多结光伏装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及多结光伏装置。本文揭示一种可操作以将光转化为电力的光伏装置，其包括衬底、基本上垂直于所述衬底的一个或一个以上结构，和安置在所述衬底上的反射层，以及共形安置在所述一个或一个以上结构上的一个或一个以上结。
【专利说明】多结光伏装置
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案与第12/621497 号、第 12/633297 号、第 61/266064 号、第 12/982269 号、第 12/966573 号、第 12/967880 号、第 61/357429 号、第 12/974499 号、第 61/360421 号、第 12/910664 号、第 12/945492 号、第 12/966514 号、第 12/966535 号、第 13/047392 号、第13/048635 号、第 13/106851 号、第 61/488535 号、第 13/288131 号、第 13/494661 号以及第61/563，279号美国专利申请案相关，所述专利申请案的揭示内容全文以引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0003]本申请案涉及光伏装置，且更特定来说涉及多结光伏装置。
【背景技术】
[0004]光伏装置(也称为太阳能电池)是通过光伏效应将太阳光的能量直接转换为电力的固态装置。电池的组合件用于形成太阳能模块，也称为太阳能面板。从这些太阳能模块产生的能量(称为太阳能)是太阳能的实例。
[0005]光伏效应是在曝露于光后在材料中产生电压(或对应的电流)。尽管光伏效应与光电效应直接相关，但这两个过程是不同的且应予以区分。在光电效应中，电子在曝露于充分能量的福射后从材料表面射出。光伏效应的不同之处在于，所产生的电子在材料内的不同能带之间转移(即，从价带到传导带)，从而导致电压在两个电极之间累积。
[0006]光伏法是用于通过使用太阳能电池将来自太阳的能量转换为电力而产生电功率的方法。光伏效应涉及太阳能的光脉冲群的光子将电子撞击到较高能量状态以产生电力。在较高能量状态下，电子能够从其与半导体中的单一原子相关联的正常位置逃逸以变为电路中的电流的一部分。这些光子含有对应于太阳光谱的不同波长的不同量的能量。当光子撞击PV电池时，其可被反射或吸收，或者其可一直通过。被吸收的光子可产生电力。术语光伏表不其中穿过装置的电流完全归因于光能的光电二极管的未偏置操作模式。实际上，所有光伏装置都是某一类型的光电二极管。
【发明内容】
[0007]本文揭不一种可操作以将光转换为电力的光伏装置，其包括衬底、基本上垂直于衬底的一个或一个以上结构，和安置在衬底上的反射层，以及共形安置在所述一个或一个以上结构上的一个或一个以上结。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1A是根据一实施例的光伏装置的示意横截面图。
[0009]图1B展示图1A的装置的细节。
[0010]图2A是根据一实施例制造图1A和IB的光伏装置的示范性工艺。[0011]图2B展示图1A中的工艺中的一些步骤的细节。
[0012]图3展示光伏装置的替代条状结构。
[0013]图4展示光伏装置的替代网状结构。
【具体实施方式】
[0014]如本文使用的术语“光伏装置”表示可通过将例如太阳辐射等光转换为电力来产生电功率的装置。如本文使用的术语“单晶”意味着材料的晶格贯穿于整个结构中是连续且不中断的，其中基本上无晶界。导电材料可为具有基本上零带隙的材料。导电材料的电导率通常在103S/cm以上。半导体可为具有达约3eV的有限带隙的材料，且通常具有IO3到10_8S/cm的范围内的电导率。电绝缘材料可为具有大于约3eV的带隙的材料，且通常具有l(T8S/cm以下的电导率。如本文使用的术语“基本上垂直于衬底的结构”意味着结构与衬底之间的角为85°到90°。如本文使用的术语“覆盖层”表示结构周围的物质层。如本文使用的术语“连续”表示不具有间隙、孔或中断。如本文使用的术语“耦合层”表示有效地将光引导到结构中的层。
[0015]如本文使用的族II1-V化合物材料表示由族III元素和族V元素组成的化合物。族III元素可为B、Al、Ga、In、Tl、Sc、Y、稀上属元素以及锕系元素。族V元素可为V、Nb、Ta、Db、N、P、As、Sb和Bi。如本文使用的族I1-VI化合物材料表示由族II元素和族VI元素组成的化合物。族II元素可为Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra。族VI元素可为Cr、Mo、W、Sg、O、S、Se、Te和Po。四元材料是由四个元素组成的化合物。
[0016]本文描述可操作以将光转换为电力的光伏装置，其包括衬底、基本上垂直于衬底的一个或一个以上结构，和安置在衬底上的反射层，以及共形安置在所述一个或一个以上结构上的一个或一个以上结。所述光伏装置优选包括共形安置在所述一个或一个以上结构上的至少两个结。
[0017]在一实施例中，衬底是电绝缘材料。衬底可包括玻璃、聚合物、一个或一个以上适宜的电绝缘材料，或其组合。
[0018]在一实施例中，衬底是导电材料。衬底可包括一个或一个以上金属、一个或一个以上适宜的电绝缘材料、一个或一个以上其它适宜的导电材料，或其组合。
[0019]在一实施例中，衬底是柔性的。在一实施例中，衬底是透明的。
[0020]在一实施例中，衬底具有约5 μ m到约300 μ m的厚度，优选约200 μ m。
[0021]在一实施例中，基本上垂直于衬底的所述一个或一个以上结构是具有选自由椭圆形、圆形、矩形和多边形横截面、条形组成的群组的横截面的圆柱体或棱柱体。基本上垂直于衬底的所述一个或一个以上结构可为网状。如本文使用的术语“网状”表示类似于网的图案或构造。
[0022]在一实施例中，所述结构是具有约0.2μπι到约10 μ m的直径的圆柱体，优选具有约Iym的直径。
[0023]在一实施例中，所述结构是具有约2μπι到约50 μ m的高度的圆柱体或棱柱体，优选约10 μ m高度；约0.5 μ m到约20 μ m的两个最近结构之间的中心至中心距离优选约
2μ m0
[0024]在一实施例中，所述结构具有与衬底相同的组成。在一实施例中，所述结构为电绝缘材料，例如玻璃、聚合物、氧化物，或其组合。
[0025]在一实施例中，所述结构的顶部部分为圆形或锥形。所述结构可通过例如各向同性蚀刻等任何适宜的方法而变为圆形或锥形。所述圆形或锥形顶部部分可增强到结构的光耦合。
[0026]在一实施例中，第一结共形安置在所述结构上，且第二结共形安置在第一结上。第一和第二结可选自p-1-n结、p-n结和异质结。更多结(例如，表I中的第三结和第四结)可共形安置在第二结上。在一实施例中，这些结的每一者具有约5nm到约IOOnm的厚度，优选约20nm。
[0027]在一实施例中，导电层可安置在所述结构与第一结之间。在一实施例中，此导电层同第一导电层与所述结构之间的整个界面共同延伸。此导电层可具有约2nm到约IOOnm的厚度，优选约10nm。此导电层可为透明的、半透明或不透明的。
[0028]在一实施例中，透明导电层可安置在每一对相邻结之间。在一实施例中，透明导电层与一对相邻结之间的整个界面共同延伸。此透明导电层可具有约2nm到约IOOnm的厚度，优选约10nm。此透明导电层优选具有针对可见光至少90%的透射率。此透明导电层优选形成与所述对相邻结的欧姆接触。在一实施例中，此透明导电层包括例如ITO(氧化铟锡)、AZO (掺铝氧化锌)、ZIO (氧化锌铟)、ZTO (氧化锌锡)等任何适宜的材料。此透明导电层将所述对相邻结串联连接。所述透明导电层优选有效地防止相邻结之间的扩散。
[0029]在一实施例中，所述结的一者包括重度掺杂(p+)半导体材料层、轻度掺杂(η-)半导体材料层，和重度掺杂(η+)半导体材料层。P+层、η-层和η+层形成p-n结或异质结。P+层、η-层和η+层可为不同半导体材料或相同半导体材料。P+层、η-层和η+层可为单晶体、多晶体或非晶体。
[0030]在一实施例中，所述结的一者包括重度掺杂(ρ+)半导体材料层、轻度掺杂(P-)半导体材料层，和重度掺杂(η+)半导体材料层。P+层、P-层和η+层形成p-n结或异质结。P+层、P-层和η+层可为不同半导体材料或相同半导体材料。P+层、P-层和η+层可为单晶体、多晶体或非晶体。
[0031 ] 在一实施例中，所述结的一者包括重度掺杂P型(Ρ+)半导体材料层、本征(i)半导体层，和重度掺杂η型(η+)半导体材料层。P+层、i层和η+层形成p_i_n结。P+层、i层和η+层可为单晶体、多晶体(polycrystalline)(可互换称为“多晶体(multicrystalline)”)、微晶体(“ μ c”)(可互换称为“纳米晶体”或“nc”)或非晶体。在一实施例中，所述结包括选自由硅、锗、族II1-V化合物材料、族I1-VI化合物材料和四元材料组成的群组的一个或一个以上半导体材料。
[0032]纳米晶体半导体(也称为微晶体半导体)是多孔半导体的一种形式。其是具有次晶结构的半导体的同素异形形式，其类似于非晶半导体之处在于，其具有非晶相。纳米晶体半导体不同于非晶半导体之处在于，纳米晶体半导体具有在非晶相内的较小的晶粒。这与多晶半导体(例如，多晶硅)形成对比，多晶半导体仅由被晶界分离的晶粒组成。
[0033]在一实施例中，内部结(即，较接近所述结构的结)的带隙小于内部结(即，较远离所述结构的结)的带隙。
[0034]表I展示所述结的示范性材料和组合。
[0035]
【权利要求】
1.一种可操作以将光转化为电力的光伏装置，其包括衬底、基本上垂直于所述衬底的一个或一个以上结构，和安置在所述衬底上的反射层，以及共形安置在所述一个或一个以上结构上的一个或一个以上结。
2.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述光伏装置包括共形安置在所述一个或一个以上结构上的至少两个结。
3.根据权利要求1所述的光伏装置，其中反射层是非平面的。
4.根据权利要求2所述的光伏装置，其中所述两个或两个以上结串联电连接。
5.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述衬底是电绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述衬底包括玻璃、聚合物或其组合。
7.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述衬底是柔性的。
8.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述衬底是透明的。
9.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述一个或一个以上结构具有与所述衬底相同的组成。
10.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述结构是具有选自由椭圆形、圆形、矩形和多边形横截面、条形或网状组成的群组的横截面的圆柱体或棱柱体。
11.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述结构是具有约0.2 μ m到约10 μ m的直径、约2 μ m到约50 μ m的高度、两个最近柱脚之间约0.5 μ m到约20 μ m的中心至中心距离的圆柱体。
12.根据权利要求1所述`的光伏装置，其中所述结构的顶部部分为圆形或锥形。
13.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述一个或一个以上结选自由p-1-n结、p-n结和异质结组成的群组。
14.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述一个或一个以上结包括重度掺杂P型半导体材料层和重度掺杂η型半导体材料层，以及任选地夹在所述重度掺杂P型半导体材料层与所述重度掺杂η型半导体材料层之间的本征半导体层。
15.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述一个或一个以上结包括微晶半导体材料。
16.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述一个或一个以上结包括选自由硅、锗、族II1-V化合物材料、族I1-VI化合物材料和四元材料组成的群组的半导体材料。
17.根据权利要求2所述的光伏装置，其中所述两个或两个以上结中的第一结具有比所述两个或两个以上结中的第二结小的带隙，其中所述第一结比所述第二结更接近所述结构。
18.根据权利要求2所述的光伏装置，其进一步包括安置在所述结构与所述两个或两个以上结中的一者之间的至少一个导电层，和/或安置在所述两个或两个以上结的一对相邻结之间的层。
19.根据权利要求1所述的光伏装置，其进一步包括覆盖层。
20.根据权利要求19所述的光伏装置，其中所述覆盖层对于可见光来说实质上以至少50%的透射率透明；所述覆盖层由导电材料制成；所述覆盖层是透明导电氧化物；所述覆盖层是选自由氧化铟锡、掺铝氧化锌、氧化锌铟、Si3N4、Al203和HfO2以及氧化锌锡组成的群组的材料；所述覆盖层具有IOnm到500nm的厚度；且/或所述覆盖层被配置为所述光伏装置的电极。
21.根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述反射层是导电材料；所述反射层具有针对可见至少50%的反射率；所述反射层具有约20nm到约500nm的厚度；且/或所述反射层是所述光伏装置的电极。
22.一种制造根据权利要求1所述的光伏装置的方法，其包括: 使用光刻技术在抗蚀剂层中产生开口图案，其中所述开口的位置和形状对应于所述结构的位置和形状； 通过蚀刻所述衬底形成所述结构； 将所述反射层沉积到所述衬底。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包括使所述结构的顶部部分变为锥形或圆形。
24.根据权利要求22所述的方法，其中通过深蚀刻形成所述结构。
25.一种将光转化为电力的方法，其包括: 使光伏装置曝露于光，其中所述光伏装置包括衬底、基本上垂直于所述衬底的一个或一个以上结构，和安置在所 述衬底上的反射层，以及共形安置在所述一个或一个以上结构上的两个或两个以上结； 从所述光伏装置汲取电流。
26.一种光电检测器，其包括根据权利要求1所述的光伏装置，其中所述光电检测器经配置以当曝露于光时输出电信号。
27.一种检测光的方法，其包括: 使根据权利要求1所述的光伏装置曝露于光； 测量来自所述光伏装置的电信号。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述电信号为电流、电压、电导和/或电阻。
29.根据权利要求27所述的方法，其中将偏压施加到所述光伏装置中的所述结构。
【文档编号】H01L31/18GK103531654SQ201310284409
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】俞荣浚, 穆尼布·沃贝尔 申请人:立那工业股份有限公司