[发明专利]具有用于集中光伏应用的铜格栅的隧道结太阳能电池

说明书

技术领域

本公开总体涉及一种光伏系统。更具体地，本公开涉及一种组合了隧道结太阳能电池与光学集中器的光伏系统。

背景技术

由使用化石燃料引起的负面环境影响以及它们提高的成本已经导致对于更清洁、更廉价的备选能源的迫切需求。在不同形式的备选能源之中，太阳能已经因为其清洁和广泛可用性而受到青睐。

光伏（PV）系统使用太阳能面板来将日光转换为电力。PV系统包括多个部件，诸如光伏模块（或太阳能面板）、框架、电缆、和逆变器。PV模块的成本占据整个光伏系统成本的极大部分。为了减少成本，已经使用各种方法来减少每个部件的成本以及改进光伏模块的效率。一种方法是使用将日光聚集至更小区域的集中光学元件，从而使用比系统尺寸小的多的PV模块。因此，可以大大减少PV系统内PV模块的成本。尽管存在附加的部件（诸如光学模块和跟踪器），但是整个系统的成本仍然小于不具有集中光学元件的系统。

实现具有集中光学元件的高效PV模块有许多挑战。当将日光聚集至更小区域时，其强度大大增大，导致太阳能电池的快速发热。因此，需要冷却。然而，将太阳能电池的温度冷却低至约20℃并不经济。相反，太阳能电池最可能将操作于升高的温度下。这是不期望的，因为半导体太阳能电池的能量转换效率随着温度上升而退化。对于常规的基于Si的太阳能电池而言退化尤其严重，因为它们的温度系数通常在-0.48和-0.5％/℃之间。尽管GaAs和其它基于III-V族半导体的太阳能电池在升高的温度下性能更好，但是更高的制造成本使得不那么期望需要它们。

日光集中的另一个问题在于电流拥挤效应。在太阳能电池中，首先由太阳能电池结构中吸收的光产生电流，随后由太阳能电池表面上金属格栅收集电流。日光的集中造成在金属格栅中的电流拥挤，其中电流随着集中比率几乎线性地增大。电流拥挤可以增大太阳能电池的串联电阻。因此，随着电流由于光集中而增大，太阳能电池效率因为增大的电阻损耗而降低。

此外，在传统太阳能电池中，使用印刷银膏制造前部金属格栅。为了使阴影最小，格栅宽度狭窄。丝网印刷的银格栅的高度通常限定为不大于30微米，并且截面形状是三角形。此外，由于膏中的添加剂（诸如玻璃砂或粘附剂），在烧结之后银膏的电阻率可以比纯银的电阻率高五至十倍。这些因素制约了金属格栅的串联电阻，并且不利地影响了太阳能电池效率。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种光伏模块。光伏模块包括光学集中器和隧道结太阳能电池。隧道结太阳能电池包括基底层、位于基底层上方的量子隧道势垒（QTB）层、发射极层、前侧电极和背侧电极。

在对实施例的变形例中，QTB层包括氧化硅（SiO_x）、氢化SiO_x、氮化硅（SiN_x）、氢化SiN_x、氧化铝（AlO_x）、氮氧化硅（SiON）和氢化SiON中的至少一个。

在对实施例的变形例中，发射极层包括非晶Si（a-Si）和非晶SiC（a-SiC）中的至少一个。

在对实施例的变形例中，前侧电极包括前侧金属格栅，前侧金属格栅包括Cu和Ni中的至少一个。

在又一变形例中，使用镀制技术形成前侧金属格栅。

在对实施例的变形例中，前侧电极包括具有弯曲表面的金属格栅线，由此允许射到弯曲表面的入射光向下反射。

在对实施例的变形例中，隧道结太阳能电池进一步包括位于基底层下方的背表面场（BSF）层，并且BSF层包括非晶Si（a-Si）和非晶SiC（a-SiC）中的至少一个。

在对实施例的变形例中，隧道结太阳能电池进一步包括位于发射极层顶部上的透明导电氧化物（TCO）层。

在对实施例的变形例中，基底层包括单晶硅晶片和外延生长的晶体Si（c-Si）薄膜中的至少一个。

在对实施例的变形例中，隧道结太阳能电池进一步包括位于基底层下方的第二QTB层。

在对实施例的变形例中，发射极层背向入射光而位于基底层之下。

本发明的一个实施例包括光伏系统。系统包括太阳能电池模块以及被配置为集中接收到的日光的光学模块。太阳能电池模块包括多层半导体结构，面向入射光而位于多层半导体结构之上的前侧金属格栅，以及背侧电极。前侧金属格栅包括Cu和Ni中的至少一个。

附图说明

图1呈现示出了根据本发明实施例的示例性隧道结太阳能电池的图。

图2呈现示出了根据本发明实施例的制作隧道结太阳能电池的工艺的图。