[发明专利]光生伏打模块和制造具有级联半导体层堆叠的光生伏打模块的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是非临时专利申请并且要求于2009年6月10日提交的题目为“Photovoltaic Devices Having Tandem Semiconductor Layer Stacks”的共同待决美国临时专利申请No.61/185,770(“770申请”)、于2009年6月30日提交的题目为“Photovoltaic Devices Having Multiple Semiconductor Layer Stacks”的共同待决美国临时专利申请No.61/221,816(“816申请”)和于2009年8月3日提交的题目为“Photovoltaic Devices Having Multiple Semiconductor Layer Stacks”的共同待决美国临时专利申请No.61/230,790(“790申请”)的优先权利益。“770”、“816”和“790”申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本文公开的主题涉及光生伏打装置。一些已知光生伏打装置包括具有硅的薄膜的活性部分的薄膜太阳能模块。入射在模块上的光进入活性硅膜。如果光由硅膜吸收，则光能够在硅中产生电子和空穴。电子和空穴用于产生可从模块汲取并且施加到外部电负载的电势和/或电流。

背景技术

光中的光子激励硅膜中的电子并且使得电子与硅膜中的原子分离。为了使得光子激励电子并且使得电子与膜中的原子分离，光子必须具有超过硅膜中的能带隙的能量。光子的能量与入射在膜上的光的波长有关。因此，基于膜的能带隙和光的波长由硅膜吸收光。

一些已知光生伏打装置包括级联层堆叠，该级联层堆叠包括两组或更多组硅膜，该两组或更多组硅膜以一组在另一组之上的方式沉积并且位于下电极与上电极之间。不同组膜可以具有不同的能带隙。通过提供具有不同能带隙的不同的膜可以增加装置的效率，这是由于更多波长的入射光能够被装置吸收。例如，第一组膜的能带隙可以大于第二组膜的能带隙。具有与超过第一组膜的能带隙的能量关联的波长的一些光由第一组膜进行吸收以产生电子空穴对。具有与没有超过第一组膜的能带隙的能量关联的波长的一些光穿过第一组膜而不会产生电子空穴对。如果第二组膜具有较低的能带隙，则穿过第一组膜的该光的至少一部分可由第二组膜进行吸收。

为了提供具有不同能带隙的不同组膜，硅膜可以与锗进行合金以改变膜的能带隙。然而，将膜与锗进行合金会降低能够用于制造的沉积率。另外，与没有锗的情况相比，与锗进行合金的硅更倾向于出现光诱导退化。此外，用于沉积硅锗合金的锗烷源气体成本高而且危险。

作为将硅膜与锗进行合金的替代，能够通过将硅膜沉积为微晶硅膜以替代非晶硅膜降低光生伏打装置中的硅膜的能带隙。非晶硅膜的能带隙通常大于在微晶状态下沉积的硅膜。一些已知光生伏打装置包括具有与微晶硅膜进行串行堆叠的非晶硅膜的半导体层堆叠。在这些装置中，非晶硅膜以相对小厚度进行沉积以降低结中的载流子输运相关的损耗。例如，非晶硅膜可以以小厚度进行沉积以减少通过入射光从硅原子激励的电子和空穴的量并且在到达顶电极或底电极之前与其它硅原子或其它电子和空穴复合。没有到达电极的电子和空穴不对由光生伏打装置产生的电压或电流作贡献。然而，由于非晶硅结的厚度减小，所以非晶硅结吸收较少光并且硅膜中的光电流的流动下降。结果，将入射光转换成电流的光生伏打装置的效率受到装置堆叠中的非晶硅结的限制。

在具有相对薄的非晶硅膜的某些光生伏打装置中，具有活性非晶硅膜的装置中的光生伏打电池的表面区域相对于电池的非活性区域可能减少。活性区域包括将入射光转换成电的硅膜，而无活性或非活性区域包括电池的不存在硅膜或者不将入射光转换成电的部分。通过相对于装置中的非活性区域增加装置中的光生伏打电池的活性区域可以增大由光生伏打装置产生的电能。例如，增加具有活性非晶硅膜的单片集成薄膜光生伏打模块中的电池的宽度增加暴露于太阳光的模块中的活性光生伏打材料的比例或百分比。随着活性光生伏打材料的比例增加，由装置产生的总光电流可能增加。