[发明专利]单片集成太阳能电池组件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月29日提交的标题为“Monolithically-Integrated Solar Module”的美国临时申请No.61/101,022(“022申请”)的优先权利益。“022申请”的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明的主题一般地涉及太阳能电池，更具体地讲，涉及用于以单片方式把太阳能电池集成到太阳能电池组件(solar module)的系统和方法。

背景技术

太阳能电池组件把入射光转换成电。太阳能电池组件包括以电气方式彼此串联连接的几个太阳能电池。每个太阳能电池可包括夹在顶电极和底电极之间的多个半导体层的堆叠(stack)。一个太阳能电池的顶电极以电气方式连接到邻近太阳能电池的底电极。半导体层的堆叠包括夹在一对掺杂半导体层之间的本征半导体层。一些已知的太阳能电池包括半导体层的P-I-N堆叠，这意味着半导体层的堆叠包括p掺杂半导体材料的底部的第一沉积层、沉积在底层上的中间本征或轻掺杂半导体材料和沉积在本征层上的n掺杂半导体材料的顶层。其它已知太阳能电池包括半导体层的N-I-P堆叠，这意味着半导体层的堆叠包括n掺杂半导体材料的底层、中间本征或轻掺杂半导体材料和p掺杂半导体材料的顶层。

入射到太阳能电池上的光撞击半导体层堆叠。光中的光子在半导体层堆叠中激发电子并使电子与原子分离。当电子与原子分离时，产生互补的正电荷或空穴。电子漂移或扩散通过半导体层堆叠并在顶电极和底电极中的一个电极处被收集。空穴漂移或扩散通过半导体层堆叠并在顶电极和底电极中的另一个电极处被收集。在顶电极和底电极处对电子和空穴的收集会在每个太阳能电池中产生电压差。太阳能电池中的电压差在太阳能电池组件上可以是累加的。例如，如果太阳能电池串联连接，则每个太阳能电池中的电压差相加在一起。

通过电子和空穴流过顶电极和底电极以及在邻近太阳能电池之间流动，产生电流和电压。在太阳能电池组件中的串联的太阳能电池上，由每个太阳能电池产生的电压相加。然后从太阳能电池组件获得用于外部电力负载的电流。

关于一些已知太阳能电池中的P-I-N半导体层堆叠，硼从半导体层堆叠中的p掺杂非晶或微晶硅层向半导体层堆叠中的中间本征非晶或微晶硅层的相互扩散能够导致半导体层堆叠内的结污染。半导体层堆叠内的结污染可能降低太阳能电池组件的效率。例如，在具有非晶半导体层堆叠并且在i层和n层之前沉积p层的已知P-I-N太阳能电池中，可能发生“p/i污染影响”。p/i污染影响是用于形成p层的掺杂物的相互扩散，并且例如可包括硼。硼向本征层的相互扩散的量可以与本征和n掺杂半导体层沉积的温度相关。结果，随着本征和n掺杂层的沉积温度增加，p/i污染的量增加。

为了减少p/i污染的量，具有P-I-N半导体层堆叠的已知太阳能电池对于本征和n掺杂半导体层的沉积采用较低沉积温度。例如，一些已知太阳能电池可使用低于大约220摄氏度的沉积温度。高于大约220摄氏度的沉积温度可导致足以引起太阳能电池在把入射光转换成电的方面的总体效率的降低的p/i污染。另一方面，在P-I-N半导体层堆叠中的半导体层之间不存在掺杂物相互扩散的情况下，半导体层堆叠中的硅膜的质量和电子性质在较高的沉积温度趋向于改善。

减小太阳能电池在高沉积温度的p/i污染影响的大小的一种方式是在N-I-P半导体层堆叠中在本征半导体层的沉积之后沉积p掺杂半导体。在本征层之后沉积p掺杂层会减少p掺杂层暴露于增加的沉积温度的时间的量。例如，沉积p掺杂层所需的时间可仅构成沉积N-I-P层堆叠所需的总时间的一小部分，大约5％或更少。当沉积时间的量减少时，p掺杂层中的硼掺杂物向本征层的相互扩散的量减小。此外，p掺杂层能够以较低沉积温度沉积，对太阳能电池的效率只有很小负面影响或者没有负面影响。以较低沉积温度(例如，220摄氏度或更低)沉积p掺杂层可在p掺杂层的初始沉积期间允许本征层的表面的温度保持相对较低。如果p掺杂层使用等离子增强方法(诸如，等离子增强化学气相沉积(PECVD))进行沉积，则当p掺杂层沉积时等离子体与本征层的表面的相互作用可在高温下显著增强p掺杂层中的硼向本征层的相互扩散。