[发明专利]具有改善的转换效率的太阳能电池

说明书

技术领域

本说明书涉及表现出改善的转换效率的太阳能电池。具体地讲，本说明书涉及包含电流扩散层的多pn结太阳能电池以及包括此类太阳能电池和聚光光学器件的聚光光伏模块。

背景技术

在寻找化石燃料的替代能源的过程中，已经探明多种选择，包括地热能、水电能、氢气、生物燃料和风能。然而，越来越吸引人的替代形式是对太阳能的利用。光伏太阳能电池可用于捕集入射的太阳光并且将所吸收的光子转换成流过电池的电子和空穴，从而形成电流并产生电力。遗憾的是，使用光伏电池进行能量转换的一个主要历史性缺陷是此类电池的转换效率。损失的入射太阳光的能量可归因于光伏电池的反射、热力损耗、电池的内部量子效率和电池的导电效率。最早期的光伏电池仅转换入射太阳光的约1%至2%的能量。由单个pn结硅片制成的现代太阳能电池能够实现约15和25之间的最大转换效率。然而，该领域已取得重要的最新进展。通过使用光学元件以将高通量的光聚集到复合太阳能电池上，研究人员实现了大约40%的转换效率，所述复合太阳能电池由多个pn结以及其它晶体材料例如III-V半导体制成。本领域存在提供将继续改善此类太阳能电池的转换效率的解决方案的巨大需求。

发明内容

在一个方面，本说明书涉及多结太阳能电池。所述多结太阳能电池包括第一pn结、设置在所述第一pn结下面的第二pn结、设置在所述第一pn结上面的电流扩散层、与所述第一pn结相对的设置在所述电流扩散层上的电极。第一pn结包括第一n掺杂的III-V半导体层和第一p掺杂的III-V半导体层。第二pn结包括第二n掺杂的III-V半导体层和第二p掺杂的III-V半导体层。电流扩散层是II-VI半导体层并且可具有大于2.8eV、3.1eV或3.4eV的带隙能量。在至少一些实施例中，多结太阳能电池还可包括设置在第二pn结下面的第三pn结。多结太阳能电池还可包括设置在电极和电流扩散层之间的透明导体。在一些实施例中，多结太阳能电池是聚光光伏模块的一部分。

在另一方面，本说明书涉及聚光光伏电池构造，所述聚光光伏电池构造包括能够聚集太阳光的光学元件和多结太阳能电池。光学元件接收入射太阳光并且将其聚焦在多结太阳能电池上，使得强度超过100个太阳或可能超过150个太阳或甚至超过200个太阳的光入射在多结太阳能电池上。多结太阳能电池包括外延III-V半导体pn结和外延II-VI半导体电流扩散层，所述外延II-VI半导体电流扩散层设置在III-V半导体pn结和光学元件之间，使得来自光学元件的聚焦的光入射在电流扩散层上。在一些实施例中，光学元件可为透镜诸如菲涅耳透镜，或者可能是反射镜。多结太阳能电池还可包括电流扩散层的表面上的电极。在一些实施例中，多结太阳能电池可包括电极和电流扩散层之间的透明导体。

附图说明

图1是多结太阳能电池的剖视图。

图2是根据本说明书的多结太阳能电池的剖视图。

图3是根据本说明书的多结太阳能电池的剖视图。

图4是根据本说明书的多结太阳能电池的剖视图。

图5是根据本说明书的多结太阳能电池的剖视图。

图6是根据本说明书的聚光光伏电池构造的剖视图。

图7是根据本说明书的聚光光伏电池构造的剖视图。

具体实施方式

具有多pn结（被聚集的光入射在所述pn结上）的复合光伏太阳能电池在转换效率方面取得了前所未有的水平。这些电池可接收强度超过200个太阳的光。因此，此类电池中的电流密度可超过3Amps/cm2。遗憾的是，尽管这些电池中的转换效率水平已提高，但与金属电极关联的寄生电阻（“电极电阻”）和具有与光源最近的半导体层中的横向电流的寄生电阻（“扩散电阻”）仍然显著地降低电池的效率，从而使电池的性能保持在低于其理论上能够实现的转换水平。尽管使太阳能电池的表面上的电极间隔更紧密地在一起可减小扩散电阻，但这可导致表面区域具有显著更大的遮蔽，从而导致更少的光可进入太阳能电池的有源区域并被转换成可使用的能量。