[发明专利]具有透明隧道结的光伏器件

说明书

光伏器件包括衬底、半导体堆叠和透明隧道结。该半导体堆叠包括从第一透明导电氧化物层或窗口层或两者选择的n‑型层；和设置在该n‑型层上的p‑型吸收剂层，其中吸收剂层基本上由CdSe_xTe_(1‑x)组成，其中x从1 at.%至大约40 at.%。透明隧道结包括掺杂为p+型的Cd_yZn_(1‑y)Te的透明界面层和掺杂为n+型的透明接触层，并且该界面层被设置在p‑型吸收剂层与透明接触层之间。在双面实施例中，隧道结形成透明背接触和电极；并且在多结实施例中，隧道结在顶部与底部电池之间形成类似二极管的连接器。透明接触层可以包括与铝、氟或铟掺杂氧化锡或氧化锌。光伏器件还可以包括电子反射器层和/或光反射器层。

背景技术

光伏器件通过使用展现光伏效应的半导体材料将光转换成直流电来产生电力。在暴露于光时，由于光子在半导体材料内被吸收以将电子激发到更高的能态，光伏效应因此产生电力。因此，这些经激发的电子能够在材料内移动，从而产生电流。

光伏（PV）器件结构的基本单元（通常称作电池）可能只产生小规模电力。因此，多个电池可以串联或并联地电连接在一起来使较大集成器件（称作模块或面板）内的多个电池当中产生的总电力聚集。光伏电池可以进一步包括保护背层和密封材料来保护电池免受环境因素影响。多个光伏模块或面板可以串联或并联地组装在一起来创建光伏系统或阵列，其能够产生达到与其他类型的公用事业规模的发电厂相当的级别的大量电力。除光伏模块外，公用事业规模的阵列将进一步包括安装结构、电设备，其包括逆变器、变压器和其他控制系统。考虑到从个体电池到包含许多模块的公用事业规模的阵列的各种级别的器件，光伏效应的所有此类实现可能包含一个或多个光伏器件来完成能量转换。

薄膜光伏器件通常由衬底上形成的不同材料的各种层制成，每个层起到不同功能。薄膜光伏器件包括前电极和背电极来提供对光敏半导体层或夹在其间的其他层的电接入。

常规的薄膜太阳能电池具有将光转换成直流电的不太高的转换效率。因此，PV器件领域的关键方面是提高转换效率。

实现较高效率的一个挑战是难以为欧姆接触和电荷载流子运输创建令人满意的背接触。另一个挑战是背表面空穴-电子重组的减少。进一步的挑战是提高光的收集。这包括收集反射光和收集广谱上的光，包括获取更多红外（IR）光子。使用常规方法从可见光和IR收集电荷载流子有阻碍且低效，这是因为IR吸收所需要的吸收剂层厚度导致最小电荷载流子创建或导致在耗尽区外创建电荷载流子。漫射光以及从地面和从附近结构反射的光是可用光，该可用光因为被太阳能面板的后部反射掉或被转换成热而未被常规PV器件收集。

虽然为了不断增加转换效率而开发了许改进措施，但仍然继续需要使吸收损失最小化同时捕获或重新获得可行的最大太阳辐射量的改进薄膜PV器件。

附图说明

图1描绘了光伏器件的第一实施例中的功能层的示意图。

图2是图1的添加了金属网格指的光伏器件的底视图。

图3描绘了对于图1的示范性双面实施例的前侧（SS）和背侧（FS）照明的QE测量。

图4提供了图1的示范性双面实施例的I-V曲线。

图5描绘了光伏器件的第二实施例中的功能层的示意图。

图6是氮化钼（MoNx/Mo）双层背接触与图5的具有AZO/Au背接触的示范性实施例之间的QE比较。

图7A示出图5的具有厚度为20nm的AZO/Au双层背接触的示范性实施例的性能的I-V曲线。

图7B示出图5的具有厚度为150nm的AZO/Au双层背接触的示范性实施例的性能的I-V曲线。

图8描绘了光伏器件的第三实施例中的功能层的示意图。

图9描绘了多结实施例中的功能层的示意图。