[发明专利]广角三维太阳能电池

说明书

背景技术

作为用于产生电力的可再生方式，可由太阳能电池收获太阳能。太阳能电池通道以光线(也称为“太阳光线”)的形式接收在太阳中产生的光子。理想地，光子被引导到包含光电压结(photovoltaic junction)的半导体主体中。进入光电压结的耗尽区中的一些光子将在其中被吸收，并且通过吸收而给予的所得能量将导致电子-空穴对。电磁场使得电子被扫向一个电极而空穴被扫到相对的电极。当太阳能电池暴露于太阳时，太阳能的常规注入使得以一定效率相应地产生电力。

存在接近太阳能电池的太阳光子可能不被转换为电力、从而减少其潜在的电力生成的多种方式。第一种方式是反射离开太阳能电池的表面以回到环境中。例如，通常认为，太阳能电池能够接收在特定角度范围内入射在太阳能电池上的太阳能电池。在太阳位置在一天内和一年内改变的情况下，角度越宽，太阳能电池全天接收太阳能越好。

可能降低效率的另一方式是如果太阳光子未能进入半导体主体，或者以不被转换为电子-空穴对的方式被吸收。即使光子导致电磁对，如果不是在耗尽区中生成该对，则该对也可快速重组。此外，如果在耗尽区中生成电子-空穴对的位置与耦合到半导体主体的电极之间存在相当大的净电阻，则仍可能减小电力。

因此，太阳能电池技术提出了要解决的大量挑战。然而，由于其代表了一种供给人类电力需要和需求的洁净方式，因此太阳能技术的进步具有显著改进当代和未来世代的环境的潜力。

发明内容

本文中描述的至少一个实施例涉及一种包括半导体主体的三维太阳能电池。半导体主体具有基本上平坦的底表面以及沿着半导体主体的顶侧以阵列方式形成的成形沟槽。这样，朝向半导体主体的顶侧延伸的多个柱子由此形成在半导体主体中。光收集材料沿着半导体主体的顶侧填充成形沟槽，并且形成了与半导体主体的底表面平行的基本上平坦的光接收顶表面。至少一些沟槽中的每个沟槽被构造成使得在基本上平坦的光接收表面上存在至少一个点，以使得在光线入射在该点上的情况下，如果与进入半导体主体相对地，光线保持在相应沟槽内，则光线将至少在相邻柱子上的第四次反射之后被重定向向上。

提供该发明内容以便以简化形式介绍概念的选集，以下在具体实施方式中进一步描述这些概念。该发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于辅助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

为了描述可以获得上述和其它优点和特征的方式，将参照附图给出各个实施例的更具体描述。应理解，这些图仅绘出了样本实施例，因此不应视为对本发明的范围的限制，将通过利用附图以附加的特征和细节来描述和说明实施例，在附图中：

图1A示出了三维太阳能电池的第一实施例的横截面，其中，示出了若干个太阳光线轨迹；

图1B示出了三维太阳能电池的第一实施例的横截面，其中，示出了若干个替选太阳光线轨迹；

图2A示出了三维太阳能电池的第二实施例的横截面，其中，示出了若干个太阳光线轨迹；

图2B示出了三维太阳能电池的第二实施例的横截面，其中，示出了若干个替选太阳光线轨迹；

图3A示出了第二实施例的横截面，其中，一个电极沿着每个柱子的上侧壁被放置为朝向半导体主体的顶侧；

图3B示出了一个电极位于半导体主体的顶表面上的横截面；

图4示出了制造广角太阳能电池的替选方式的制造步骤；

图5示出了从对太阳能电池的侧面进行包裹而得到的电池结构；

图6示出了电池的替选横截面；

图7A示出了电池的替选横截面；

图7B示出了根据图7A的近似设计而形成的实际沟槽阵列的微观横截面视图；以及

图7C示出了表示图7B的进一步放大视图的微观横截面视图，其中添加了一些测量结果。

具体实施方式

本文中描述的实施例包括具有宽收集角度的三维太阳能电池设计。这样的宽收集角度可允许太阳能电池也非常高效。所述太阳能电池设计具有两个方面；一方面是光而另一方面是电。这两方面有助于高效率。在光方面，可通过减少背反射以及在宽的且可调整的角度范围内具有入射辐射的更完整捕获来实现高效率。在电方面，可通过电荷载流子(charge carrier)的高效收集和提取以及通过保持欧姆损耗(由于触点和材料而导致该欧姆损耗)非常低来实现高效率。最终，可以以相对低的成本来制造这些设计。在以下部分中描述光和电设计的这两个方面。

太阳能设计