[发明专利]效率提高的太阳能电池和制造方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及太阳能电池，并且特别涉及效率提高的太阳能电池和制造方法。

背景技术

太阳能电池或光伏电池是将太阳光转换成电的装置。这种转换是通过光伏效应实现的。现有许多种不同类型的太阳能电池；但是，所有的太阳能电池需要在电池结构内包含吸光材料来吸收光子并且通过光伏效应而产生电子。吸光材料可经常用于多种物理构造中以利用不同的光吸收和电荷分离机制。

在大多数情况下，光伏电池或者太阳能电池是由硅或者薄膜电池制成。目前开发出的各种薄膜技术减少了创建太阳能电池所需的吸光材料量(或者质量)。这可导致减小由体块材料的处理成本(例如硅薄膜)，并且也会导致降低的能量转换效率(平均7％至10％效率)。薄膜电池例如可以是沉积在支撑衬底上的无机层、有机染料以及有机聚合物。用于太阳能电池的另一组材料由嵌入支撑基体中的纳米晶体构成(例如电子受限的纳米粒子)。

第一代电池由大面积、高质量的单晶、单结装置构成。但是，这一代装置涉及高能量和劳动力成本，这使得它们的制造过于昂贵。此外，单结硅装置正接近它们的效率极限。为了解决太阳能电池的能量需求和生产成本而设计了第二代电池和制造方法。例如，开发了诸如气相沉积和电镀技术的替代制造技术以减少处理和劳动力成本。例如，比较成功的第二代电池之一采用碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒化物、非晶硅以及微晶硅。这些材料以薄膜的形式施加到诸如玻璃或者陶瓷的支撑衬底，这减少了材料量，从而降低成本。第三代技术旨在增强第二代(薄膜技术)的不良电性能，同时保持非常低的生产成本。

然而，无论哪一代，部分上由于适当导引至太阳能电池的半导体表面的可获得光的缺乏，使得太阳能电池的效率保持较低。并且，现有很少的实用方法以在这些装置中获得更高的效率。

因此，在本领域中有克服上述缺陷和限制的需要。

发明内容

在本发明的一个方面，太阳能电池包括至少一个或者更多聚光透镜条，所述至少一个或者更多聚光透镜条的每一个在前接触的侧面上延伸，并且位于一个或者更多有源区的各自有源区上。所述聚光透镜条设置为引导光到所述一个或者更多有源区上。所述太阳能电池还包括保护层，该保护层覆盖所述至少一个或者更多聚光透镜条。

在本发明的另一个方面，太阳能电池包括：多个有源区，由掺杂的半导体材料形成；多个前接触，设置在所述多个有源区的侧面上；多个聚光透镜条，所述多个聚光透镜条中的每一个平行于所述多个前接触延伸，并且设置在所述多个前接触之间沿着所述有源区的整个或者近似整个长度；以及保护层，覆盖所述多个聚光透镜条。

在本发明的另一个方面，一种制造太阳能电池的方法包括：在半导体材料上形成一个或者更多有源区；在所述半导体材料上形成一个或者更多前金属接触；通过沉积和回流工艺，在所述一个或者更多有源区以及在所述一个或者更多金属接触之间形成聚合物透镜条；以及在所述聚合物透镜条上沉积保护层。

附图说明

下面参照以本发明示例性实施例的非限制性示例示出的多个附图，以详细的说明来描述本发明。

图1示出根据本发明方面的初始结构；

图2示出根据本发明方面的具有透镜构造的电池；

图3示出根据本发明方面的具有透镜构造的电池的一个实施例；

图4示出根据本发明方面的示例性尺寸。

具体实施方式

本发明一般涉及太阳能电池，并且特别涉及效率提高的太阳能电池和制造方法。在实施例中，本发明采用图像感测技术以在太阳能电池的表面上建立或者集成微透镜。有利地，透镜捕获光并将光改向至太阳能电池的有源区，而不需要另加单元。添加透镜作为制造工艺的一部分降低了成本，并且在实施例中通过自身将光直接导引到太阳能电池上而增加了太阳能电池的总体效率。

在实施例中，取决于前接触的位置，透镜可设置在结构表面上的任何位置。但是，优选地，透镜的位置使得对于太阳能电池的有源区提供清晰的光路。有利地，透镜将捕获和改向更多的光到太阳能电池的有源区，从而增加太阳能电池的输出。

在实施例中，本发明采用聚合物基的透镜以将光导引到有源区。在一种构造中，透镜为设置在前金属接触之间区域中的条。这种位置和构造可将光直接集中(funnel)到太阳能电池的有源区。在实施例中，透镜可以是长且窄的，而不是单个像素，沿着有源区的整个或者近乎整个长度。此外，在实施例中，保护层可直接设置在聚合物基的透镜上。在另一个实施例中，保护层可完全覆盖聚合物基的透镜。在实施例中，二氧化硅或者SiN_x可用作保护层。