具有带阻滤光器的光伏器件的制作方法
【专利摘要】公开了一种光伏器件(10a-e)，包括：作为非晶半导体材料的光吸收材料(34、35)；以及具有给定阻带的带阻滤光器结构(20)，相对于光吸收材料设置结构以衰减到达光吸收材料并且具有在阻带内角频率ω*的电磁辐射，其中阻带对应于从非晶材料的价带尾(VBT)状态至非晶材料的导带尾(CBT)状态的电子激发
【专利说明】具有带阻滤光器的光伏器件
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及薄膜光伏器件领域，也即包括作为光吸收材料的非晶半导体材料 的器件。特别地，涉及包括用以减小光退化效应的带阻滤光器的薄膜PV电池单元。
【背景技术】
[0002] 首先，需要一些定义：
[0003] -光伏（PV)器件通过展现出光伏效应的材料将太阳能辐射转变为直流电而产生 电能；
[0004] -光伏电池单元（或PV电池单元，也称作太阳能电池单元或光电单元）是依靠光 伏效应将光能直接转换为电能的固态器件（半导体PV电池单元）或聚合物器件（例如有 机PV电池单元）；
[0005] -薄膜光伏电池单元（或薄膜太阳能电池单元）是由沉积在衬底上的光伏材料的 一个或多个薄层（或薄膜）制成的太阳能电池单元。所沉积的层的厚度范围从纳米至数十 微米或更大。薄膜PV电池单元可以根据所使用的PV材料分类，也即：
[0006] -非晶硅（a-Si);
[0007] -其他薄膜硅（TF-Si);
[0008] -碲化镉（CdTe);
[0009] -硒化铜铟镓（CIS或CIGS);以及
[0010]-染料敏化太阳能电池单元（DSC)或其他聚合物/有机太阳能电池单元等等。
[0011] -光伏模块（也称作太阳能模块、太阳能面板或光伏面板）是经连接的光伏电池单 元的组件。
[0012] 非晶硅（a-Si)涉及硅的非晶相。其可以在相对低的温度下（通常在200-300°C 的范围内）在各种衬底上沉积为薄膜，并且由此以低廉成本提供对于包括光伏的许多应用 的可能性。如果需要，a-Si材料可以由氢钝化。氢原子键合至悬挂键；氢钝化可以以数量 级减小悬挂键密度，使得大多数Si原子为4重配位（4-fold coordinated)，正如在单晶 Si(c-Si)或SiH4分子中。氢化非晶硅（a-Si:H)具有在将要用于器件内的充分低的缺陷量。 在没有氢的情形下，a-Si将具有高密度缺陷，例如由于未钝化的悬挂键，该事态显著改变了 光电导率。然而，在文献中，相信a-Si :H基器件中存在的氢是被称作Staebler-Wronski效 应的、导致材料的光致退化效应的主要因素。
[0013] 等离子增强化学气相沉积（PECVD)是用于生长a-Si :H基非晶材料的主流技术。氢 化非晶硅薄膜电池单元通常使用p-i-n结构。通常的面板结构包括正面侧玻璃、透明导电 氧化物、薄膜硅、背接触、聚乙烯醇缩丁醛（PVB)以及背侧玻璃。
【发明内容】
[0014] 根据第一方面，本发明实施为一种光伏器件，包括：
[0015] ?非晶光伏材料；以及
[0016] ?带阻滤光器结构，具有从下限角频率彡0延伸至上限角频率ω_的给定阻 带，其中，其中滤光器结构设置在器件中相对于光伏材料以衰减到达光伏材料的 具有在阻带内角频率ω?的电磁辐射，以使得ω_〈ω\ω_，并且其中和ω_使得所 述角频率ω?对应于从非晶光伏材料的价带尾（VBT)状态至非晶光伏材料的导带尾（CBT) 状态的电子激发
【权利要求】
1. 一种光伏器件（10a-e)，包括： 非晶光伏材料（34);以及 带阻滤光器结构（20)，具有从下限角频率彡〇延伸至上限角频率ω_的给定阻 带，其中，以及 其中相对于所述光伏材料在所述器件中设置所述滤光器结构，以衰减到达所述光伏材 料的、具有在所述阻带内的角频率ω?的电磁辐射，使得ω_〈ω\ω_，以及其中c〇min和 ω_使得所述角频率ω?对应于从所述非晶光伏材料的价带尾（VBT)状态至所述非晶光伏 材料的导带尾（CBT)状态的电子激发h(0'
2. 根据权利要求1所述的光伏器件（10a-e)，其中，对应于所述阻带的上限角频率ω_ 的能量h(Omax小于或者等于所述非晶光伏材料的迁移带隙?ιω Μ,并且优选地等于所述迁 移带隙?κοΜ。
3. 根据权利要求1或2所述的光伏器件（10a-e)，其中，对应于所述阻带的下限角频率 的能量tK0lllin小于所述非晶光伏材料的光学带隙hco g;lp。
4. 根据权利要求1或2或3所述的光伏器件（10a-e)，其中，对应于所述非晶材料的阻 带的宽度的能量2?1 (Λ ων)对应于以下两者之和的两倍： 对应于所述非晶光伏材料的导带尾的范围的能量1ιΔωΓ;以及 对应于所述非晶光伏材料的价带尾的范围的能量?ιΔων。
5. 根据权利要求1所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述阻带延伸在C0min = ωgap- Δ ω Δ ω V的下限角频率、与ω mill = ω gap+ Δ ω C+ Δ ω V的上限角频率之间，其中 ?gap对应于所述光吸收材料的光学带隙hcOgap，以及其中Δ ω。和Δ ων*别对应于能量 Ι?Δον和1?Δων，能量hAcoC和Ι?ΔωV分别对应于所述非晶光伏材料的导带尾的范围 以及所述非晶光伏材料的价带尾的范围。
6. 根据权利要求5所述的光伏器件（10a-e)，其中，ΙιΔω^Ρ--Δων分别是导带尾状 态的Urbach能量以及价带尾状态的Urbach能量。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述非晶光伏材料 (34)包括氢化非晶硅。
8. 根据权利要求5或6所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述非晶光伏材料（34)包括 氢化非晶硅并且： !lA〇)gap 在 1. 7eV 与 2. OeV 之间；以及 --Δω〇+1?Δων小于0. 2eV，并且优选地在0. leV和0. 2eV之间。
9. 根据权利要求1至6中任一项所述的光伏器件，其中，所述非晶光伏材料包括： -掺杂有锗或掺杂有锗和碳的氢化非晶娃； -碲化镉（CdTe); -二硒化铜铟（CIS); -无机非晶材料；或 -有机光伏材料。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述器件具有层状 结构，其中所述层状结构的一个或多个层形成所述带阻结构。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的光伏器件（l〇c-e)，其中，所述层状结构包括 不同材料的两个或多个邻接层的图形，优选地为a-Si : Η和a-SiGe: H，该图形沿着所述层状 结构重复。
12. 根据权利要求11所述的光伏器件（10d)，其中，所述邻接层中的一个被设计为吸收 在所述阻带内的辐射频率，以及所述邻接层中的另一个、优选地两个邻接层包括所述非晶 光伏半导体材料。
13. 根据权利要求10至12中任一项所述的光伏器件（10e)，其中，所述层状结构形成 布拉格反射器，所述布拉格反射器被配置成反射具有在所述阻带内的频率的辐射，并且优 选地配置为全向反射器。
14. 根据权利要求10至12中任一项所述的光伏器件（10a-c)，其中，所述带阻结构是 与所述层状结构的层邻接的带阻滤光器层（20)。
15. -种操作根据权利要求1至13中任一项所述的光伏器件的方法，包括： -将所述光伏器件暴露至辐射以滤除到达所述光吸收材料并且具有在所述阻带内频率 的辐射；以及 -借由所述光伏器件产生电能。
【文档编号】H01L31/0376GK104303318SQ201380025381
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年4月29日 优先权日:2012年5月24日
【发明者】N·D·阿费菲, W·安德瑞奥尼, A·库里奥尼, P·霍姆亚科维, 金志焕, D·K·萨达纳 申请人:国际商业机器公司, 埃及纳米技术中心