[其他]基于碳纳米管的太阳能电池及形成其的设备

说明书

交互参照的相关申请 

本申请主张受益于2009年6月10日提出申请的61/185,928号的美国临时申请以及2010年2月11日提出申请的61/303,617号的美国临时申请。 

技术领域

本实用新型大体上关于太阳能电池，更具体而言，是关于包含碳纳米管的太阳能电池。 

背景技术

太阳能电池包含吸收层，在此处，光子被吸收并且产生电子空穴对。平面薄膜太阳能电池的吸收层需要厚得足以使多数入射的光子被捕捉，但不至于厚得让所有由光子吸收而产生的电荷载流子在他们抵达太阳能电池电极且产生光电流之前要么复合要么被捕集。该结果在该二个相对效应之间难以具有折衷方案，且此类电池的效能无法最佳化。 

吸收层可包含以下材料，诸如：硅（微晶硅及非晶硅）、其他硅基材料（诸如SiGe及碳掺杂微晶硅）、铜铟硒（CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、Cu(In,Ga)(S,Se)₂(CISSe)及各种二六族二元化合物及三元化合物。然而吸收层经常是具有严重影响太阳能装置效能的复合位置密度的缺陷材料。需要减少电子空穴对的复合（在此亦指电荷载流子的衰减）以提供更有效能的太阳能电池。 

再者，对非晶硅太阳能电池而言，存在一种额外的问题，称作Staebler-Wronski效应，这个效应是在一段时间内性能的退化，且该退化对于愈厚的非晶硅膜而言会愈大。例如，300nm的非晶硅膜可于电池效能中产生10-12%的光诱导退化，更甚者，随着膜厚度增加，退化会以指数式增加至约30%。然而，基于非晶硅的太阳能电池的光诱导退化不仅视厚度而定，亦视非晶硅的生长速率、沉积参数等而定。而微晶硅膜即使在结晶度比例低时，仍产 生较少（1-2%）的光诱导退化。 

已藉由产生三维太阳能电池结构而实行改良太阳能电池，在该结构中，吸收层形成于非平面的表面上，诸如具有抬升的微米尺度的柱状物或脊状物的表面。此配置容许相较于平面配置，在给定的吸收层厚度上具有较大的光吸收度。虽已获得此大有可为的结果以用于此类太阳能电池结构，然而这些电池的制造难以用于工业规模上。在此需要更可制造的高效能太阳能电池及用于形成该电池的方法及设备。 

实用新型内容

大体而言，本实用新型的实施例提供一种具有碳纳米管（CNT）的太阳能电池，这些碳纳米管用于：界定太阳能电池的微米/次微米几何尺寸；及/或做为电荷传输体，以有效地从吸收层移除电荷载流子以减少吸收层中的电子空穴复合速率。CNT的密度可受控制且CNT可图案化成例如为束状物。 

本实用新型的方法可包括（但不限于）将CNT结合进入吸收材料以有效移除空穴，其中该吸收材料可为诸如硅（微晶硅及非晶硅）、其他硅基材料（诸如SiGe及碳掺杂微晶硅）、铜铟硒（CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、Cu(In,Ga)(S,Se)₂(CISSe)及各种二六族二元化合物及三元化合物。再者，CNT的密度及对准情况可受控制以最佳化太阳能电池效能，包括改善光吸收层中的光捕集。本实用新型的概念不限于使用CNT，而可应用至大体上具有电荷传导纳米结构（诸如对准及非对准的纳米棒及纳米线）的太阳能电池吸收层。再者，本实用新型的概念可应用至太阳能电池，其大体上包括多结太阳能电池。 

根据本实用新型的多个方面，一种太阳能电池包含：导电层；多个金属催化剂粒子，附着于该导电层；多个碳纳米管，形成于这些金属催化剂粒子上；以及光活性吸收层，其形成于该导电层上，该光活性吸收层包覆这些碳纳米管，其中这些碳纳米管提供导电路径以供产生在该吸收层中的电荷载流子流出该吸收层。碳纳米管可呈垂直对准，而垂直于该导电层。碳纳米管的密度可在每平方米10¹¹至10¹⁶个的范围内－大体上在任何给定面积中，碳纳米管覆盖率仅2-13%。碳纳米管可渗透吸收层达5%至95%的吸收层厚度，且在某些实施例中，对吸收层的渗透达吸收层厚度的50%至80%。碳纳米管可为单壁、双壁或多壁 碳纳米管。电荷载流子可为空穴。