导体材料构成的第一层和CdTe第二半导体材料构成的第二层之间；所述界面层具有光散射属性，在所散射的光线进入CdTe第二半导体材料层时，所述光散射属性足以使入射光线在宽角度范围上散射或偏转。26.光散射界面层在用于制造太阳能电池的光伏(PV)电池中的用途。27.一种制造用于光伏(PV)电池的光散射界面层的方法，包括沉积与半导体材料的第二层相邻的至少第一半导体材料的第一层以形成PV电池结构，所述第一和第二半导体材料具有不同的晶格常数，以及形成至少一个光散射界面层，其配置为在光进入第一和第二层中的一个或多个之前对光进行漫射或散射。28.根据权利要求27所述的方法，其中通过对所述第一和第二层进行热处理使得在第一和第二层的相邻表面之间形成所述光散射界面层，来形成所述界面层。29.根据权利要求27所述的方法，其中在大约350°C到大约420°C范围中的温度下对所述第一和第二层进行热处理。30.根据权利要求27所述的方法，其中在大约350°C到大约420°C范围中的温度下并在存在CdCl2、ZnCl2、HCl和Cl2中的一种或多种的蒸汽时对所述第一和第二层进行热处理。31.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层形成于所述第一或第二半导体材料层之间的边界处。32.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层形成于所述第一半导体材料的第一层中。33.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层形成于所述第二半导体材料的第二层中。34.根据权利要求27所述的方法，其中PV电池结构包括与所述第一层相邻的透明导电氧化物(TCO)层，所述光散射界面层形成于所述第一层中。35.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一和第二层中的至少一个是在将所述第一和第二层中的一个或多个置于压应力中的条件下沉积的。36.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层具有在基本垂直于由所述第一和第二层定义的平面的方向上伸长的晶格结构。37.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有晶格失配，该晶格失配足以导致所述光散射界面层的形成。38.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有大约5%的晶格失配。39.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一和第二半导体材料在每种半导体材料的晶格常数之间具有大约10%的晶格失配。40.根据权利要求39所述的方法，其中所述晶格失配是在半导体材料CdS和CdTe之间的。41.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层具有与所述第一和第二半导体材料的第一和第二层中的至少一个相邻的光散射漫射表面。42.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层是在分层生长工艺中形成的。43.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层是在分层生长工艺期间利用纳米颗粒形成的。44.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层是利用纳米墨工艺形成的。45.根据权利要求27所述的方法，其中所述光散射界面层是通过等离子体工艺形成的。46.根据权利要求27所述的方法，其中利用所述第一半导体材料和所述第二半导体材料中的一种或多种形成电介质不连续性。47.根据权利要求27所述的方法，其中所述PV结构包括透明导电氧化物(TCO)层，利用所述TCO形成电介质不连续性。48.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一和第二层中的至少一个是通过磁控溅射沉积工艺形成的。49.根据权利要求48所述的方法，其中所述沉积是在将所述第一和第二层中的一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向鑫，A·D·库姆潘，N·R·鲍戴，
申请(专利权)人：托莱多大学，
类型：
国别省市：