[发明专利]具有通过载流子选择性触点互连的多个吸收体的太阳能电池

说明书

描述了一种串联式太阳能电池结构，其具有以下特征：(a)具有由不同材料制成的至少两个不同吸收体(104,108)的用于光伏能量转换的单体结构，(b)吸收体(108)由晶体硅构成，(c)在硅吸收体(108)的面对相邻的吸收体(104)的一侧上的布置有载流子选择性触点，(d)载流子选择性触点由薄的界面氧化物107和施加到其上的主要由p掺杂(106)或者n掺杂(201)的硅构成的非晶、部分结晶或多晶层配置而成。由层107和106或201构成的载流子选择性触点保证了晶体硅吸收体108的优异表面钝化和在整个表面上从后者选择性地提取载流子类型。因此实现垂直电流流动，使得在每个子电池中不需要横向电导率。通过层106或201的高度掺杂可以形成与相邻层的隧道接触。层106或201的厚度和/或掺杂可被用来匹配各个子电池中的发电电流。层107、106或201的温度稳定性允许在400℃的温度应用随后的生产步骤。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及具有多个吸收体的串联式太阳能电池。

背景技术

太阳能电池被用于使用光电效应将太阳光的能量转换为的电能。然而，根据吸收体材料，只有某一部分的太阳光谱可以被有效利用。例如，如果吸收体由半导体材料制成，则能量低于带隙的光子可能无法直接促成电子-空穴对的产生，因此几乎不被吸收。能量远高于带隙的光子产生电子-空穴对，但来自激发的高能量状态的电子和空穴在能带边缘附近热化成低能态，并且其中以热量形式释放能量差。

使高能量和低能量光子区域中的这两种损失机制最小化的一种方式是使用由不同材料制成的两个或更多个吸收体，它们将来自太阳光谱的不同区域的辐射能量有效地转换为电能。有效地使用高能量光子进行光伏能量转换并且将较低能量的光子有效地传输到下面的吸收体的一个或多个吸收体位于太阳能电池的面对太阳照射的一侧。

这种被称为串联式太阳能电池或多结电池的太阳能电池结构早已为人所知，例如从US4,496,788中已知，并且已经在高效空间太阳能电池领域或地面太阳能电池领域中被商业化，其中太阳光通过光学器件聚集到一个小区域。

还希望能够将串联式太阳能电池用于地面非聚光光伏应用。然而，为了实现这一点，必须显著降低常规串联式太阳能电池的高制造和材料成本。为此目的，串联式太阳能电池可以基于相对便宜和相对高效的(单或多)晶体硅太阳能电池，即由硅晶体以外的材料制成的一个或多个吸收体可被用于硅吸收体。允许对能量低于1.12eV的硅带隙的光子进行光伏能量转换的材料将是可能的，其中这样的吸收体将被应用到硅吸收体的背对太阳照射的一侧。或者，由有效地透射能量低于1.4eV的光子并有效地使用更高能量光子进行光伏能量转换的材料制成的吸收体可以被应用到硅吸收体的面对太阳照射的一侧。

只有一个pn结的硅太阳能电池正在不断进一步发展。通过改善表面钝化质量可以实现能量转换效率的显著提高。诸如氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_x)或氧化铝(Al₂O₃)之类的电介质钝化层电绝缘各自覆盖区域，使得需要额外的非钝化触点来提取载流子。典型地，金属局部地直接接壤晶体硅，形成有缺陷的并因此具有高度复合活性的界面。相反，所谓的载流子选择性触点不仅可以极好地钝化被它们覆盖的表面，而且还可以选择性地从这些区域中的硅吸收体提取一种载流子类型，即电子或空穴。