[发明专利]有源太阳能电池和制造方法

说明书

本申请是国家申请号为200880017400.6之申请(国际申请号PCT/EP2008/053942，国际申请日2008年4月2日，发明名称“有源太阳能电池和制造方法”)的分案申请。

技术领域

本发明涉及太阳能电池的领域。具体来讲，本发明涉及用于提高太阳能电池的效率的器件和方法以及其太阳能电池。

背景技术

太阳能电池的效率目前还很低，因此太阳能与低能源价格的矿物燃料相比还不具有竞争力。由此，已经提出了很多技术使太阳能电池更有效率，从而提高太阳能在全球市场中的竞争力。

EP 1724841A1描述了多层的太阳能电池，其中，集成并且一体地层压多个太阳能电池模块，使得不同的敏感波长波段是这样的：敏感波长波段的中心波长越短，模块越靠近日光的入射侧设置。该文献在这里被引用作为参考。

众所周知，为了光子被吸收到带隙中，并由此生成光电流，光子的能量必须大于或等于带隙。现有技术中包括EP 1724841A1的现有技术解决方案具有明显的缺点：它们不能提供有效率地收集光子的带隙。光子布居中的大部分都仅仅作为热浪费掉了。

发明内容

在研究中的本发明涉及用于有效率地从太阳光收集光子以形成光电流的系统和方法。本发明的进一步目的在于给出可以设计越来越有效率的太阳能电池的生产方法。

在本申请中，半导体层被理解为能够进行光电效应的任意材料或者包含能够进行光电效应的任意材料。

本发明的一个方面涉及一种太阳能电池，该太阳能电池包括具有自然带隙NB1的半导体层。该半导体层还具有至少一个电极，所述至少一个电极被设计为产生所述层中的环境(ambient)电压V1。因此，进入光子经历修改的NB1-V1＝B1带隙，在这里将其称为表观带隙。具有E＞B1的光子将被吸收到带隙B1中，并且半导体价带中的电子将被激发到导带上，由此导致光电流。根据本发明，调整表观带隙B 1的能力提供了优化进入光子的收集的巨大力量。

没有被吸收的光子布居由具有E＜B1的光子组成，该光子具有太小的能量以至于不被吸收。另外，在电子到光电流的激发过程中，具有E＞B1的被吸收的光子将仅给出等于表观带隙B1的能量。剩余能量E-B1将被发射作为能量E2＝E-B1的次级光子或者其中能量E2＝E-B1的根据能量和动量守恒定律和量子力学分布的多光子。具有E＜B1和E2＝E-B1的这两组光子属于次级光子布居。

另外，具有E＞B1的一些光子将没有被吸收，这是因为它们只是不能够找到价电子并与之相互作用。然而，这一小部分将不受带隙影响。剩下的E＞B 1的数目是与价电子N1和该电子的散射剖面有关的离子/原子/分子种类的浓度的函数。此外，材料的晶格堆积密度、温度等会具有一些影响。在本发明的一个方面中，半导体层中剩余的E＞B1的这一小部分被最小化。具有E＞B1的该组未被吸收的光子被进一步添加到次级光子布居。

根据本发明的另一方面，次级光子布居和一些剩余的E＞B1光子将穿过第一半导体层，并且进入具有自然带隙NB2的第二半导体层。该半导体层还可以具有至少一个电极，所述至少一个电极被设计为产生该层中的环境电压V2，由此产生表观带隙B2＝NB2-V2。环境电压可以用于提高或降低价带中电子的能态。根据本发明，表观带隙B2被优化成产生尽可能多的光电流，并且产生尽可能理想的第二次级光子布居。

在本发明的另外实施例中，使用具有不同带隙的多个半导体层。这些层中的一些可以在其中具有环境电压。该环境电压可以由附接到至少一个电极的电压发生器产生。在一些实施例中，所收集的光电流中的一些可以被反馈以提供环境电压V1、V2。在一些实施例中，具有或没有环境电压的半导体层在它们之间可以具有电绝缘膜或者对于光子通常是透明的材料。

参照之前所说明的，多个有源(具有环境电压)和无源(没有环境电压)的半导体层可以放置在彼此之上，从而每层收集某一部分的太阳光谱或者次级光子布居光谱。因为使用环境电压允许在调整到太阳光谱或次级光子布居光谱的想要的部分的过程中的一些自由度，所以通过收集最大数目的光电流并且产生最小数目的具有E＞最小带隙的次级光子，能够仔细收集整个太阳光谱光子。具有E＞最小带隙的次级光子通常作为热被扩散，这是因为由于没有光子能够达到带隙，因此光伏系统不能吸收这些光子。