[发明专利]太阳能电池以及太阳能电池的制造方法有效

专利信息
申请号: 200980127147.4 申请日: 2009-05-11
公开(公告)号: CN102089856A 公开(公告)日: 2011-06-08
发明(设计)人: 普里特帕尔·辛格 申请(专利权)人: 维拉诺瓦大学
主分类号: H01L21/00 分类号: H01L21/00
代理公司: 北京同立钧成知识产权代理有限公司 11205 代理人: 臧建明;王申
地址: 美国宾夕*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 太阳能电池 以及 制造 方法
【说明书】:

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年5月12日提交的标题为“用于新型超晶格太阳能电池的超薄膜II-VI族化合物的电沉积和特性评定”的美国临时专利申请61/052,298的优先权,在此并入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能电池以及应用超晶格结构的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是通过释放可在半导体中移动并最终流过电负载的电荷而将太阳能转化成电能的装置。以这种方式产生电流的现象称为光伏效应。光伏系统是围绕光伏电池而设计的。因为典型的光伏电池在约0.5伏的直流电压下产生小于3瓦的功率,所以电池之间必须串并联连接,从而产生用于高功率应用的足够的功率。光电池阵列构成光电模块,也称为太阳能电池模块。

近年的趋势是为更有效地实现带隙转变和传输控制而探索使用量子阱和量子点结构。例如在太阳能电池中应用多量子阱结构的优势在于通过变化材料层的厚度而不是通过改变材料的成分(一种更难控制参数)来调整有效带隙。Chaffin等人的美国专利4,688,068(在此并入其全部内容作为参考)描述了多量子阱太阳能电池的常用结构,且描述了使用III-V族化合物的特殊应用。这种类型的量子阱结构通常通过分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)来生长。这些技术通常成本高并至少在采用MOCVD的情况下涉及剧毒化学物质的使用。

因此,需要用于太阳能电池的改良的薄膜和量子阱结构以及形成太阳能电池的方法。

发明内容

多结光伏电池包括至少两个彼此串联电连接的P-N结。每个所述P-N结都包含P型吸收层和N型发射层,各个所述P型吸收层都包括多个交替的碲化锌和碲化铅薄膜层,其中当在堆厚度(bulk thickness)中时,碲化锌和碲化铅都具有各自的带隙,且各个所述P型吸收层的有效带隙都位于各自的带隙之间,至少一个P型吸收层的有效带隙不同于至少另一个P型吸收层的有效带隙。

通过参照附图进行说明的本发明的优选实施例的以下详细描述,将更好地理解本发明的上述和其他特征。

附图说明

附图说明说明了本发明的优选实施例以及其他有关本公开的信息,其中:

图1是根据本发明的多结太阳能电池的例示性实施例的侧视图;

图2是太阳能电池制造过程中用于电沉积薄膜的电沉积设备的示意图;

图3是电沉积的ZnTe/PbTe/ZnTe结构的侧视截面图;

图4是电沉积的ZnTe薄膜的SEM图;

图5是电沉积的PbTe薄膜的SEM图;

图6A~6E是说明对于不同层的光吸收系数乘以光子能的平方根对光子能的曲线图;

图7是用于测试目的的成品太阳能电池模块的示意图;

图8是用于沉积ZnTe薄膜的脉冲电压的时序图;以及

图9是用于沉积PbTe薄膜的脉冲电压的时序图。

具体实施方式

结合附图来理解例示性实施例的说明,其构成整体说明书的一部分。在说明书中,诸如“下部的”、“上部的”、“水平的”、“垂直的”、“在…之上”、“在…之下”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”的相对术语及其派生术语(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应解释为在所讨论的后续说明或在附图中用于指示方向。这些相对术语用于说明的方便性,且无需将设备在特定方向上构造或在特定方向上操作。与附接、耦接等有关的术语,例如“连接”和“互连”,是指结构直接地或通过中间结构间接地固定或附接到另一结构的关系,以及可移动的或刚性的附接装置或关系,除非另外明确说明。

如本文所述,II/VI和IV/VI族(例如,ZnTe和PbTe)材料层可以以薄膜厚度电沉积,该厚度小于堆厚度,且将其电沉积得足够薄以使所得的P-N结的吸收层的有效带隙位于II/VI和IV/VI族材料堆厚度的各自带隙之间。在例示性实施例中,II/VI和IV/VI族层分别是ZnTe和PbTe,虽然也可使用诸如ZnSe、ZnS、PbSe和PbS的其他材料。在某些例示性实施例中,薄膜层的厚度约为100nm或更小,以使交替层形成组合超晶格结构。一种例示性结构具有厚度在10~100nm范围内的单个层,且组合超晶格结构的总厚度在1~5μm的范围内。本文还说明了使用电沉积技术来形成这些结构的例示性方法。

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