[发明专利]具有类似漏斗的沟槽结构的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。

背景技术

利用将光能转化为有用的电能的太阳能电池是众所周知的。进入到这些太阳能电池的光被吸收，由此产生电子-空穴对，随后，通过由太阳能电池结产生的电场空间性地分离电子-空穴对，并在太阳能电池的各个触点处(例如顶面和底面)收集电子-空穴对。例如，在n-p型太阳能电池中，电子将向顶面行进，随后在该顶面处电子将被位于该顶面上的金属栅格收集。另一方面，空穴将向太阳能电池的底面行进，在底面处空穴可以被覆盖整个底面的金属板收集。

收集概率描述了器件的某一区域中吸收的光生载流子将被p-n结收集并且因此对光生电流做出贡献的概率。收集概率取决于与扩散长度相比，光生载流子必须行进的距离，且取决于器件的表面特性。耗尽区中产生的载流子的收集概率是1，这是因为电子-空穴对迅速地被电场扫描分离并被收集。远离结，收集概率降低。如果载流子产生在距离结大于扩散长度处，那么对这种载流子的收集概率就非常低。类似地，如果载流子产生在比结更靠近具有更高复合的区域处，那么载流子将复合。

业内公知一些不同类型的太阳能电池及制造太阳能电池的方法。太阳能电池制造商不断追求的目标是以有成本效益的方式提高太阳能电池的转换效率。

入射到半导体表面上的光子或从顶面反射，或被吸收进材料中，亦或不能发生上述两个过程中的任一个过程，而从材料中透射出去。对于光伏器件来说，因为没有被吸收的光子是不会产生电功率的，所以反射和透射通常被视为损耗机理。

吸收系数决定了特定波长的光在被吸收之前能穿透进材料中多远的距离。在具有低吸收系数的材料中，所吸收的光很少，且如果材料足够薄，则其对于该波长来说似乎是透明的。吸收系数是材料的特性，且还取决于正被吸收的光的波长。

吸收系数对于波长的依赖性导致在大部分光被吸收之前，不同波长穿透进半导体中的距离不同。由吸收系数的倒数(即，a^-1)给出了吸收深度。吸收深度是一个有用的参数，该参数给出了在光降低至其初始强度的约36％时或另选地已经降低了1/e的因数时进入材料的距离。因为特定材料对于高能光(波长短，例如蓝光)具有大吸收系数，所以高能光在从表面开始的短距离内(对于太阳能电池来说，在几微米之内)被吸收，而红光光谱却没有那么强烈地被吸收。即使几百微米之后，也不能在硅中吸收所有近红外光。

理想的太阳能电池可由并联有二极管的电流源来做模型。肖克莱(Shockley)理想二极管方程或理想二极管定律是理想二极管在正向偏置或反向偏置(或没有偏置)下的I-V特性。

方程是：I_D＝I_o[exp(qV/kT)-1]

其中I_D是二极管电流，I_o是反向偏置饱和电流，V是横跨二极管的电压，q是电子电荷，k是玻耳兹曼(Boltzman)常数，且T是二极管结的绝对温度。

对太阳能电池成本方面的典型需求是可以在廉价衬底上，例如金属衬底上，形成太阳能电池。另一方面，硅通常用作制造太阳能电池的半导体。其中，从光能转化为电动势的效率的角度(即从光电转换效率的角度)来考虑，单晶硅是优良的材料。但是，单晶硅相对昂贵。多晶硅更廉价，但是却具有较低的转换效率。非晶硅更廉价，但是却具有更低的转换效率。

太阳能电池的转换效率被确定为被转换成电的入射功率的分数(fraction)且被定义为：

η=PMAXE*A]]>

其中P_MAX是最大输出功率[W]，E是辐照度(W/m²)，且A是表面积(m²)。

量子效率(QE：Quantum Efficiency)是用于比较一个太阳能电池与另一太阳能电池的性能的最常用的参数。QE是指由太阳能电池收集的电荷载流子数量与入射到太阳能电池上的给定能量的光子数量的比。因此QE与太阳能电池对入射到该电池上的光的光谱中的不同波长的响应有关。