具有用于集中光伏應(yīng)用的銅格柵的隧道結(jié)太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一個實施例提供光伏模塊。光伏模塊包括光學(xué)集中器和隧道結(jié)太陽能電池。隧道結(jié)太陽能電池包括基底層、位于基底層上方的量子隧道勢壘（QTB）層、發(fā)射極層、前側(cè)電極以及背側(cè)電極。
【專利說明】具有用于集中光伏應(yīng)用的銅格柵的隧道結(jié)太陽能電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及一種光伏系統(tǒng)。更具體地，本公開涉及一種組合了隧道結(jié)太陽能電池與光學(xué)集中器的光伏系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由使用化石燃料引起的負面環(huán)境影響以及它們提高的成本已經(jīng)導(dǎo)致對于更清潔、更廉價的備選能源的迫切需求。在不同形式的備選能源之中，太陽能已經(jīng)因為其清潔和廣泛可用性而受到青睞。
[0003]光伏(PV)系統(tǒng)使用太陽能面板來將日光轉(zhuǎn)換為電力。PV系統(tǒng)包括多個部件，諸如光伏模塊(或太陽能面板)、框架、電纜、和逆變器。PV模塊的成本占據(jù)整個光伏系統(tǒng)成本的極大部分。為了減少成本，已經(jīng)使用各種方法來減少每個部件的成本以及改進光伏模塊的效率。一種方法是使用將日光聚集至更小區(qū)域的集中光學(xué)元件，從而使用比系統(tǒng)尺寸小的多的PV模塊。因此，可以大大減少PV系統(tǒng)內(nèi)PV模塊的成本。盡管存在附加的部件(諸如光學(xué)模塊和跟蹤器)，但是整個系統(tǒng)的成本仍然小于不具有集中光學(xué)元件的系統(tǒng)。
[0004]實現(xiàn)具有集中光學(xué)元件的高效PV模塊有許多挑戰(zhàn)。當將日光聚集至更小區(qū)域時，其強度大大增大，導(dǎo)致太陽能電池的快速發(fā)熱。因此，需要冷卻。然而，將太陽能電池的溫度冷卻低至約20°C并不經(jīng)濟。相反，太陽能電池最可能將操作于升高的溫度下。這是不期望的，因為半導(dǎo)體太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率隨著溫度上升而退化。對于常規(guī)的基于Si的太陽能電池而言退化尤其嚴重，因為它們的溫度系數(shù)通常在-0.48和-0.5% /°C之間。盡管GaAs和其它基于II1-V族半導(dǎo)體的太陽能電池在升高的溫度下性能更好，但是更高的制造成本使得不那么期望需要它們。
[0005]日光集中的另一個問題在于電流擁擠效應(yīng)。在太陽能電池中，首先由太陽能電池結(jié)構(gòu)中吸收的光產(chǎn)生電流，隨后由太陽能電池表面上金屬格柵收集電流。日光的集中造成在金屬格柵中的電流擁擠，其中電流隨著集中比率幾乎線性地增大。電流擁擠可以增大太陽能電池的串聯(lián)電阻。因此，隨著電流由于光集中而增大，太陽能電池效率因為增大的電阻損耗而降低。
[0006]此外，在傳統(tǒng)太陽能電池中，使用印刷銀膏制造前部金屬格柵。為了使陰影最小，格柵寬度狹窄。絲網(wǎng)印刷的銀格柵的高度通常限定為不大于30微米，并且截面形狀是三角形。此外，由于膏中的添加劑(諸如玻璃砂或粘附劑)，在燒結(jié)之后銀膏的電阻率可以比純銀的電阻率高五至十倍。這些因素制約了金屬格柵的串聯(lián)電阻，并且不利地影響了太陽能電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實施例提供了一種光伏模塊。光伏模塊包括光學(xué)集中器和隧道結(jié)太陽能電池。隧道結(jié)太陽能電池包括基底層、位于基底層上方的量子隧道勢壘(QTB)層、發(fā)射極層、前側(cè)電極和背側(cè)電極。[0008]在對實施例的變形例中，QTB層包括氧化硅(SiOx)、氫化SiOx、氮化硅(SiNx)、氫化SiNx、氧化鋁(A10x)、氮氧化硅(SiON)和氫化SiON中的至少一個。
[0009]在對實施例的變形例中，發(fā)射極層包括非晶Si (a-Si)和非晶SiC (a_SiC)中的至少一個。
[0010]在對實施例的變形例中，前側(cè)電極包括前側(cè)金屬格柵，前側(cè)金屬格柵包括Cu和Ni中的至少一個。
[0011]在又一變形例中，使用鍍制技術(shù)形成前側(cè)金屬格柵。
[0012]在對實施例的變形例中，前側(cè)電極包括具有彎曲表面的金屬格柵線，由此允許射到彎曲表面的入射光向下反射。
[0013]在對實施例的變形例中，隧道結(jié)太陽能電池進一步包括位于基底層下方的背表面場(BSF)層，并且BSF層包括非晶Si (a-Si)和非晶SiC (a_SiC)中的至少一個。
[0014]在對實施例的變形例中，隧道結(jié)太陽能電池進一步包括位于發(fā)射極層頂部上的透明導(dǎo)電氧化物(TC0)層。
[0015]在對實施例的變形例中，基底層包括單晶硅晶片和外延生長的晶體Si (c-Si)薄膜中的至少一個。
[0016]在對實施例的變形例中，隧道結(jié)太陽能電池進一步包括位于基底層下方的第二QTB 層。
[0017]在對實施例的變形例中，發(fā)射極層背向入射光而位于基底層之下。
[0018]本發(fā)明的一個實施例包括光伏系統(tǒng)。系統(tǒng)包括太陽能電池模塊以及被配置為集中接收到的日光的光學(xué)模塊。太陽能電池模塊包括多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，面向入射光而位于多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上的前側(cè)金屬格柵，以及背側(cè)電極。前側(cè)金屬格柵包括Cu和Ni中的至少一個。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性隧道結(jié)太陽能電池的圖。
[0020]圖2呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的制作隧道結(jié)太陽能電池的工藝的圖。
[0021]圖3呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的制作隧道結(jié)太陽能電池的工藝的圖。
[0022]圖4呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性背部隧道結(jié)太陽能電池的圖。
[0023]圖5呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性集中器光伏(CPV)模塊的圖。
【具體實施方式】
[0024]呈現(xiàn)以下描述以使得任何本領(lǐng)域技術(shù)人員做出并且使用實施例，并且在特定應(yīng)用背景及其需求中提供以下描述。對于所公開實施例的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的，并且本文限定的總體原理可以應(yīng)用于其它實施例和應(yīng)用而不脫離本公開的精神和范圍。因此，本發(fā)明并不限定于所示實施例，而是符合與本文公開的原理和特征一致的最廣的范圍。
[0025]概沭
[0026]本發(fā)明的實施例提供一種基于隧道結(jié)太陽能電池的集中器光伏(CPV)模塊。集中器PV模塊包括將照射在較大區(qū)域上的日光集中至較小區(qū)域的光學(xué)聚集機構(gòu)，以及一個或多個隧道結(jié)太陽能電池。隧道結(jié)太陽能電池包括晶態(tài)硅(c-Si)堆疊、氧化物隧道勢壘層和鈍化層、以及非晶半導(dǎo)體層。此外，太陽能電池的前部金屬格柵通過鍍制銅而形成。該類型的CPV模塊展現(xiàn)出高轉(zhuǎn)換效率(高達24%)以及低溫度系數(shù)(低至-0.20% /°C)。
[0027]隧道結(jié)太陽能電池
[0028]在一個實施例中，CPV模塊內(nèi)的太陽能電池包括具有分別用作發(fā)射極(emitter)和BSF的前部摻雜非晶半導(dǎo)體層和背部摻雜非晶半導(dǎo)體層的雙側(cè)金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)隧道結(jié)結(jié)構(gòu)。圖1呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性隧道結(jié)太陽能電池的圖。隧道結(jié)太陽能電池100包括襯底102、覆蓋襯底102的表面并且鈍化表面缺陷狀態(tài)的超薄氧化硅層104和106、形成發(fā)射極108的前側(cè)摻雜非晶Si (a-Si)層、前側(cè)透明導(dǎo)電氧化物(TC0)層110、形成BSF層112的背側(cè)摻雜a_Si層、背側(cè)TC0層114、前部電極116和背部電極118。圖1中箭頭表示入射日光。
[0029]可以使用η-或ρ-型摻雜高質(zhì)量太陽能級別硅(SG-Si)晶片以構(gòu)建隧道結(jié)太陽能電池。在一個實施例中，選擇η-型摻雜SG-Si晶片。圖2呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的制作隧道結(jié)太陽能電池的工藝的圖。
[0030]在操作2A中，制備襯底200。在一個實施例中，襯底200是SG_Si襯底。SG_Si襯底的電阻率通常在(但是不限于)0.5ohm-cm和10ohm-cm之間的范圍內(nèi)。在一個實施例中，襯底200可以是包括沉積在SG-Si襯底上的外延形成的c-Si增強層的復(fù)合基底層。c-Si增強層的摻雜類型與SG-Si襯底的摻雜類型相似。此外，c-Si增強層可以是均勻摻雜或者分級摻雜的。在另一實施例中，c-Si增強層是均勻摻雜的，具有0.5ohm-cm的均勻的薄層電阻。在不同實施例中，c-Si增強層是分級摻雜的,具有在0.2ohm-cm和lohm-cm之間變化的薄層電阻。c-Si增強層的厚度可以在0.5 μ m和2 μ m之間。
[0031]制備操作包括去除大約ΙΟμπι硅的典型鋸切損傷刻蝕以及表面結(jié)構(gòu)化。表面結(jié)構(gòu)可以具有各種圖案，包括但是不限于:六棱錐、倒置棱錐、圓柱、圓錐、環(huán)形和其它不規(guī)則形狀。在一個實施例中，表面結(jié)構(gòu)化操作導(dǎo)致隨機的棱錐結(jié)構(gòu)化表面。此后，襯底200經(jīng)歷廣泛的表面清潔。
[0032]在操作2Β中，在SG-Si襯底200的前表面和背表面上沉積高質(zhì)量(具有小于lX10n/cm2的缺陷界面狀態(tài)密度(Dit))電介質(zhì)材料的薄層，以分別形成前部鈍化/隧道層202和背部鈍化/隧道層204。在一個實施例中，采用電介質(zhì)材料薄層僅沉積SG-Si襯底200的前表面。在備選實施例中，采用電介質(zhì)材料的薄層僅沉積SG-Si襯底200的背表面。各種類型的電介質(zhì)材料可以用于形成鈍化/隧道層，包括但是不限于:氧化硅(SiOx)、氫化SiOx、氮化娃(SiNx)、氫化SiNx、氧化招(A10x)、氮氧化娃(SiON)和氫化SiON。此外,各種沉積技術(shù)可以用于沉積鈍化/隧道層，包括但是不限于:熱氧化、原子層沉積、濕法或蒸汽氧化、低壓自由基氧化、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)等。鈍化/隧道層的厚度可以在1和50埃之間，優(yōu)選地在1和10埃之間。注意，隧道/鈍化層的良好控制的厚度確保良好的隧道和鈍化效應(yīng)。
[0033]在操作2C中，在前部鈍化/隧道層202上沉積氫化的分級摻雜的a_Si層以形成發(fā)射極層206。結(jié)果，發(fā)射極層206位于太陽能電池的面向入射日光的前側(cè)上。發(fā)射極層206的摻雜類型與SG-Si襯底200的摻雜類型相反。如果SG-Si襯底200是η-型摻雜，則發(fā)射極層206是ρ-型摻雜，反之亦然。在一個實施例中，使用硼作為摻雜劑對發(fā)射極層206進行P-型摻雜。SG-Si襯底200、前部鈍化/隧道層202和發(fā)射極層206形成前部氧化物隧道結(jié)。發(fā)射極層206的厚度在2和50nm之間。注意，可以優(yōu)化發(fā)射極層206的摻雜分布以確保良好的歐姆接觸、最小光吸收和大內(nèi)建電場。在一個實施例中，發(fā)射極層206的摻雜濃度可以從零變化至5X102°/cm3。在另一實施例中，發(fā)射極層206內(nèi)與前部鈍化/隧道層202相鄰的區(qū)域是未摻雜的或者具有較低的摻雜濃度，而遠離前部鈍化/隧道層202的區(qū)域具有較高摻雜濃度。較低的摻雜濃度確保在前部鈍化/隧道層202與發(fā)射極層206之間界面處的最小缺陷密度，而在另一側(cè)上的較高濃度防止了發(fā)射極層耗盡。發(fā)射極層206的晶體結(jié)構(gòu)可以是非晶、或?qū)崿F(xiàn)更高載流子遷移率的納米晶、或在紫外線(UV)波長范圍內(nèi)實現(xiàn)良好吸收而在紅外線(IR)波長范圍內(nèi)實現(xiàn)良好傳輸?shù)脑季w。所有晶體結(jié)構(gòu)需要保持a-Si的大帶隙。在一個實施例中，發(fā)射極層206可以包括摻雜碳的a-Si。在另一實施例中，發(fā)射極層206可以包括非晶碳化硅或氫化非晶碳化硅(a-SihC^H)。 [0034]在操作2D中，在背部鈍化/隧道層204的表面上沉積氫化的分級摻雜a_Si層以形成背表面場(BSF)層208。BSF層208的摻雜類型與SG_Si襯底200的摻雜類型相同。如果SG-Si襯底200是η-型摻雜，則BSF層208是也是η-型摻雜，反之亦然。在一個實施例中，使用磷作為摻雜劑對BSF層208進行η-型摻雜。SG-Si襯底200、背部鈍化/隧道層204和BSF層208形成背部氧化物隧道結(jié)。在一個實施例中，BSF層208的厚度在3和30nm之間。BSF層208的存在改進了背側(cè)鈍化并且允許與后續(xù)沉積的背部透明導(dǎo)電氧化物(TC0)層的良好的歐姆接觸。類似于發(fā)射極層206，BSF層208內(nèi)的與背部鈍化/隧道層204相鄰的區(qū)域是未摻雜的或者具有較低摻雜濃度，而遠離背部鈍化/隧道層204的區(qū)域具有較高摻雜濃度。較低摻雜濃度確保在背部鈍化/隧道層204與BSF層208之間的界面處的最小缺陷密度，而另一側(cè)上的較高濃度確保了與背部TC0層的良好歐姆接觸。在一個實施例中，BSF層208的摻雜濃度從零改變至5X 102°/cm3。除了 a_Si之外，也可以使用其它材料以形成BSF層208。在一個實施例中，微晶Si層沉積在背部鈍化/隧道層204的表面上以形成BSF層208。使用用于BSF層208的微晶Si材料可以確保較低的串聯(lián)電阻和與背部TC0層的較好的歐姆接觸。在另一實施例中，BSF層208可以包括非晶碳化硅或氫化非晶碳化硅(a-SihCx:H)。
[0035]在操作2E中，在發(fā)射極層206的表面上沉積TC0材料層以形成導(dǎo)電的防反射層210。TC0的示例包括但是不限于:氧化銦錫(IT0)、氧化錫(SnOx)、摻雜鋁的氧化鋅(ZnO:A1或ΑΖ0 )、或摻雜鎵的氧化鋅(ZnO: Ga )。
[0036]在操作2F中，在BSF層208的表面上形成背側(cè)TC0層212。
[0037]在操作2G中，分別在TC0層210和212的表面上形成前側(cè)電極214和背側(cè)電極216。在一個實施例中，前側(cè)電極214和/或背側(cè)電極216可以包括Cu格柵，用于形成Cu格柵的各種技術(shù)包括但是不限于:無電鍍制、電鍍、溉射和蒸發(fā)。在另一實施例中，Cu格柵可以包括多層結(jié)構(gòu)，諸如Cu/Sn雙層結(jié)構(gòu)，或Cu/Ag雙層結(jié)構(gòu)。注意，鍍制的Cu金屬格柵通常具有形狀為方形的截面，并且高度至少20 μ m并且可以高達50 μ m或更高。這導(dǎo)致鍍制的Cu格柵截面面積比傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷的Ag格柵的更大，并且因此鍍制的Cu格柵的串聯(lián)電阻遠遠小于Ag格柵的串聯(lián)電阻。此外，鍍制的Cu的電阻率約為1.8X10_6Ohm-cm，接近于純Cu。
[0038]為了改進銅格柵與TC0層的粘附并且防止銅擴散至TC0下方的硅層，可以在銅格柵和TCO之間形成可選的勢壘/粘附層。用于形成該可選的勢壘/粘附層的材料包括但是不限于:T1、TiN、TiW、Ta、TaN、WN、Co或其組合。在一個實施例中，在沉積銅格柵214和216之后，在TC0層210和212的頂部上沉積可選的勢壘/粘附層。
[0039]注意，太陽能電池的前側(cè)電極通常包括連接至稱作總線匯流條的較寬金屬線的所謂指部的薄格柵線。指部格柵線的典型寬度在40和100 μ m之間，并且總線匯流條的典型寬度在1和2mm之間。與用于非CPV (1_太陽(l_sun))應(yīng)用的太陽能電池相比，為了減小串聯(lián)電阻，需要一定的權(quán)衡以用于針對CPV應(yīng)用使用的太陽能電池。減小串聯(lián)電阻的一種方式是通過減小指部之間的節(jié)距來增大格柵線的數(shù)目。另一種方式是增大總線匯流條的數(shù)目，因而減小格柵線的每個分節(jié)的長度。然而，兩種方法均增大了電極的總面積，導(dǎo)致增大的陰影效應(yīng)。對于1-太陽應(yīng)用，具有印刷的銀電極的傳統(tǒng)太陽能電池通常具有在格柵線之間在2和2.5mm之間的距離，以及在30和35mm之間的格柵線的分節(jié)長度。對于CPV應(yīng)用，諸如5至10太陽濃度(sun concentration),格柵線的節(jié)距和長度分別減小至小于1mm和25_。這會大大增大陰影。然而，在本發(fā)明的實施例中，通過使用鍍制的銅電極，對于增大格柵線或總線匯流條的密度的需求可以減小至零，因此導(dǎo)致了更高的總體轉(zhuǎn)換效率。
[0040]為了使陰影最小，在一個實施例中，前側(cè)電極214包括平行的具有如下截面的金屬格柵線，該截面具有彎曲周界。換言之，金屬格柵線具有彎曲表面。在彎曲表面的任何給定點處，由與彎曲表面相切的平面和太陽能電池表面所形成角度理想地在45°和90°之間。在另一實施例中，角度在67.5°和90°之間。這確保了射到格柵線的彎曲表面上任何點處的入射日光向下反射以被太陽能電池所吸收。金屬格柵線的垂直縱橫比大于2.5以最小化電阻性損耗。
[0041]除了圖2中所示方法之外，制作隧道結(jié)太陽能電池的其它方式也是可能的。在一個實施例中，取代SG-Si晶片，隧道結(jié)太陽能電池的基底層是外延生長的c-Si層。圖3呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的制作隧道結(jié)太陽能電池的方法的圖。
[0042]在操作3A中，使用類似于操作2A的工藝來制備SG_Si襯底300，除了沒有形成表面結(jié)構(gòu)化之外。
[0043]在操作3B中，在SG-Si襯底300上外延生長重摻雜c_Si層302的薄層。在一個實施例中，使用化學(xué)氣相沉積(CVD)外延工藝形成重摻雜c-Si外延(EPI)層302。各種類型的Si化合物(諸如SiH4、SiH2Cl2和SiHCl3)可以用作CVD工藝中的前驅(qū)物以形成重摻雜c-Si EPI層302。在一個實施例中，由于其儲量豐裕和低成本而使用SiHCl3 (TCS)。重摻雜c-Si EPI層302的厚度可以在1 μ m和5 μ m之間。重摻雜c_Si EPI層302的摻雜類型與SG-Si襯底300的摻雜類型相同。在一個實施例中，重摻雜c-Si EPI層302是η-型摻雜。重摻雜c-Si EPI層302的摻雜濃度可以在1 X 1017/cm3和1 X 1020/cm3之間。摻雜水平不應(yīng)超過最大限值，這可以導(dǎo)致薄膜中不適合的位錯。重摻雜c-SiEPI層302可以用作背表面場(BSF)、雜質(zhì)勢壘以及污染物獲得層，以用于減小在后續(xù)生長的基底層表面處的電子-空穴復(fù)合。
[0044]在操作3C中，在重摻雜c-Si EPI層302上外延生長輕摻雜c_Si層以形成基底層304。用于生長基底層304的工藝類似于用于生長重摻雜c-Si EPI層302的工藝。在一個實施例中，CVD EPI工藝用于形成基底層304。基底層304的厚度可以在20 μ m和100 μ m之間?；讓?04的摻雜類型與SG-Si襯底300和重摻雜c-Si EPI層302的摻雜類型相同。在一個實施例中，對基底層304進行η-型摻雜，這可以提供更好的載流子壽命、更高的Voc以及更高的太陽能電池效率。基底層304的摻雜濃度可以在IX 1015/cm3和IX 1017/cm3之間。在另一實施例中，基底層304可以是具有分級摻雜的c-Si層。基底層304的摻雜濃度可以在lX1014/cm3和lX1018/cm3之間，使得與重摻雜c-Si EPI層302相鄰的區(qū)域具有較高的摻雜濃度，而相對側(cè)具有較低的摻雜濃度。這種摻雜分布導(dǎo)致允許所產(chǎn)生的少數(shù)載流子朝向結(jié)漂移的電場，從而增加Js。。在另一實施例中，在分級摻雜的基底層304內(nèi)插入本征EPI c-Si的薄層。本征EPI c-Si層的厚度可以在1和10nm之間。本征EPI c_Si層的插入確保了分級摻雜基底層304的更好的薄膜質(zhì)量，因為其限制了在基底層304的EPI生長期間的缺陷傳播和晶格不匹配。注意，可以通過改變流入外延腔室中的氣流而在分級摻雜的基底層304的生長期間在任何點處沉積本征EPI c-Si層。
[0045]在基底層304的EPI生長之后，在操作3D中，去除SG_Si襯底300和重摻雜c_SiEPI層302。各種技術(shù)可以用于去除SG-Si襯底300和重摻雜c-Si EPI層302，包括但是不限于:機械拋光、化學(xué)濕法刻蝕、干法刻蝕和化學(xué)機械拋光。在一個實施例中，機械背部研磨(backgrinding)方法用于去除SG_Si襯底300和重摻雜c_Si EPI層302。隨后，濕法化學(xué)刻蝕工藝用于去除所有背部研磨損傷，背部研磨損傷可以導(dǎo)致增大的少數(shù)載流子復(fù)合，因此退化了太陽能電池性能。用于濕法化學(xué)刻蝕的溶劑包括但是不限于:氮氧化鈉(NaOH)、四甲基氫氧化銨(TMAH)、以及硝酸和氫氟酸的混合物(HN03:HF)。
[0046]在操作3E中，對基底層304的前表面和背表面進行結(jié)構(gòu)化以最大化太陽能電池內(nèi)的光吸收，因此進一步增強太陽能電池轉(zhuǎn)換效率。表面結(jié)構(gòu)的形狀可以是棱錐或倒置棱錐，其隨機或者規(guī)律地分布在基底層304的前表面和背表面上。
[0047]剩下的制造工藝類似于圖2中所示的制造工藝。在操作3F中，使用類似于操作2B的工藝形成前部和背部鈍化/隧道層306和308。
[0048]在操作3G中，使用類似于操作2C和2D中使用的工藝形成發(fā)射極層310和BSF層312。
[0049]在操作3H中，使用類似于操作2E和2F中使用的工藝形成前部和背部TC0層314和 316。
[0050]在操作31中，使用類似于操作2G中使用的工藝形成前部和背部電極318和320。
[0051]除了圖2和圖3中所示示例之外，也可能制作具有位于太陽能電池的背側(cè)上的發(fā)射極層(其具有與基底層的摻雜類型相反的摻雜類型)的隧道結(jié)太陽能電池。在一個實施例中，具有高缺陷密度的P-型摻雜發(fā)射極層沉積在背部隧道/鈍化層的表面上，而前表面場(FSF)層(具有與基底層的摻雜類型相同的摻雜類型)沉積在前部隧道/鈍化層的表面上。因為發(fā)射極現(xiàn)在背離入射光，可以最小化由于靠近太陽能電池的前表面的短波長吸收導(dǎo)致的電流損失。此外，發(fā)射極可以制作得更厚以消除發(fā)射極耗盡效應(yīng)，而不危害由于短波長吸收導(dǎo)致的電流損失。更厚的發(fā)射極也提供了在調(diào)節(jié)P-型摻雜發(fā)射極功函數(shù)以匹配背部TC0層的功函數(shù)的靈活性，或者使其能夠使用更優(yōu)選的背部TC0材料而不受到傳輸性質(zhì)的限制。此外，因為長波長較低能量吸收影響背側(cè)隧道結(jié)，所以其不易受到更高能量過量載流子復(fù)合的影響。
[0052]圖4呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性背部隧道結(jié)太陽能電池的圖。背部隧道結(jié)太陽能電池400包括η-型摻雜的襯底402、覆蓋襯底402的前表面和背表面的QTB層404和406、用作前表面場(FSF)層的n+摻雜的a_Si層408、前側(cè)透明導(dǎo)電氧化物(TCO)層410、背側(cè)p-型摻雜的a-Si發(fā)射極層412、背側(cè)TCO層414、前部電極416、以及背部電極418。圖4中箭頭表不入射日光。
[0053]隧道結(jié)太陽能電池的優(yōu)點包括高轉(zhuǎn)換效率(高達24%)，以及低溫度系數(shù)(低至-0.20% /°C)，這小于傳統(tǒng)基于晶態(tài)Si的太陽能電池的一半。低溫度系數(shù)允許隧道結(jié)太陽能電池與傳統(tǒng)太陽能電池相比在提高的溫度下更有效地將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。例如，在75°C的升高的溫度下，隧道結(jié)太陽能電池比具有相同銘牌功率的傳統(tǒng)太陽能電池產(chǎn)生12-15%的更多電能。注意，銘牌功率是在標準操作條件下(在25°C)所產(chǎn)生的功率值。
[0054]前述的銅格柵也可以有利于具有其它類型的結(jié)(諸如通過擴散形成的p-n結(jié))的太陽能電池，以用于CPV應(yīng)用。這些太陽能電池可以不包括TC0層。在這種情形中，銅格柵線位于硅層(諸如發(fā)射極)的上方，并且包括T1、TiN、Tiff, Ta、TaN、WN、N1、Co或其組合的勢壘層形成在硅層與銅格柵之間。
[0055]CPV 樽塊
[0056]圖5呈現(xiàn)示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性集中器光伏模塊(CPV)的圖。CPV模塊500包括太陽能集中器502和多個太陽能電池，諸如太陽能電池504、506、508、510以及512，這些太陽能電池相互相鄰放置，形成了太陽能條帶。太陽能集中器502將照射在其上的日光集中至太陽能電池504 — 512，所有這些太陽能電池具有與整個模塊的尺寸相比遠遠較小的表面面積。太陽能電池504 — 512放置在集中器502的焦點處或其附近。在一個實施例中，太陽能電池504 - 512串聯(lián)電連接?？梢曰谌照諘r間和季節(jié)調(diào)整集中器502的朝向以最大化日光的吸收。
[0057]集中器502可以使用各種可用的光學(xué)聚集技術(shù)來實施，包括但是不限于通過光學(xué)媒介的反射或者折射。例如，集中器502可以是聚焦透鏡或反射鏡。在圖5中，集中器502是拋物線型反射鏡，并且太陽能電池504 - 512放置在拋物線型槽的焦點線上或附近。其它光集中技術(shù)也是可能的。例如，集中器502可以是拋物面型反射器。此外，取代連續(xù)的拋物面，集中器502可以包括安裝在圓柱形或拋物線形支撐襯底上的大量平面鏡面。平面鏡的制造成本遠遠低于拋物面或槽的制造成本。
[0058]太陽能電池504 — 512可以是任何類型的太陽能電池。在一個實施例中，太陽能電池504 - 512包括隧道結(jié)太陽能電池，其可以在前側(cè)或者背側(cè)處具有結(jié)。隧道結(jié)太陽能電池具有遠遠更小的低溫度系數(shù)(低至-0.20% /°C)，因此與其它類型太陽能電池相比在提高的溫度下具有更高的電池效率。注意，由于集中器502的存在，太陽能電池504 - 512即便冷卻(圖5中未示出冷卻系統(tǒng))也通常工作在較高的溫度下。在又一實施例中，太陽能電池504 - 512可以是使用鍍制的Cu格柵作為朝光表面上的前側(cè)金屬格柵的任何類型的太陽能電池。鍍制Cu的較低電阻率和Cu格柵線的較大截面面積最小化了電阻損耗，該電阻損耗由于電流擁擠效應(yīng)而在CPV中可能是重大損耗因素。在另一實施例中，Cu格柵包括具有彎曲表面的平行格柵線以消除陰影效應(yīng)。
[0059]已經(jīng)僅為了說明和描述的目的呈現(xiàn)各個實施例的前述說明。它們并非意在窮舉或者限定本發(fā)明為所公開的形式。因此，許多修改和變型對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的。此夕卜，本公開并非意在限定本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏模塊，包括:光學(xué)集中器；以及隧道結(jié)太陽能電池，包括:基底層，量子隧道勢壘(QTB)層，位于所述基底層上方；發(fā)射極層，前側(cè)電極，以及背側(cè)電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述QTB層包括以下項中的至少一項:氧化硅(SiOx)；氫化SiOx ；氮化硅(SiNx)；氫化SiNx ；氧化招(A10x)；氮氧化硅(SiON);以及氫化SiON。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述發(fā)射極層包括以下項中的至少一項:非晶Si (a-Si);以及非晶 SiC (a-SiC)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述前側(cè)電極包括前側(cè)金屬格柵，所述前側(cè)金屬格柵包括以下項中的至少一項:Cu和Ni。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏模塊，其中，所述前側(cè)金屬格柵使用鍍制技術(shù)形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述前側(cè)電極包括具有彎曲表面的金屬格柵線，由此允許射到所述彎曲表面的入射光向下反射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述隧道結(jié)太陽能電池進一步包括位于所述基底層下方的背表面場(BSF)層，并且其中所述BSF層包括以下項中的至少一項:非晶Si(a-Si)和非晶 SiC (a-SiC)o
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述隧道結(jié)太陽能電池進一步包括位于所述發(fā)射極層頂部上的透明導(dǎo)電氧化物(TC0)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述基底層包括以下項中的至少一項:單晶娃晶片；以及外延生長的晶態(tài)Si (c-Si)薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述隧道結(jié)太陽能電池進一步包括位于所述基底層下方的第二 QTB層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏模塊，其中，所述發(fā)射層背向入射光而位于所述基底層下方。
12.—種光伏系統(tǒng)，包括:光學(xué)模塊，被配置為集中接收到的日光；以及太陽能電池模塊，包括:多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，前側(cè)金屬格柵，面向入射光而位于所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方，其中所述前側(cè)金屬格柵包括以下項中的至少一項:Cu和Ni，以及背側(cè)電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述前側(cè)金屬格柵使用鍍制技術(shù)形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述前側(cè)金屬格柵包括具有彎曲表面的金屬格柵線，由此允許射到所述彎曲表面的入射光向下反射。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:基底層；發(fā)射極層；前側(cè)導(dǎo)電層，位于所述前側(cè)金屬格柵與所述發(fā)射極層之間；以及背側(cè)導(dǎo)電層，位于所述基底層與所述背側(cè)電極之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述基底層包括以下項中的至少一項:單晶娃晶片；以及外延生長的晶態(tài)Si (c-Si)薄膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，進一步包括位于所述基底層上方的量子隧道勢壘(QTB)層，其中所述QTB層包括以下項中的至少一項:氧化硅(SiOx)；氫化SiOx ；氮化硅(SiNx)；氫化SiNx ；氧化招(A10x)；氮氧化硅(SiON);以及氫化SiON。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射極層包括以下項中的至少一項:非晶Si (a-Si);以及非晶 SiC (a-SiC)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進一步包括位于所述基底層下方的背表面場(BSF)層，并且其中所述BSF層包括以下項中的至少一項:非晶Si(a-Si);以及非晶 SiC (a-SiC)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進一步包括位于所述發(fā)射極層頂部上的透明導(dǎo)電氧化物(TC0)層。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進一步包括位于所述基底層下方的第二 QTB層。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射極層背向入射光而位于所述基底層下方。
【文檔編號】H01L31/042GK103650165SQ201280033886
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月2日
【發(fā)明者】傅建明, 徐征, J·B·亨格, 游晨濤 申請人:喜瑞能源公司