[发明专利]具有带阻滤光器的光伏器件

说明书

技术领域

本发明总体涉及薄膜光伏器件领域，也即包括作为光吸收材料的非晶半导体材料的器件。特别地，涉及包括用以减小光退化效应的带阻滤光器的薄膜PV电池单元。

背景技术

首先，需要一些定义：

-光伏(PV)器件通过展现出光伏效应的材料将太阳能辐射转变为直流电而产生电能；

-光伏电池单元(或PV电池单元，也称作太阳能电池单元或光电单元)是依靠光伏效应将光能直接转换为电能的固态器件(半导体PV电池单元)或聚合物器件(例如有机PV电池单元)；

-薄膜光伏电池单元(或薄膜太阳能电池单元)是由沉积在衬底上的光伏材料的一个或多个薄层(或薄膜)制成的太阳能电池单元。所沉积的层的厚度范围从纳米至数十微米或更大。薄膜PV电池单元可以根据所使用的PV材料分类，也即：

-非晶硅(a-Si)；

-其他薄膜硅(TF-Si)；

-碲化镉(CdTe)；

-硒化铜铟镓(CIS或CIGS)；以及

-染料敏化太阳能电池单元(DSC)或其他聚合物/有机太阳能电池单元等等。

-光伏模块(也称作太阳能模块、太阳能面板或光伏面板)是经连接的光伏电池单元的组件。

非晶硅(a-Si)涉及硅的非晶相。其可以在相对低的温度下(通常在200-300℃的范围内)在各种衬底上沉积为薄膜，并且由此以低廉成本提供对于包括光伏的许多应用的可能性。如果需要，a-Si材料可以由氢钝化。氢原子键合至悬挂键；氢钝化可以以数量级减小悬挂键密度，使得大多数Si原子为4重配位(4-fold coordinated)，正如在单晶Si(c-Si)或SiH₄分子中。氢化非晶硅(a-Si:H)具有在将要用于器件内的充分低的缺陷量。在没有氢的情形下，a-Si将具有高密度缺陷，例如由于未钝化的悬挂键，该事态显著改变了光电导率。然而，在文献中，相信a-Si:H基器件中存在的氢是被称作Staebler-Wronski效应的、导致材料的光致退化效应的主要因素。

等离子增强化学气相沉积(PECVD)是用于生长a-Si:H基非晶材料的主流技术。氢化非晶硅薄膜电池单元通常使用p-i-n结构。通常的面板结构包括正面侧玻璃、透明导电氧化物、薄膜硅、背接触、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)以及背侧玻璃。

发明内容

根据第一方面，本发明实施为一种光伏器件，包括：

·非晶光伏材料；以及

·带阻滤光器结构，具有从下限角频率ω_min≥0延伸至上限角频率ω_max的给定阻带，其中ω_max>ω_min，其中滤光器结构设置在器件中相对于光伏材料以衰减到达光伏材料的具有在阻带内角频率ω^*的电磁辐射，以使得ω_min<ω^*<ω_max，并且其中ω_min和ω_max使得所述角频率ω^*对应于从非晶光伏材料的价带尾(VBT)状态至非晶光伏材料的导带尾(CBT)状态的电子激发

在一些实施例中，光伏器件可以包括一个或多个以下特征：

-对应于阻带的上限角频率ω_max的能量小于或等于非晶光伏材料的迁移带隙并且优选地等于所述迁移带隙

-对应于阻带的下限角频率的能量小于非晶光伏材料的光学带隙

-对应于非晶材料的阻带宽度的能量对应于以下总和的两倍：对应于非晶光伏材料的导带尾的范围的能量以及对应于非晶光伏材料的价带尾的范围的能量

-阻带在下限角频率ω_min＝ω_gap-Δω_C-Δω_V与上限角频率ω_max＝ω_gap+Δω_C+Δω_V之间延伸，其中ω_gap对应于光吸收材料的光学带隙以及其中Δω_C和Δω_V分别对应于能量和分别对应于非晶光伏材料的导带尾的范围以及非晶光伏材料的价带尾的范围；

和分别是导带尾状态的Urbach能量以及价带尾状态的Urbach能量；

-非晶光伏材料包括氢化非晶硅；