[发明专利]具有包括掺杂半导体材料的多个晶粒的光吸收层的光伏器件

说明书

本发明涉及光伏器件(10)，其包括：第一导电层(16)；与第一导电层电绝缘的第二导电层；配置在第一导电层和第二导电层之间的由绝缘材料制成的多孔绝缘基材(20)；包括掺杂半导体材料的多个晶粒(2)的光吸收层(1)，所述光吸收层(1)设置在所述第一导电层(16)上以使晶粒与第一导电层电接触且物理接触；和由电荷导电材料制成的电荷导体(3)，所述电荷导体(3)部分地覆盖晶粒并且配置为穿过第一导电层(16)和多孔绝缘基材，使得从晶粒(2)的表面至第二导电层(18)形成电荷导电材料的多个连续路径(22)，其中第一导电层(16)包括导电材料、形成在导电材料的表面上的氧化物层(28)、和由绝缘材料制成的绝缘涂层(29)，所述绝缘涂层(29)沉积在氧化物层(28)上以使氧化物层和绝缘涂层一起使所述路径(22)与第一导电层(16)的导电材料电绝缘。

技术领域

本发明涉及例如太阳能电池等光伏器件的领域。

背景技术

光伏器件使用显示光伏效应(photovoltaic effect)的半导体材料提供光向电的转换。

典型的光伏系统采用各自包括多个产生电力的太阳能电池的太阳能电池板。太阳能电池或光伏器件是将阳光直接转换为电的装置。入射在太阳能电池的表面上的光产生电力。太阳能电池具有光吸收层。当光子的能量等于或大于光吸收层中的材料的带隙时，光子被材料吸收并且产生光激发电子。前表面以与基底(base)不同的方式掺杂，产生PN结(PN-junction)。在照明下，光子被吸收，由此产生在PN结中分离的电子-空穴对(electron-holepair)。在太阳能电池的背侧上，金属板从基底收集过量的电荷载流子，并且在前侧上，金属线从发射器(emitter)收集过量的电荷载流子。

硅为太阳能电池中最常用的半导体材料。硅具有数种优点，例如，其为化学稳定的，并且由于其高的吸收光的能力而提供高的效率。标准硅太阳能电池由掺杂硅(dopedsilicon)的薄晶片(wafer)制成。硅晶片的缺点在于它们是昂贵的。

硅晶片的前表面以与基底不同的方式掺杂，产生PN结。在太阳能电池的生产期间，必须从硅锭切割或锯割掺杂硅晶片的多个样品，然后将硅晶片的样品电组装至太阳能电池。由于硅锭必须具有极高的纯度并且由于锯割是耗时的且产生大量的废料，因此此类太阳能电池的生产是昂贵的。

在传统的太阳能电池的背侧上，金属板从基底收集过量的电荷载流子，并且在前侧上，金属栅格和金属线从发射器收集过量的电荷载流子。因此，常规的硅太阳能电池具有前侧接触发射器。在太阳能电池的前侧上使用电流收集栅格和电线的问题在于，在良好的电流收集与光捕获之间存在取舍。通过增大金属线的尺寸，导电性提高并且电流收集得到改进。然而，通过增大金属栅格和电线的尺寸，遮蔽了更多的太阳捕获区域，引起太阳能电池的降低的效率。

此问题的已知解决方案为后触点太阳能电池(rear contact solar cell)。US2014166095A1描述了如何制作背触点背结硅太阳能电池(back contact back junctionsilicon solar cell)。后触点太阳能电池通过将前侧接触发射器移动至太阳能电池的后侧来实现较高的效率。较高的效率源自对太阳能电池的前侧上的减小的遮蔽。存在后触点太阳能电池的数种配置。例如，在背触点背结(BC-BJ)硅太阳能电池中，将发射器区域及所有布线放置于太阳能电池的背侧上，从而导致从太阳能电池的前侧有效地移除任何遮蔽组件。然而，这些BC-BJ硅太阳能电池的生产既复杂又昂贵。