[发明专利]包括低复合电接头的太阳能电池及其形成系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及太阳能电池，和更具体地涉及包括具有低移动载流子复合速度电接头的电接头的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池——本文也可称为光伏电池，是直接将光诸如阳光转化成电流的设备。太阳能电池可由从阳光吸收光子的半导体材料形成。当吸收的光子的能量大于半导体材料的带隙能量时，该吸收可从半导体材料的价带激发电子至半导体材料的导带，由此产生电子空穴对，其在本文中也可被称为自由电子和空穴和/或被称为移动载流子。自由电子和空穴可在太阳能电池内移动以产生DC电流。

太阳能电池将阳光转化为电能的效率由多种因素控制，其包括可用于吸收阳光的太阳能电池的表面积比例、太阳能电池从吸收的阳光产生移动载流子的效率、和/或产生的移动载流子可从太阳能电池供应并供应给外部电路的效率。半导体材料内移动载流子的复合——其可包括自由电子和空穴的复合以及自由电子从半导体材料的导带至半导体材料的价带的跃迁，可减少太阳能电池的总效率，这是因为复合的移动载流子不再可用于供应给外部电路。在半导体材料内产生的移动载流子复合的速率在本文可被称为复合速度和/或被称为复合率。

移动载流子复合速度在半导体材料内可起到复合位点作用的缺陷处和/或不调和(incongruity)处可增速。作为说明性实例，诸如可存在于半导体材料和配置来形成与半导体材料的电连接的电接头之间的界面处的半导体材料的表面，由于该表面处半导体材料的不连续性质、可存在于该表面处的悬空键和/或半导体材料和电接头之间的化学组成的改变，可包括高浓度的复合位点。减少这些复合位点的浓度和/或消除这些复合位点，可通过降低在表面处和/或接近表面的移动载流子的复合速度，提供太阳能电池效率的显著增加。因此，对太阳能电池应用的改进的电接头存在需要。

发明内容

包括低复合速度电接头的太阳能电池及其形成系统和方法。太阳能电池包括限定正面和相对的背面的电池体。太阳能电池进一步包括与电池体正面形成电连接的正面电接头、与电池体背面形成电连接的背面电接头、和包括电绝缘层并位于电池体和正面电接头和/或背面电接头之间的至少一个中间层。

根据本公开的一个方面，提供了太阳能电池，其包括：限定正面和相对的背面的电池体，其中电池体包括发射极层，所述发射极层包括n-型III-V半导体材料和p-型III-V半导体材料之一，其中电池体进一步包括基极层，所述基极层包括n-型III-V半导体材料和p-型III-V半导体材料中的另一种，和进一步其中基极层位于发射极层和电池体的背面之间；与电池体正面形成电连接的正面电接头，其中正面电接头包括光学透明的正面电极和金属正面电极；正面中间层，其包括正面电绝缘层并位于电池体的正面和正面电接头之间；背面电接头，其与电池体背面形成电连接，其中背面电接头包括金属背面电极；和背面中间层，其包括背面电绝缘层并位于电池体的背面和背面电接头之间。

根据本公开的一个方面，提供了包括沉积的电绝缘层的中间层。在一些实施方式中，中间层包括天然氧化物层和/或生长的氧化物层。在一些实施方式中，中间层进一步包括表面钝化层。在一些实施方式中，电绝缘层和表面钝化层限定平行层，其中表面钝化层位于电池体和电绝缘层之间。

根据本公开的另一个方面，提供了太阳能电池，其包括：限定正面和相对的背面的电池体，其中电池体由半导体材料形成；与电池体正面形成电连接的正面电接头；与电池体背面形成电连接的背面电接头；和位于电池体和正面电接头和背面电接头中的至少一个之间的中间层，其中中间层包括电绝缘层，和进一步其中电绝缘层包括沉积的电绝缘层。

有利地，电池体包括发射极层，所述发射极层包括n-型III-V半导体材料和p-型III-V半导体材料之一，其中电池体进一步包括基极层，所述基极层包括n-型III-V半导体材料和p-型III-V半导体材料中的另一种，和进一步其中基极层位于发射极层和电池体的背面之间。

有利地，太阳能电池进一步包括发射极层，其中发射极层形成正面电接头的一部分，和进一步其中电池体进一步包括基极层。

有利地，电绝缘层包括氧化物、氧化铝、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、硫化锌、氧化铪和氮氧化硅中的至少一种。

有利地，电绝缘层具有至少1nm并小于6nm的厚度。

有利地，中间层进一步包括表面钝化层，其配置来降低电池体表面处的移动载流子复合速度。

有利地，表面钝化层具有小于2nm的厚度。

有利地，表面钝化层和电绝缘层限定平行层，和进一步其中表面钝化层位于电池体和电绝缘层之间。