[发明专利]多结多头光伏器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与如下美国专利申请相关：序列号12/621497、12/633297、61/266064、12/982269、12/966573、12/967880、61/357429、12/974499、61/360421、12/910664、12/945492、12/966514、12/966535、13/047392、13/048635、13/106851、61/488535、13/288131、13/494661、13/543307和61/563279，这些美国专利申请的公开内容通过引用被整体上结合于此。

技术领域

本发明一般地涉及多结(multi-junction)多头(multi-tab)光伏器件。

背景技术

光伏器件(也称为太阳能电池)是一种固态设备，其通过光伏效应将太阳光的能量直接转换成电能。电池组被用来制造太阳能模块，也称为太阳能板。从这些太阳能模块生成的能量(被称为太阳能电力)是太阳能源的一个示例。

光伏效应是在暴露于光时在材料中产生电压(或相应的电流)。虽然光伏效应与光电效应直接相关，但是两种过程不同，应区分开。在光电效应中，材料在暴露于足够能量辐射的情况下在材料表面喷射电子。光伏效应的不同在于，所生成的电子在材料内的不同带之间(即，从价带到导带)转移，从而在两个电极之间建立电压。

光伏是一种用于通过使用太阳能电池将来自太阳的能量转换成电能来生成电功率的方法。光伏效应指的是太阳能光包(light-packets)的光子-敲击电子成更高能量状态，以产生电能。在更高能量状态下，电子能够从它在半导体中与单个原子相关联的正常位置逃离，以成为电路中的电流的一部分。这些光子包含与太阳光谱的不同波长相对应的不同能量多少。当光子撞击PV电池时，它们可以被反射或吸收，或者它们可以直接穿过。被吸收的光子可以生成电能。术语光伏指的是光电二极管的无偏置工作模式，其中穿过器件的电流完全由于光能。实质上，所有光伏器件都是某种类型的光电二极管。

由于太阳光具有广泛的能量谱，因此单个p-n结器件在超过一定水平增大吸收方面存在局限。为了克服该局限，已经提出利用具有不同带隙的不同半导体材料分别堆叠多个p-n结的方法。这种多结光伏器件更高效地吸收太阳光，并产生比单结器件更多的电能。在多结光伏器件中，入射太阳光应该朝着器件底部穿过较高带隙材料，然后再穿过降低地较低带隙材料。这是因为短波长需要先被位于光接收侧的高带隙材料吸收，而较长波长是透明的。较长波长可以被下面的具有较小带隙的材料吸收。在多结光伏器件中的每个结被串联电连接，并应该具有相同的光电流以避免浪费。

如图1A所示，从光进入的顶部开始，在优选地单半导体晶体中的一系列活动层是：高导电p型材料的窗口和抗反射层10；包含为p-型导电性而掺杂的上层区域14的半导体层12；具有相对较高带隙能量的p-n结16；和下层区域18，其具有n型高导电透明接触层20、包含n型上层区域24的第二半导体层22、具有相对较低带隙能量的n-p结26、和下层p型区域28。在区域28的底部连结有适于连接外部导线32的金属电极30。

接触层10和20可以具有与活动层12和22相同的材料，但是被更高掺杂。而且，在下层活动层28和电极30之间可以存在高导电p型基底层。

到上层窗口10的电接触是经由连结的金属电极34来形成的，该金属电极34优选地是网格，其导体只覆盖表面区域的一小部分，保留其余部分对进入光透明。网格34适合连接到外部引线36。

中间引线38通过金属网格导体40阵列连接到接触层20，该金属网格导体40阵列通过例如蒸发沉积被沉积在孔42中，孔42是穿过窗口层10和上层半导体层12的、通过例如光刻工艺蚀刻而成的。

图1B示出图1A的器件的等效电路。穿过两个结的电流方向是相反的。结不能直接平行连接，因为它们生成不同电压。

发明内容

这里描述的光伏器件可操作将光转换成电能，包括：基底、第一结、第二结和第三结；其中，第一结和第二结按相反极性排列(即，背对背)，并且第二结和第三结按相反极性排列(即，背对背)。

根据一实施例，第一、第二和第三结中的至少一个被纹理化。

根据一实施例，该光伏器件还包括直接电连接到第一和第二结的阳极或到第一和第二结的阴极的第一端子。

根据一实施例，该光伏器件还包括直接电连接到第二结和第三结的阳极或第二结和第三结的阴极的第二端子。