[发明专利]光伏电池

说明书

背景技术

本发明一般涉及半导体光伏(PV)电池领域。更具体地，本发明涉及PV电池领域，其中采用的半导体吸收材料为碲化镉(CdTe)。

太阳光谱“阳光”包含作为频率的函数的强度分布。可以显示，通过半导体利用阳光得到电力的转换效率对于在大约1.4-1.5电子伏特(eV)范围内的半导电带隙是优化的。碲化镉(CdTe)的半导电带隙很好地匹配该需求。相当一般地，为了本文描述的简洁，包含作为光活性材料(photo-active material)的碲化镉(CdTe)的PV电池可被称作为“碲化镉(CdTe)PV电池”。

大规模碲化镉(CdTe)PV装置的商业可行性已经被证实，并且通过这种大规模碲化镉(CdTe)PV装置获得电力的成本接近于电网平价。面积受限的较小规模装置的商业可行性由于这种较小规模装置相对较差的整体效率而仍然是本领域内的挑战。尽管付出了很多学术和工业研究以及研发的努力，碲化镉(CdTe)PV电池的最大效率在近十年来一直停滞不前，约为16.5％，而碲化镉(CdTe)PV电池对于太阳能光谱的理论效率(entitlement-efficiency)为大约23％。这些转换效率数值可比得上包括这种碲化镉(CdTe)PV电池的目前可获得的典型商业大规模碲化镉(CdTe)PV装置的整体效率，其转换效率更低，在大约10-11％。

在碲化镉(CdTe)PV装置整体效率上的改进将会提高其相对于诸如来自天然气或者煤炭等传统发电方法的竞争力。很明显的是，整体效率的改进将会使得碲化镉(CdTe)PV技术能够成功地渗透到需要面积受限的小规模装置的市场中，如家用PV装置市场等。

因此，非常希望设计一种碲化镉(CdTe)PV电池，其更加可靠并且其实现超出目前这一代碲化镉(CdTe)PV电池效率的转换效率。

发明内容

本发明的实施例针对光伏电池。

一种光伏(PV)电池，其包括多个电耦合于多晶光活性吸收层并嵌入在该多晶光活性吸收层中的超微结构(ultrafine structure)，其中该多晶光活性吸收层包括p型碲化镉(CdTe)。

一种太阳能光伏电池，其包括：光学窗口电极(OWE)层；电耦合于多晶光活性吸收层并嵌入在该多晶光活性吸收层中以及大致上沿着该多晶光活性吸收层的厚度方向的包括n型半导体的多个超微结构，其中该多晶光活性吸收层包括p型碲化镉(CdTe)；以及包括p型半导体的电极层。

一种光伏(PV)电池，其包括：多个超微结构，该多个超微结构电耦合于多晶光活性吸收层并嵌入到该多晶光活性吸收层中，其中该多晶光活性吸收层包括p型化合物半导体。

从下面结合附图而给出的本发明优选实施例的详细描述中，将会更容易地理解这些以及其它优点和特征。

附图说明

图1是包含p型碲化镉(CdTe)层的普通PV电池的一部分的图解图示。

图2是根据本发明一个实施例的碲化镉(CdTe)PV电池的图解图示。

图3是根据本发明一个实施例的具有n型半导体共形涂层的多个金属化超微结构的图解图示。

图4是根据本发明一个实施例的如图2所示的PV电池的一部分的大致图解图示。

具体实施方式

在下面的描述中，每当本发明实施例的特定方面或特征被说成包括一组中的至少一个元件及其组合或者由一组中的至少一个元件及其组合构成时，应当理解的是，该方面或特征可包括该组中的任意元件或由该组中的任意元件构成，它们可以是单独的，也可以是与该组中的任意其它元件组合。

如下面详细描述的那样，本发明的实施例针对改进的光伏(PV)电池设计。本文提出的本发明特定实施例提供PV电池，该PV电池包括光活性吸收层(包括n型碲化镉(CdTe))，并具有高于目前可得到的碲化镉(CdTe)PV电池的效率(约为16.5％)的提高的效率。本文公开的碲化镉(CdTe)PV电池的实施例可显示接近于或者甚至超过大约20％的效率。本文公开的光活性吸收层是PV电池的一部分，其中发生诸如阳光的入射光的电磁能到电能的转换。

然而，如下面更详细描述的那样，相当一般地，设想到本文提出的设计和概念对于包括光活性吸收层(包含除碲化镉(CdTe)之外的化合物半导体)的PV电池的开发将是有用的。化合物半导体的非限制性例子包括砷化镓、砷化铟镓、磷化铟、硒化铜铟镓、硫化铜铟、Cu(In，Ga，Al，Ag)(S，Se)₂、或硫化铜锌锡。