[发明专利]用于具有亚波长和超波长特征尺寸的光伏电池的有孔电极格栅

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及太阳能或光能，更具体而言，本发明涉及光伏电池。

背景技术

太阳能长期以来已被视为对行星人口的日益增长的能量需求的解决方案的重要部分。开采化石燃料的增加的成本和对“温室”排放的增加的担忧已进一步引起对开发替代能量策略（包括太阳能源）的关注。迄今为止，太阳能转换大体上依赖于例如在加热应用中或在热电转换中太阳热能的直接收获，或依赖于经由通过光伏电池的使用而将光子能量向电能的直接转换。

已根据两种相异方法开发了光伏电池。初始操作电池使用经适当掺杂而产生平面p-n结的单晶硅的矩阵。建立于p-n结处的内部（intrinsic）电场通过沿相反方向导引太阳光子产生的空穴与自由电子而产生电压。尽管具有良好转换效率和长期可靠性，但使用单晶硅电池的广泛能量收集受到单晶硅材料及互连处理的异常高成本的阻碍。

用以产生光伏电池的第二种方法为将薄的光伏半导体膜沉积于支撑基板上。对材料的要求被最小化，且可提出技术以用于大规模生产。薄膜结构可根据掺杂同质结技术（例如，涉及硅膜的掺杂同质结技术）来设计，或可采用异质结方法，例如，使用CdTe或黄铜矿材料的异质结方法。尽管用于单晶体和薄膜方法两者的个体电池转换效率有显著改良，光伏能量收集通常受限于具有低功率要求的应用。

在所有太阳能电池中，尤其是具有高性能的太阳能电池，串联电阻问题为电池性能的严重限制因素。该串联电阻与接触电极几何形状、发射极（顶）层薄层电阻以及金属-半导体接触电阻相关联。电极结构的设计必须考虑区域覆盖与遮蔽损失之间的折衷。一种标准方法为使用梳状金属格栅（grid）或使用使膜的透明性与良好导电性组合的透明导电氧化物（TCO）膜。然而，这样的TCO膜仍具有受限的导电性，且仍导致相当大的串联电阻量。

发明内容

本发明的实施例提供光伏电池和在光伏电池的光伏半导体基板上形成电极格栅的方法。在一个实施例中，所述光伏电池包含：光伏半导体基板，其具有前光接收表面和背表面；背电极，其电连接到所述背表面；以及前电极，其电连接到所述前表面。所述基板、所述背电极和所述前电极形成用于在所述基板吸收光时产生电流的电路。所述前电极包含界定（define）众多（a multitude of）孔的金属格栅，所述孔具有小于1000nm的宽度。

在一个实施例中，所述前电极的所述孔在所述前电极中形成周期性图案，例如，该图案可以以200nm与50μm之间的周期重复。在另一实施例中，所述前电极的所述孔在所述前电极中形成非周期性图案。在另一实施例中，所述前电极中的所述孔在所述前电极中形成部分周期性图案。

在一个实施例中，所述前电极中的所述孔具有直径在100nm与1000nm之间的圆形形状。在一个实施例中，所述光伏电池用于波长为λ的光，且所述前电极中的所述众多孔具有大于λ的宽度。在另一实施例中，所述光伏电池用于波长为λ的光，且所述前电极中的所述众多孔具有小于λ的宽度。在另一实施例中，所述光伏电池用于波长为λ的光，且所述前电极中的部分所述孔具有大于λ的宽度，而这些孔中的其它孔具有小于λ的宽度。在一个实施例中，所述前电极在所述基板的所述前表面的限定区域内延伸，且所述前电极的所述孔覆盖大于80%的所述限定区域。

在本发明的一个实施例中，提供一种用于在光伏半导体基板上形成电极格栅的方法。在一个实施例中，所述方法包含：将许多（a quantity of）纳米球沉积在所述基板上；在所述纳米球周围在所述基板上形成金属层；以及去除所述纳米球，从而使界定众多孔的电极格栅存留在所述基板上，所述电极格栅电连接到所述基板。

在一个实施例中，所述沉积包括在所述基板上形成所述纳米球的单层。在一个实施例中，所述沉积包括将所述纳米球修整至所需的尺寸；例如，可使用O₂进行该修整。在一个实施例中，所述形成包括将金属层沉积在所述基板和所述纳米球上。在一个实施例中，所述去除包括将所述纳米球从所述基板提离（lift off）；例如，这可通过使用胶带（tape）将所述纳米球从所述基板剥离且在诸如丙酮或NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）的热溶剂中清洁所述基板。