[发明专利]多结太阳能电池有效

专利信息
申请号: 201480037825.9 申请日: 2014-06-16
公开(公告)号: CN105359279B 公开(公告)日: 2017-05-24
发明(设计)人: 马蒂厄·鲍德瑞特;托马斯·西格纳玛谢克斯 申请(专利权)人: 原子能和替代能源委员会
主分类号: H01L31/0224 分类号: H01L31/0224;H01L31/0725;H01L31/043
代理公司: 北京派特恩知识产权代理有限公司11270 代理人: 徐川,武晨燕
地址: 法国*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 太阳能电池
【说明书】:

技术领域

本发明涉及多结太阳能电池以及用于制造这种太阳能电池的方法。更具体地,本发明涉及用于光伏应用的多结太阳能电池。

背景技术

在具有高的太阳能转换效率的光伏太阳能电池的领域中,试图对收集入射太阳光谱的光子进行优化。

已经提出了被称为“多结”电池的太阳能电池。多结太阳能电池包括多个子电池的堆叠,其中每个子电池由形成PN结的不同的半导体层的堆叠组成。每个子电池的PN结形成为使得每个子电池具有不同的带隙能量。因此每个子电池吸收太阳光谱的部分减少但具有高效率。这导致这种太阳能电池相较具有单硅结的太阳能电池具有增加的总效率。

多结太阳能电池通常通过构成不同的子电池的不同的层在给定的衬底上的外延生长来形成。通过这种方法形成的多结太阳能电池被称为“整体式”电池。

在操作中的整体式多结太阳能电池中,电势差被施加到放置在不同的子电池的堆叠的两侧的两个电极之间。子电池通过放置在两个相邻子电池之间的隧道二极管或隧道结串联连接。由于子电池串联连接,因此吸收入射光谱的最小能量并由此提供最小电流的子电池将其它电池限制到该电流值。由整体式多结太阳能电池提供的最大功率等于由不同的子电池传递的电流的最小值乘以多结电池的端子处的电压(等于子电池的端子处的电压的和),而不等于由每个子电池提供的最大功率输出的和。

整体式多结太阳能电池的一个优势在于它们是通过易于实现且控制良好的方法来制造的。这导致高生产能力且品质优良的多结太阳能电池。

整体式多结太阳能电池的一个缺点与不同的子电池串联连接的事实有关。这意味着这种太阳能电池使能够获得由太阳能电池提供的最大功率输出的优化操作不等于每个子电池的优化操作。此外,如果子电池之一在操作时改变了性能,例如由于实际的太阳光谱不符合太阳能电池的设计所使用的太阳光谱,或者由于诸如合聚透镜之类的外部元件,或者由于子电池的特性的退化,这就会导致太阳能电池的整体性能的降低。这会导致这种太阳能电池的效率降低。

为了增加由整体式多结太阳能电池传递的功率,一个解决方案在于将电池制造成使得每个子电池针对给定的入射光谱传递相同的电流。使用术语子电池的“电流校准”。然而,这导致更复杂的制造太阳能电池的方法。此外,电流校准仅对太阳能电池的优化所选择的入射光谱有效。

此外,可以通过不同的子电池的机械组装的方法而不是以整体样式来形成多结太阳能电池。这样的多结太阳能电池被称为“多端子”电池。每个子电池例如通过衬底上的外延生长来独立于其它子电池形成。在每个子电池的两侧形成电极,例如导电垫。然后将子电池互相机械组装。在操作中的多端子多结太阳能电池中,电势差被施加到每个子电池的两个电极之间。每个子电池的电操作独立于其它子电池的电操作。

多端子多结太阳能电池的一个优势在于可以单独优化每个子电池的操作。由多端子多结太阳能电池提供的最大功率等于由每个子电池提供的最大功率输出的和。此外,一个子电池的性能的退化不会导致其它子电池的性能的退化。这导致这种太阳能电池的高效率。

多端子多结太阳能电池的另一个优势在于不需要针对给定的入射光谱进行每个子电池的电流校准。

相反地,这种子电池的机械组装的方法需要适当地控制子电池的校准,使得上层的子电池不会对下层的子电池产生阴影效应(shadow effect)。实际上,如果形成不同的子电池的电极的导电垫不是适当地互相对准,那么会降低由下面的子电池(即,放置在具有构成机械组装的正面的面的子电池下方的子电池)吸收的光子数量。

多端子多结太阳能电池的一个缺点为现有的制造方法的复杂性。此外,由于在不同的衬底上单独制造子电池,这导致了高的制造成本。

美国专利申请2010/0089440中描述了通过外延生长形成的双结太阳能电池的一个示例。根据该文件中描述的实施例,太阳能电池包括三个端子。第一端子和第二端子分别连接到两个子电池,第三端子连接到设置在两个子电池之间的导电层。在这种太阳能电池中,可以将电势差施加到第一端子与第二端子之间,或者第一端子与第三端子之间,或者第二端子与第三端子之间。如果电势差施加在第一端子与第二端子之间,那么太阳能电池作为传统的整体式双结太阳能电池来操作,其中两个子电池串联连接。也可以通过在第一端子与第三端子之间或者第二端子与第三端子之间施加电势差来检查每个子电池独立于其它子电池的令人满意的操作。例如,这使得能够对由两个子电池提供的电流是否相等进行检查。这种双结太阳能电池的一个缺点在于两个子电池不能彼此独立地同时投入操作。

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