具有帶阻濾光器的光伏器件的制作方法
【專利摘要】公開了一種光伏器件(10a-e)，包括：作為非晶半導(dǎo)體材料的光吸收材料(34、35)；以及具有給定阻帶的帶阻濾光器結(jié)構(gòu)(20)，相對(duì)于光吸收材料設(shè)置結(jié)構(gòu)以衰減到達(dá)光吸收材料并且具有在阻帶內(nèi)角頻率ω*的電磁輻射，其中阻帶對(duì)應(yīng)于從非晶材料的價(jià)帶尾(VBT)狀態(tài)至非晶材料的導(dǎo)帶尾(CBT)狀態(tài)的電子激發(fā)
【專利說明】具有帶阻濾光器的光伏器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及薄膜光伏器件領(lǐng)域，也即包括作為光吸收材料的非晶半導(dǎo)體材料 的器件。特別地，涉及包括用以減小光退化效應(yīng)的帶阻濾光器的薄膜PV電池單元。

【背景技術(shù)】
[0002] 首先，需要一些定義：
[0003] -光伏（PV)器件通過展現(xiàn)出光伏效應(yīng)的材料將太陽能輻射轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姸a(chǎn)生 電能；
[0004] -光伏電池單元（或PV電池單元，也稱作太陽能電池單元或光電單元）是依靠光 伏效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的固態(tài)器件（半導(dǎo)體PV電池單元）或聚合物器件（例如有 機(jī)PV電池單元）；
[0005] -薄膜光伏電池單元（或薄膜太陽能電池單元）是由沉積在襯底上的光伏材料的 一個(gè)或多個(gè)薄層（或薄膜）制成的太陽能電池單元。所沉積的層的厚度范圍從納米至數(shù)十 微米或更大。薄膜PV電池單元可以根據(jù)所使用的PV材料分類，也即：
[0006] -非晶硅（a-Si);
[0007] -其他薄膜硅（TF-Si);
[0008] -碲化鎘（CdTe);
[0009] -硒化銅銦鎵（CIS或CIGS);以及
[0010]-染料敏化太陽能電池單元（DSC)或其他聚合物/有機(jī)太陽能電池單元等等。
[0011] -光伏模塊（也稱作太陽能模塊、太陽能面板或光伏面板）是經(jīng)連接的光伏電池單 元的組件。
[0012] 非晶硅（a-Si)涉及硅的非晶相。其可以在相對(duì)低的溫度下（通常在200-300°C 的范圍內(nèi)）在各種襯底上沉積為薄膜，并且由此以低廉成本提供對(duì)于包括光伏的許多應(yīng)用 的可能性。如果需要，a-Si材料可以由氫鈍化。氫原子鍵合至懸掛鍵；氫鈍化可以以數(shù)量 級(jí)減小懸掛鍵密度，使得大多數(shù)Si原子為4重配位（4-fold coordinated)，正如在單晶 Si(c-Si)或SiH4分子中。氫化非晶硅（a-Si:H)具有在將要用于器件內(nèi)的充分低的缺陷量。 在沒有氫的情形下，a-Si將具有高密度缺陷，例如由于未鈍化的懸掛鍵，該事態(tài)顯著改變了 光電導(dǎo)率。然而，在文獻(xiàn)中，相信a-Si :H基器件中存在的氫是被稱作Staebler-Wronski效 應(yīng)的、導(dǎo)致材料的光致退化效應(yīng)的主要因素。
[0013] 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)是用于生長(zhǎng)a-Si :H基非晶材料的主流技術(shù)。氫 化非晶硅薄膜電池單元通常使用p-i-n結(jié)構(gòu)。通常的面板結(jié)構(gòu)包括正面?zhèn)炔Ａ?、透明?dǎo)電 氧化物、薄膜硅、背接觸、聚乙烯醇縮丁醛（PVB)以及背側(cè)玻璃。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 根據(jù)第一方面，本發(fā)明實(shí)施為一種光伏器件，包括：
[0015] ?非晶光伏材料；以及
[0016] ?帶阻濾光器結(jié)構(gòu)，具有從下限角頻率彡0延伸至上限角頻率ω_的給定阻 帶，其中，其中濾光器結(jié)構(gòu)設(shè)置在器件中相對(duì)于光伏材料以衰減到達(dá)光伏材料的 具有在阻帶內(nèi)角頻率ω?的電磁輻射，以使得ω_〈ω\ω_，并且其中和ω_使得所 述角頻率ω?對(duì)應(yīng)于從非晶光伏材料的價(jià)帶尾（VBT)狀態(tài)至非晶光伏材料的導(dǎo)帶尾（CBT) 狀態(tài)的電子激發(fā)

【權(quán)利要求】
1. 一種光伏器件（10a-e)，包括： 非晶光伏材料（34);以及 帶阻濾光器結(jié)構(gòu)（20)，具有從下限角頻率彡〇延伸至上限角頻率ω_的給定阻 帶，其中，以及 其中相對(duì)于所述光伏材料在所述器件中設(shè)置所述濾光器結(jié)構(gòu)，以衰減到達(dá)所述光伏材 料的、具有在所述阻帶內(nèi)的角頻率ω?的電磁輻射，使得ω_〈ω\ω_，以及其中c〇min和 ω_使得所述角頻率ω?對(duì)應(yīng)于從所述非晶光伏材料的價(jià)帶尾（VBT)狀態(tài)至所述非晶光伏 材料的導(dǎo)帶尾（CBT)狀態(tài)的電子激發(fā)h(0'
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件（10a-e)，其中，對(duì)應(yīng)于所述阻帶的上限角頻率ω_ 的能量h(Omax小于或者等于所述非晶光伏材料的遷移帶隙?ιω Μ,并且優(yōu)選地等于所述遷 移帶隙?κοΜ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光伏器件（10a-e)，其中，對(duì)應(yīng)于所述阻帶的下限角頻率 的能量tK0lllin小于所述非晶光伏材料的光學(xué)帶隙hco g;lp。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光伏器件（10a-e)，其中，對(duì)應(yīng)于所述非晶材料的阻 帶的寬度的能量2?1 (Λ ων)對(duì)應(yīng)于以下兩者之和的兩倍： 對(duì)應(yīng)于所述非晶光伏材料的導(dǎo)帶尾的范圍的能量1ιΔωΓ;以及 對(duì)應(yīng)于所述非晶光伏材料的價(jià)帶尾的范圍的能量?ιΔων。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述阻帶延伸在C0min = ωgap- Δ ω Δ ω V的下限角頻率、與ω mill = ω gap+ Δ ω C+ Δ ω V的上限角頻率之間，其中 ?gap對(duì)應(yīng)于所述光吸收材料的光學(xué)帶隙hcOgap，以及其中Δ ω。和Δ ων*別對(duì)應(yīng)于能量 Ι?Δον和1?Δων，能量hAcoC和Ι?ΔωV分別對(duì)應(yīng)于所述非晶光伏材料的導(dǎo)帶尾的范圍 以及所述非晶光伏材料的價(jià)帶尾的范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光伏器件（10a-e)，其中，ΙιΔω^Ρ--Δων分別是導(dǎo)帶尾狀 態(tài)的Urbach能量以及價(jià)帶尾狀態(tài)的Urbach能量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述非晶光伏材料 (34)包括氫化非晶硅。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述非晶光伏材料（34)包括 氫化非晶硅并且： !lA〇)gap 在 1. 7eV 與 2. OeV 之間；以及 --Δω〇+1?Δων小于0. 2eV，并且優(yōu)選地在0. leV和0. 2eV之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的光伏器件，其中，所述非晶光伏材料包括： -摻雜有鍺或摻雜有鍺和碳的氫化非晶娃； -碲化鎘（CdTe); -二硒化銅銦（CIS); -無機(jī)非晶材料；或 -有機(jī)光伏材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光伏器件（10a-e)，其中，所述器件具有層狀 結(jié)構(gòu)，其中所述層狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)層形成所述帶阻結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的光伏器件（l〇c-e)，其中，所述層狀結(jié)構(gòu)包括 不同材料的兩個(gè)或多個(gè)鄰接層的圖形，優(yōu)選地為a-Si : Η和a-SiGe: H，該圖形沿著所述層狀 結(jié)構(gòu)重復(fù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光伏器件（10d)，其中，所述鄰接層中的一個(gè)被設(shè)計(jì)為吸收 在所述阻帶內(nèi)的輻射頻率，以及所述鄰接層中的另一個(gè)、優(yōu)選地兩個(gè)鄰接層包括所述非晶 光伏半導(dǎo)體材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的光伏器件（10e)，其中，所述層狀結(jié)構(gòu)形成 布拉格反射器，所述布拉格反射器被配置成反射具有在所述阻帶內(nèi)的頻率的輻射，并且優(yōu) 選地配置為全向反射器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的光伏器件（10a-c)，其中，所述帶阻結(jié)構(gòu)是 與所述層狀結(jié)構(gòu)的層鄰接的帶阻濾光器層（20)。
15. -種操作根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的光伏器件的方法，包括： -將所述光伏器件暴露至輻射以濾除到達(dá)所述光吸收材料并且具有在所述阻帶內(nèi)頻率 的輻射；以及 -借由所述光伏器件產(chǎn)生電能。
【文檔編號(hào)】H01L31/0376GK104303318SQ201380025381
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】N·D·阿費(fèi)菲, W·安德瑞奧尼, A·庫里奧尼, P·霍姆亞科維, 金志煥, D·K·薩達(dá)納 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司, 埃及納米技術(shù)中心