[发明专利]层结构中具有反向几何结构的异质接触太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种层结构的异质接触(heterocontact)太阳电池，包括：由p型或n型掺杂的晶体半导体材料制成的吸收体，由相对于吸收体反向掺杂的非晶半导体材料制成的发射极，由非晶半导体材料制成的介于吸收体和发射极之间的本征间层，吸收体面向光的覆盖层，形成反射少数电荷载流子的表面场的层，以及吸收体面向光的具有最小化的遮蔽表面的欧姆接触结构，和吸收体背对光的一侧上的欧姆接触结构。

背景技术

具有晶体硅和非晶硅的异质接触太阳电池正在取得越来越大的技术上的意义。异质接触太阳电池的常规结构已被公开，例如，在出版物I中K.Brendel等人的“Interface properties of a-Si:H/c-Siheterostructures”(Annual Report 2003，Hahn-Meitner-Institut，78/79)。在其面向光的一侧上，由p型掺杂晶体硅(c-Si(p))和微晶硅(μc-Si)制成的中心吸收体，具有由非晶硅、n型掺杂非晶硅“合金”或者富氢非晶硅(a-Si:H(n⁺))制成的发射极和指状前接触件下的作为覆盖层的透明导电氧化层(TOC)。面向光的吸收体上面的发射极吸收此后无法到达吸收体的光辐射。在背对光的吸收体的底部上，存在重p型掺杂富氢非晶硅层(a-Si:H(p⁺))，其位于吸收体和为了形成反射少数电荷载流子的表面场(背表面场-BSF)的全表面背侧接触件之间。

通常对于每种类型的太阳电池，具有类似的层几何结构的异质接触太阳电池发射极同样在进入太阳电池的光能转化为电能时承受光损失，其中发射极设置在吸收体面向光的顶部上。基本上来说，由于非晶区域的无序结构，其相对于晶体区域具有较差的电荷载流子的传输特性。转化链中的损失过程包括并非所有入射到太阳电池“激活”区的光子都转化为电子-空穴对的事实。术语“激活区”在这里指的是太阳电池中那些能够收集由于其寿命足够长并且其然后通过欧姆接触系统可以流出的电子和空穴的区域。太阳电池正常运行的前提是激活区中吸收最大可能的辐射比率。就异质接触太阳电池来说，此激活区是由晶体硅制成的吸收体，而相反由非晶硅制成的重掺杂的发射极-光通过其进入吸收体-被称作“非激活区”，因为此层产生的电子和空穴具有相对短的寿命，导致很难被收集。由于非晶发射极材料的高吸收系数，入射的太阳光中相当大的部分在发射极中被吸收。

为了减少上面所提到的具有传统的层结构几何结构和发射极位于吸收体的面向光的顶部上的发射极的异质接触太阳电池中的损失过程，被认为是与本发明最接近的现有技术的欧洲专利申请EP 1 187 223 A2公开了用于由Sanyo公司制成的所谓的“HIT”太阳电池(具有本征薄层的异质结)的、或者减少由重掺杂非晶硅制成的发射极的厚度、或者通过增大带隙来减少发射极中的光吸收的方法，其中5nm的最小的层厚度必须保持，使得pn异质接触能完整地形成发射极。为达到此目的，发射极的非晶硅与碳形成合金。欧洲专利申请EP 1 187 223 A2所公开的普通异质接触太阳电池具有中心有作为吸收体的n型掺杂晶体硅晶片的层结构。在吸收体的两侧，与其邻近的非晶硅层建立了异质接触。在吸收体面向光的一侧上，存在有两个本征间层，即，非晶发射极和作为覆盖层的透明导电电极(ITO)。在吸收体背对光的一侧上，为了形成BSF在集电背电极的前面至少又设置了两个非晶体层，由此其中一层没有掺杂而另一层像n型吸收体那样重掺杂。异质接触太阳电池的两侧在收集电荷载流子的ITO层上都具有栅格状的接触系统。

因此，为了运输较低电导性、非晶发射极所收集的电荷，现有技术的HIT太阳电池在面向光的顶部上也具有透明导电层(TCO，ITO)。A.G.Ulyashin等人的出版物II中的“The influence of theamorphous silicon deposition temperature on the efficiency ofthe ITO/a-Si:H/c-Si hetero junction (HJ) solar cells andproperties of interfaces”(Thin Solid Films 403-404(2002)259-362)说明此透明导电层在非晶发射极上的沉积被怀疑能够引起非晶硅和晶体硅(发射极/吸收体)之间的界面处的电特性的劣化。