[发明专利]具有碲化镉本征层的光伏电池

说明书

技术领域

本发明大体上涉及光伏电池，并且更特别地涉及具有包括镉和碲的本征层的光伏(PV)电池。

背景技术

PV(或太阳能)电池用于将太阳能转换成电能。典型地，在它的基本形式中，PV电池包括用设置在衬底层上的两层或三层制成的半导体结，以及用于采用电流的形成传递电能到外部电路的两个接触(导电层)。此外，常常采用另外的层以增强PV器件的转换效率。

有多种PV电池的候选材料系统，其中每个具有某些优势和劣势。CdTe是突出的多晶薄膜材料，具有大约1.45-1.5电子伏特的近理想带隙。CdTe还具有非常高的吸收率，并且CdTe的膜可以使用低成本技术制造。尽管CdTe具有获得相对高效率(电池效率大于16％)的潜力，商业上生产的CdTe模块典型地具有在9-11％范围中的效率。该相对低的电力转换效率可归因于与材料的带隙有关的相对低的开路电压(V_oc)，其部分由于CdTe中的低有效载流子浓度和短的少数载流子寿命。如本领域内技术人员已知的，V_oc是在没有电流流动时的阳极和阴极之间的电势。在V_oc，所有电子和空穴在器件内复合。因此，V_oc设置了可以从单个电子空穴对抽出的功的上限。

典型地由薄膜CdTe器件展现的短的少数载流子寿命可归因于当薄膜CdTe使用近空间升华(或CSS)在相对低的温度(500-550℃)生长时出现的高缺陷密度。高缺陷密度导致互相抵消的施主和受主态的存在，从而导致在每立方厘米(cc)10¹¹至10¹³范围中的有效载流子密度。然而，该有效载流子密度可以增加，例如通过对刚生长的CdTe膜进行CdCl₂处理，以获得在每cc10¹³至10¹⁵范围中的有效载流子密度。在这些器件中的典型少数载流子寿命小于大约1纳秒(ns)。这两个数目的结合将限制这些类型的器件的V_oc到大约850mV，而如果可以改进这些性质或当转到不同的器件设计时大约一伏特(V)的V_oc值应该是可获得的，参见例如Thin Solid Films 515卷15期6099-6102页James Sites、Jun Pan的“Strategies to increase CdTe solar-cell voltage”(增加CdTe太阳能电池电压的策略)。

因此减小CdTe PV电池的缺陷密度将是可取的。提供具有更高有效载流子浓度和增加的少数载流子寿命的CdTe PV电池将是进一步可取的。同样，在不能获得更高有效载流子密度的情况下，提供不同的CdTe PV器件设计将是可取的。

发明内容

本发明的一个方面在于光伏电池，其包括第一导电层、p型半导体层和具有至少大约五(5)μm的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征的半导体层。该光伏电池进一步包括n型半导体层和第二导电层。该大致上本征半导体层设置在该p型半导体层和该n型半导体层之间。

本发明的另一个方面在于光伏电池，其包含包括织构化衬底(textured substrate)的第一导电层、p型半导体层和具有至少大约五(5)μm的中等晶粒尺寸并且包括镉和碲的大致上本征的半导体层。该光伏电池进一步包括n型半导体层和第二导电层。该大致上本征层设置在该p型半导体层和该n型半导体层之间。

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1是根据本发明的各种实施例的具有n-i-p结构的示例光伏电池的示意剖视图；

图2是根据本发明的各种实施例的具有n-i-p结构和高电阻透明导电氧化物(HRT)层的示例光伏电池的示意剖视图；

图3是根据本发明的各种实施例的具有n-i-p结构和设置在第一导电层和光伏活性层之间的绝缘层和金属层的示例光伏电池的示意剖视图；

图4是根据本发明的各种实施例的具有p-i-n结构的另一个示例光伏电池的示意剖视图；以及

图5是根据本发明的各种实施例的具有p-i-n结构和设置在第一导电层和光伏活性层之间的绝缘层和金属层的示例光伏电池的示意剖视图。

具体实施方式