用于聚光光伏的包含堆叠的太阳能电池的高效率太阳能接收器的制造方法
【专利说明】用于聚光光伏的包含堆叠的太阳能电池的高效率太阳能接收器
[0001]优先权要求
本申请要求在2013年3月14日提交的标题是“办/似EFFICIENCY SOLAR RECEIVERSINCLUDING STACKED SOLAR CELLS FOR CONCENTRATOR PHOTOWLTAICS” 的美国临时专利申请号61/782，983的优先权，该美国临时专利申请号61/782，983的公开通过参考被整体地结合在本文中。
技术领域
[0002]本发明涉及太阳能光伏发电，并且更具体地，涉及聚光光伏(CPV)发电。
【背景技术】
[0003]聚光光伏(CPV)是用于在阳光充足的环境中可再生发电的越来越有前途的技术。CPV使用相对便宜的、高效的光学器件来将日光聚光到太阳能电池上，由此减少半导体材料的成本需求并且实现高效电池(例如，多结太阳能电池)的经济使用。这个在减少成本时的高效率结合其他方面使得CPV在阳光充足的气候和地理区域中是更经济的可再生太阳能电力技术之一。
[0004]聚光光伏太阳能电池系统可以使用透镜或镜子来将相对大面积的日光集中到相对小的太阳能电池上。太阳能电池能够将集中的日光转换成电功率。通过将日光光学地聚光到更小的面积中，具有更大的转换性能的更少的和更小的太阳能电池能够被用于以较低的成本产生更高效的光伏系统。
[0005]例如，由于简化了从这样的电池的能量提取，使用小的太阳能电池(例如，小于大约4 mm2的电池)的CPV模块设计可以显著地受益。优良的能量提取特性能够应用于可用电能和废热两者，从而潜在地允许比使用更大的电池的CPV模块设计更好的性价比。为了增加或最大化聚光光伏系统的性能，CPV系统能够被装配在将所述CPV系统光学器件与光源(典型地，太阳)对齐的跟踪系统上，使得入射光与聚光光学元件的光轴基本平行，从而将入射光集中在所述光伏元件上。
[0006]用于制作微聚光太阳能模块的一些设计和工艺被描述在美国专利申请公开号2008/0121269中。而且，用于制作高级聚光光伏模块、接收器和子接收器的一些方法被描述在美国专利申请公开号2010/0236603中。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一些实施例，太阳能接收器包含:第一光伏电池；第二光伏电池，堆叠在所述第一光伏电池上并且与所述第一光伏电池电气独立；以及多层电介质堆叠，在第一和第二光伏电池之间。所述多层电介质堆叠包含:至少两个具有不同的折射率的电介质层。
[0008]在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以包含:第一电介质层；中间电介质层，在所述第一电介质层上；以及第二电介质层，在所述中间电介质层上。所述中间电介质层可以比所述第一电介质层具有更低的折射率，并且所述第二电介质层可以比所述中间电介质层具有更高的折射率。
[0009]在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以限定在所述第一光伏电池的半导体层和所述第二光伏电池的半导体层之间的界面。所述第一光伏电池的半导体层可以比所述第一电介质层具有更高的折射率，并且所述第二光伏电池的半导体层可以比所述第二电介质层具有更高的折射率。
[0010]在一些实施例中，第一和第二光伏电池可以包含各自的具有不同的晶格常数的半导体材料。
[0011]在一些实施例中，第一和/或第二光伏电池可以分别包含至少两个传导端子。
[0012]在一些实施例中，第一和/或第二光伏电池可以是单结或多结光伏电池。
[0013]在一些实施例中，第一和第二光伏电池之一可以包含高带隙半导体材料。第一和第二光伏电池中的另一个可以包含低带隙半导体材料。
[0014]在一些实施例中，第一和/或第二光伏电池可以是具有在所述第二光伏电池的半导体层和所述多层电介质堆叠的第二电介质层之间的接合界面的转印电池。
[0015]在一些实施例中，所述中间电介质层的厚度和电介质强度可以比第一和第二电介质层的厚度和电介质强度更大。
[0016]在一些实施例中，第一和第二电介质层可以是金属氧化物，并且所述中间电介质层可以是二氧化硅或氮化硅。
[0017]根据本发明的进一步的实施例，太阳能接收器包含第一光伏电池和第二光伏电池，所述第二光伏电池堆叠在所述第一光伏电池上并且与所述第一光伏电池串联电气连接。第一和第二光伏电池包含各自的具有不同晶格常数的半导体材料，其中在第一和第二光伏电池之间的接合界面出现在各自的半导体材料之间。
[0018]在一些实施例中，电流可以直接通过所述接合界面。
[0019]在一些实施例中，所述太阳能接收器可以具有小于大约4 _2的光接收面积。
[0020]在一些实施例中，在第一和第二光伏电池之间的所述接合界面可以是不良的电导体。
[0021 ] 在一些实施例中，在第一和第二光伏电池之间的所述接合界面可以包含:第一导电层，在所述第一光伏电池的顶部处；和第二导电层，在所述第二光伏电池的基底处。电气连接可以被提供在第一和第二导电层之间。
[0022]在一些实施例中，在所述第二光伏电池的基底处的所述第二导电层可以包含可以与所述第二光伏电池晶格匹配并且可以具有比所述第一光伏电池的带隙更大的带隙的掺杂的半导体。
[0023]在一些实施例中，在所述第一光伏电池的顶部处的第一导电层可以是可以与所述第一光伏电池晶格匹配并且可以具有比所述第一光伏电池的带隙更大的带隙的掺杂的半导体。
[0024]在一些实施例中，在第一和第二导电层之间的电气连接可以是在第一和第二光伏电池的有源区域外部延伸的金属导体。
[0025]根据本发明的又进一步的实施例，制作太阳能接收器的方法包含:在第一光伏电池上形成多层电介质堆叠。所述多层电介质堆叠包含至少两个具有不同折射率的电介质层。将第二光伏电池堆叠在所述多层电介质堆叠上。所述第二光伏电池与所述第一光伏电池电气独立。
[0026]在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以通过以下方式被形成:在所述第一光伏电池上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成中间电介质层；以及在所述中间电介质层上形成第二电介质层。所述中间电介质层可以比所述第一电介质层具有更低的折射率。所述第二电介质层可以比所述中间电介质层具有更高的折射率。所述第二光伏电池可以被堆叠在所述第二电介质层上。
[0027]在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以限定在所述第一光伏电池的半导体层和所述第二光伏电池的半导体层之间的界面。所述第一光伏电池的半导体层可以比所述第一电介质层具有更高的折射率。所述第二光伏电池的半导体层可以比所述第二电介质层具有更高的折射率。
[0028]在一些实施例中，第一和第二光伏电池可以包含各自的具有不同晶格常数的半导体材料。所述第一光伏电池的一个或多个层可以被外延生长在第一源衬底上。所述第二光伏电池的一个或多个层可以被外延生长在与所述第一源衬底不同的第二源衬底上。使用转印工艺可以将所述第二光伏电池从所述第二源衬底转移到所述多层电介质堆叠的所述第二电介质层上以限定其间的接合界面。
[0029]根据本发明的一些实施例，太阳能接收器包含(例如，垂直)堆叠的至少两个电气独立的光伏电池。
[0030]在一些实施例中，在所述光伏电池之间的电池间界面包含多层电介质堆叠。所述多层电介质堆叠包含至少两个具有不同折射率的电介质层，并且所述多层电介质堆叠被配置为减少法布里一珀罗(Fabry-Perot)腔光损耗和/或在电气隔离的光伏电池之间提供高电介质强度。
[0031]在一些实施例中，光伏电池(也被称为所述太阳能接收器的子电池)中的一个或多个可以包含至少两个传导端子，使得所述太阳能接收器是多端子装置。
[0032]在一些实施例中，所述光伏电池可以是单结或多结光伏电池。
[0033]在一些实施例中，所述光伏电池可以被生长或被另外形成以具有不同的晶格常数，这可以允许在所述太阳能接收器之内的不同的带隙组合和/或界面。
[0034]在一些实施例中，所述太阳能接收器可以包含两个堆叠的光伏电池，并且所述太阳能接收器可以是四端子装置。
[0035]在一些实施例中，本发明可以提供用于生产在堆叠的电池之间的界面的方法和结构，所述界面在关心的波长范围中具有高光学透明度。
[0036]在一些实施例中，本发明可以提供用于例如从在所述堆叠中的最下部子电池提取产生的光电流的方法和结构。
[0037]在一些实施例中，本发明可以提供了提供表面可装配太阳能接收器的方法和结构。
[0038]在回顾下面的附图和具体描述时，根据一些实施例的其他方法和/或装置对于本领域的技术人员将变得清楚。旨在除了以上实施例的任何和所有组合之外的所有这样的附加实施例被包含在本描述之内，在本发明的范围之内，并且由所附权利要求保护。
【附图说明】
[0039]本公开的方面通过示例的方式被图解并且不由同样的参考指示同样的元件的附图限制。
[0040]图1是根据本发明的一些实施例的包含垂直堆叠的电气独立的子电池的太阳能接收器的框图。图2更详细地图解根据本发明的一些实施例的低光学损耗界面。
[0041]图3是图解经过由根据本发明的一些实