光电器件及其生产方法
【专利说明】光电器件及其生产方法
[0001] 本发明涉及光电器件，更具体地，涉及太阳光伏电池。
[0002] 术语"光伏"指从在暴露于光的两种材料之间的接合处的光产生电，通常是直流 电。光通常是太阳光，且因此光伏常常被称为太阳光伏。已知使用两种材料的半导体。所 使用的半导体材料展示光伏效应。
[0003] 这两种材料通常是半导体：P型和n型半导体材料。当连接在一起时，在这两种类 型的半导体材料之间的边界或界面被称为P_n结。通常通过用另一种材料掺杂一种材料来 产生这种类型的P_n结。掺杂可以是通过扩散、离子注入或外延。后者涉及使掺杂有一种 类型的掺杂剂的第二层晶体在掺杂有不同类型的掺杂剂的第一层晶体的顶部上生长。
[0004] 可在使用半导体的大部分光电器件中找到p_n结。这些光电器件包括光伏或太阳 光伏电池、二极管、发光二极管（LED)和晶体管。p-n结可被看作是出现电能的产生或消耗 的活性部位。
[0005] 对可再生能源的要求推动了在太阳光伏电池的成本和效率中的明显提高，但现有 的技术仍然代表产生电的相当昂贵的方法。此外，现有的太阳光伏电池与产生电的其它方 法比较是相对低效的，且是相对脆弱的，也就是说，它们相对容易被损坏。
[0006] 本发明目的在于减轻现有太阳光伏电池的一个或多个缺点。
[0007] 根据本发明的第一方面，提供了光电器件，其包括：
[0008] 衬底，其包括第一系列凹槽和第二系列凹槽及二者之间的沟道；
[0009] 第一系列凹槽和第二系列凹槽中的每个凹槽具有第一和第二表面及第一和第二 表面之间的腔；
[0010] 腔至少部分地填充有第一半导体材料；
[0011] 第一表面涂覆有导体材料而第二表面涂覆有第二半导体材料；以及
[0012] 其中沟道还横断第一系列凹槽和第二系列凹槽中的凹槽。
[0013] 本发明的优点可以是：沟道分离第一系列凹槽和第二系列凹槽，使得电流可从与 第二系列凹槽隔离的第一系列凹槽得到或被供应到与第二系列凹槽隔离的第一系列凹槽。
[0014] 第一系列凹槽和第二系列凹槽一般是细长凹槽。在第一系列凹槽和第二系列凹槽 之间的沟道一般是细长沟道。
[0015] 沟道一般在或靠近每个凹槽的一端横断第一系列凹槽和第二系列凹槽中的凹槽。 沟道一般靠近每个凹槽的一端横断或横跨第一系列凹槽中的凹槽，并接着在靠近每个凹槽 的对立和/或相对端横断或横跨第二系列凹槽中的凹槽之前在第一系列凹槽和第二系列 凹槽之间穿过。
[0016] 第一系列凹槽和第二系列凹槽中的每个凹槽的第一和第二表面可涂覆有导体材 料。第一系列凹槽和第二系列凹槽中的每个凹槽的第一和第二表面可涂覆有第二半导体材 料。
[0017] 第二表面可涂覆有第二半导体材料，而第一表面可涂覆有第三半导体材料。至少 部分地填充腔的第一半导体材料可以是本征半导体。
[0018] 第一系列凹槽和第二系列凹槽中的每个凹槽的第一和第二表面可分别被称为整 体第一表面和整体第二表面。整体第一表面通常相对于从衬底的法线成第一角度，而整体 第二表面通常相对于从衬底的法线成第二角度。第一角度通常是从45°到小于90°。第 二角度通常是从45°到小于90°。
[0019] 第一半导体材料一般是p型半导体材料。第二半导体材料一般是n型半导体材料。P型半导体材料因此通常在凹槽的腔中。
[0020] 在可选的实施方式中，第一半导体材料是n型半导体材料，而第二半导体材料一 般是P型半导体材料。
[0021] N型和P型半导体可包括硅、非晶硅、氢化非晶硅、铝、锗、氮化镓、砷化镓、磷化铝、 砷化铝、碘化铜、氧化锌和任何其它半导体中的一个或多个。
[0022] N型半导体一般包括硅、锗、磷、硒、碲和硫化镉中的一个或多个。
[0023] P型半导体一般包括硅、锗、碲化镉、铜铟镓硒（"CIGS")、铜铟镓二硒、氧化铜、硼、 铍、锌和镉中的一个或多个。
[0024] 第一和第二半导体材料可在界面和/或边界处交会。界面一般被称为p_n结。第 一和第二半导体材料可一起被称为活性材料。
[0025] 活性材料可沉积在腔中和在腔的第一和/或第二表面上，并可提供欧姆和整流触 点用于从活性材料引入或提取电荷。活性材料可以是光伏、发光和离子传导中的一个或多 个。
[0026] 第二表面涂覆有导体材料和第二半导体材料。涂覆在第一表面上的导体材料可以 与涂覆在第二表面上的导体材料相同，但它可以是不同的。涂覆在第一和/或第二表面上 的导体材料可包括铝、铋、镉、铬、铜、镓、金、铟、铅、镁、锰、钐、钪、银、锡和锌中的一个或多 个。
[0027] 第二半导体材料可以是电子阻挡材料例如三氧化钼。第一半导体材料可以是异质 结，即P型半导体、n型半导体和施主受主材料中的一个或多个的混合物。
[0028] 一般，第一系列凹槽和第二系列凹槽及二者之间的沟道的一部分一一通常是相当 大的一部分一一实质上是平行的，一般彼此平行。沟道可横跨第一系列凹槽和第二系列凹 槽且一般横跨第一系列凹槽和第二系列凹槽的端部延伸。沟道可横跨第一系列凹槽和第二 系列凹槽且一般横跨第一系列凹槽和第二系列凹槽的相对端延伸。
[0029] 沟道可垂直于和平行于第一系列凹槽和第二系列凹槽延伸。当沟道横跨第一系列 凹槽和第二系列凹槽的端部延伸时，通常沟道垂直于第一系列凹槽和第二系列凹槽。当沟 道在第一系列凹槽和第二系列凹槽之间延伸时，通常沟道平行于第一系列凹槽和第二系列 凹槽。沟道可横跨第一系列凹槽和第二系列凹槽的端部延伸的角度可以是可变的并可选地 从0°到90°，通常从35°到55°，且一般是从45°。
[0030] 当沟道垂直于和平行于第一系列凹槽和第二系列凹槽延伸时，沟道可被称为在至 少两个方向上延伸以连接所述第一系列凹槽和第二系列凹槽。
[0031] 当沟道实质上垂直和横跨第一系列凹槽和第二系列凹槽的端部延伸时，它也可在 相对于第一系列凹槽和第二系列凹槽的至少两个方向上延伸。当沟道在相对于第一系列凹 槽和第二系列凹槽的至少两个方向上延伸时，它一般形成Z字形形状。
[0032] 包括第一系列凹槽和第二系列凹槽及二者之间的沟道的衬底的表面可被称为结 构化表面。结构化表面一般不是平的。衬底可具有平的另一表面。
[0033] 沟道可被称为定界特征。沟道一般分离第一系列凹槽和第二系列凹槽。沟道一般 具有第一和第二表面及二者之间的沟道腔。沟道的至少第一表面可涂覆有导体材料而沟道 的第二表面可涂覆有第二半导体材料。沟道的第二表面也可涂覆有导体材料。在沟道的第 一和第二表面之间的沟道腔通常至少部分地填充有第一半导体材料。
[0034] 沟道一般具有相对于从衬底的法线成第一角度的第一表面和相对于从衬底的法 线成第二角度的第二表面。沟道的第一表面和沟道的第二表面可垂直于衬底的平面。第一 角度通常是从45°到小于90°。第二角度通常是从45°到小于90°。
[0035] 在腔中的第一半导体材料、在第二表面上的第二半导体材料以及在第一系列凹槽 和第二系列凹槽中的每个凹槽的至少第一表面上的导体材料通常都在电连通中。电连通使 得通常电流可在第一和第二半导体材料以及导体材料之间流动。
[0036] 在沟道腔中的第一半导体材料、在第二表面上的第二半导体材料和在沟道的至少 第一表面上的导体材料之间没有电连通。
[0037] 在第一系列凹槽和第二系列凹槽中的每个凹槽的第一和第二表面之间的腔中的 第一半导体材料的深度实质上是相同的或至少类似于在沟道的第一和第二表面之间的沟 道腔中的第一半导体材料的深度。
[0038] 沟道的第一侧和第二侧可提供电路的正极和负极。第一和第二侧可与在沟道的第 一和第二表面上的导体材料电连通。沟道的第一侧可与电路的正极电连通、一般附着到电 路的正极。沟道的第二侧可与电路的负极电连通、一般附着到电路的负极。
[0039] 电路中的电可具有从1毫安到1安培的电流、从0. 1到3伏的电位和从IxHT6到 3瓦的功率中的一个或多个。
[0040] 沟道的第一和第二侧可相邻于沟道。沟道的第一和第二侧可至少实质上平行于衬 底的平面。
[0041] 沟道一般是不导电的。沟道一般使沟道的第一和第二侧彼此分离和/或绝缘。
[0042] 光电器件可被称为两端子器件。第一系列凹