[发明专利]包括两个光电池和两个光子源的光电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电池。

背景技术

从光电池发电已经是多年的事实，但是，这并没有构成整个发电中 的重要部分。其中一个原因是，主要因为单个光电池的成本还比较高， 所以光电池发电比传统发电更加昂贵。有两种方法可用来降低成本。一 个选择是，由更便宜的材料来制造这些电池，但是这通常会导致更低的 转换效率。或者，可以提高电池效率。高效率电池可用在太阳能集能器 (其中，在较大面积上收集来自太阳的光，并将其集中到较小面积的光 电池上)中，或者在热光电系统(其中，由从诸如燃料燃烧得到的热源 所产生的高强度光来照射这些电池)中。

光电池可以由单一带隙(bandgap)的半导体材料(诸如，硅[1])制 成，但是当对来自宽谱范围的光(诸如太阳光照射)进行转换时，即使 是这种类型的理想材料也只能得到有限的转换效率。一种用于提高效率 的技术是使用具有不同带隙的多个电池，以对所照射太阳光谱范围的不 同部分进行转换，使每个电池对所接收的受限的照射光谱进行优化。这 种方法以增加复杂度为代价，提高了总体转换效率。例如，可以利用光 学将该光谱的恰当部分偏转到相关电池，来实现所要求的光谱分离，但 是这是难于实施的，尤其是对光的集中而言。

可替换的技术是将两个或更多个不同电池以带隙的次序堆叠，带隙 最高的电池位于该结构的被照射面。来自每个电池的未被吸收的光进一 步地穿进该堆叠结构，以由最优电池对其进行转换。这样的装置称为级 联电池。可以将构成级联的这些电池单独地进行生长并以机械方式堆叠 在一起[2]，或者，可以使用任何已知的生长技术(例如，金属有机化学 汽相沉积(MOCVD)，分子束外延生长(MBE)和液相外延生长(LPE)) [3，4]，来将整个装置一体地进行生长。机械堆叠电池具有多个工程和商 业上的缺点。机械堆叠中的每个电池需要其自己的生长衬底，这增加了 总成本。另外，需要复杂的工艺来提供到该堆叠的良好电连接、这些电 池之间良好的热连接(以进行散热，否则这些热会降低效率)以及这些 电池之间的良好光学连接。总体上，这些电池会遭受低效率和低可靠性 的缺陷。为此，这些电池的一体堆叠优选在公共衬底上将电池一个一个 上下叠加地生长。在一体电池结构中，要求在这些不同带隙区域之间形 成欧姆电连接。这可以通过在这些电池之间使用隧道二极管来实现，使 得总体结构只具有两个电连接。将该结构中的单个电池串联连接，使得 流经任一电池的电流对于所有电池而言都是相同的。这种设计导致了每 个电池必须为有效运行而产生相同的电流的电流限制。可以设计并优化 针对特定光谱(例如，AM1.5D)的结构，但是，当用于实际时，例如在 陆地太阳能集能器系统中，该光谱全天和全年都会变化。这意味着，对 于大部分时间而言，这些单个电池不能被电流匹配，而装置效率会从在 所设计的照射光谱的条件下所记录的最佳值下降。此外，在集能器系统 中温度变化非常重要，因此，电池带隙变化将意味着效率会从电流匹配 的最佳值下降。

EP 0848 433公开了一种多结太阳能电池，其中，使用透明粘合剂将 两个结或者一组结粘合在一起。

发明内容

本发明提供如下所述的光电装置、以及经由光生伏打效应来发电的 方法。

本发明的实施方式提供一种光电装置，该光电装置包括：下光电池， 其由具有第一带隙的半导体材料制成，并具有用于从该下电池提取电流 的第一电触点；电绝缘层，其被一体地制造在所述下光电池上；以及上 光电池，其由具有比所述第一带隙更大的第二带隙的半导体材料制成， 所述上光电池被一体地制造在所述电绝缘层上并具有用于从所述上电池 提取电流的第二电触点；其中，所述第一电触点位于所述下光电池的下 侧，与所述电绝缘层相对。