CN101183689B - 分级混合式非晶硅纳米线太阳能电池 - Google Patents

分级混合式非晶硅纳米线太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN101183689B
CN101183689B CN2007101944570A CN200710194457A CN101183689B CN 101183689 B CN101183689 B CN 101183689B CN 2007101944570 A CN2007101944570 A CN 2007101944570A CN 200710194457 A CN200710194457 A CN 200710194457A CN 101183689 B CN101183689 B CN 101183689B
Authority
CN
China
Prior art keywords
amorphous layer
layer
lengthening
classification
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007101944570A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101183689A (zh
Inventor
L·察卡拉科斯
J·N·约翰逊
V·马尼文南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101183689A publication Critical patent/CN101183689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101183689B publication Critical patent/CN101183689B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/065—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the graded gap type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/074—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a heterojunction with an element of Group IV of the Periodic System, e.g. ITO/Si, GaAs/Si or CdTe/Si solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

在某些实施例中，本发明提供成分分级混合式纳米结构基光电器件，包括加长半导体纳米结构以及非晶半导体单层，该非晶半导体单层在其厚度上具有从基本上本征到基本上导电连续分级的掺杂浓度。在其他实施例中，本发明提供制造这种光电器件的方法，还提供采用这种器件的应用(例如，太阳能电池模块)。

Description

分级混合式非晶硅纳米线太阳能电池
技术领域
本发明总的来说涉及光电器件，并且具体涉及包括加长硅纳米结构作为器件内有源元件的这种光电器件。
背景技术
现在，硅(Si)是太阳能电池的制造过程中最常用的材料，其中这种太阳能电池可用于将太阳光转换成电。为此，使用单p-n结以及多p-n结型太阳能电池，但是这些都不能足够有效地显著减小这种技术的生产和使用过程中所包括的成本。因此，传统电源的竞争排除了这种太阳能电池技术的普遍使用。
在光激励电子快速损失任何其可能具有的能量时出现了现有太阳能电池的初始损耗过程，其中该能量超过了由于与点阵振动的(作为声子已经公知的)相互作用而得到的能带隙，导致增加重组。这种损耗单独将标准电池的转换效率限制到约44％。此外，由光产生的电子和在与点缺陷(间隙掺杂)相关的半导体晶体中具有诱捕状态的空穴、金属簇，线缺陷(错位)，面缺陷(叠层缺陷)和/或晶界的重新组合进一步减小了效率。尽管后面的这种效率上的减小可通过采用其他具有合适特性特别是由光产生的载体的长扩散长度的材料来克服，但是仍然不能使得这种技术的成本与更常规的电源成本相当。由于半导体不能吸收能量低于所用材料能带隙的光，因此带来了进一步的损耗。考虑到所有的光电损耗，Shockley和Queisser得以证明，对于能带隙为1.3电子伏特(eV)的理想电池来说，单结型电池的性能被限制为刚好超过30％的效率(Shockley和Queisser，“p-n结太阳能电池效率的具体平衡极限(Detailed Balance Limit ofEfficiency of p-n Junction Solar Cells)”，J.Appl.Phys.，1961，32(3)，pp.510-519)。更新的计算已经表明单结型的这种“极限效率”可以是29％(Kerr等人，“结晶硅太阳能电池的极限寿命和效率(Lifetime and efficiency of limits of crystalline siliconsolar ceHs)”，Proc.29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference，2002，pp.438-441)。
纳米结构
已经在p-n结二极管阵列(Peng等人“大面积硅纳米线p-n结二极管阵列的制造(Fabrication of large-Area Silicon Nanowire p-n Junction DiodeArrays)”Adv.Mater.，2004，vol.16，pp.73-76)中描述了硅纳米线。然而，这种阵列并未被构造用于光电器件中，也未建议这种阵列如何会有助于提高太阳能电池的效率。
已经在太阳能电池器件(Ji等人“用于太阳能电池发射器的通过金属感应生长(MIG)而形成的硅纳米结构(Silicon Nanostructures by Metal Induced Growth(MIG)for Solar Cell Emitters)”Proc.IEEE，2002，pp.1314-1317)中描述过硅纳米结构。在这种器件中，可通过将Si溅射到镍(Ni)预制层中而形成嵌埋在微晶硅薄膜中的硅纳米线，该预制层的厚度决定是否Si纳米线生长到该薄膜中。然而，这种纳米线不是有源光电(PV)元件，它们仅有助于防反射容量。
太阳能电池包括硅纳米结构，其中该纳米结构是有源PV元件，这种太阳能电池已经在2005年3月16日一般转让的共同未决美国专利申请序列No.11/081,967中进行描述。在该特定的申请中，电荷分离结主要包含在纳米结构本身中，总体需要在这种纳米结构的合成过程中进行掺杂变化。
表面和界面缺陷
由于结构上的瑕疵或者杂质原子导致的缺陷状态可存在于微晶半导体的表面上以及整个微晶半导体之内。此外，多晶半导体材料由任意取向的具有晶界的晶粒组成，这种晶界感生出大量的整体和表面缺陷状态。由于电荷载体可以在缺陷位点进行重新组合并因此作为电流载体丢失，因此缺陷通常不利地影响到电子器件和/或像太阳能电池这样的光电器件的运行或性能。因此，微晶或者多晶半导体基底的表面通常在器件制造过程中进行钝化，从而使得表面缺陷的负面影响最小化。表面钝化的一种方法是通过在微晶或者多晶半导体基底上形成一层本征的(intrinsic)(未掺杂的)非晶半导体材料。这样减小了电荷载体在基底表面上的重新组合并且改进了该器件的性能。
大多数的电子和/或光电器件要求形成结。例如，将一种导电类型的材料设置成与相反导电类型的材料接触从而形成异质结。由于导电类型的改变和/或能带隙的变化而导致的异质结上急剧的带弯曲导致引起电荷载体重新组合的高密度的界面状态。此外，器件制造过程中处理步骤之间的中断使得杂质颗粒和/或伪杂质被捕获到多层结构的界面中。这些缺陷可充当降低器件性能的电荷载体重新组合的位点。因此，消除不同层之间界面的器件设计是非常有用的。
1993年，三洋电子公司开始开发出光电器件的制造方案，该方案结合了等离子沉积的本征的a-Si:H层，从而提供所要求的基底表面的钝化。将单独掺杂的a-Si:H层沉积到该本征层的顶部，从而形成异质结。这种结构用术语表示为“HIT”，即具有本征薄层的异质结。该本征层厚度小于250埃，最佳厚度范围在40-50埃之间。见美国专利No.5,213,628和5,648,675，还见美国专利公开No.20020069911A1。
已经进行了对设置在a-Si/金属基底p-i-n薄膜太阳能电池的p和i层之间的分级成分p型a-SiC:H层的效果的实验研究(K.S.Lim等人，一种新颖的结构，高转换效率p-SiC/分级p-SiC/i-Si/n-Si/金属基底型非晶硅太阳能电池(A novelstructure，high conversion efficiency p-Sic/degraded p-Sic/i-Si/n-Si/metal substrate-type amorphous silicon solar cell)，J.Appl.Phys.56(2)，1984年7月15日)。结果显示比常规a-Si/金属基底p-i-n器件增加的Voc和Isc值，包括更短波长上的集电效率显著增加。蓝色响应中所发现的改进是由于减小界面的重新组合。此外，对设置在a-Si:H基p-i-n薄膜太阳能电池的p层和i层之间的分级能带隙层的效果的计算分析(P.Chatterjee，宽能带隙发射层对a-Si:H基异质结太阳能电池性能的效果的计算机分析(A computer analysis of the effect of a wide-band-gap emitterlayer on the performance of a-Si:H-based heterjunction solar cells)，J.Appl.Phys.79(9)，1996年5月1日)显示，分级能带隙层的使用应使得界面状态数量减少，并且可以将这些器件中的转换效率提高超过25％。
已经描述了具有由可变能带隙材料形成的i型半导体吸收层的p-i-n薄膜太阳能电池，其中所述i层设置在p型半导体层和n型半导体层之间。见美国专利No.5,252,142。可变能带隙i层吸收层改进了光电转换效率。
近年来，已经描述了包括基底表面和设置在基底表面上的分级成分涂层的复合物。见美国专利申请公开No.20040046497 A1。涂层材料的成分在其厚度上基本上连续改变，从而减小了氧气、水蒸气以及其他化学物质通过基底的传送率，从而提供了保护化学灵敏器件或材料的扩散屏障。
上述结果是，任何这种PV技术的改变将全部是有益的，尤其是结合了导致更有利的制造过程和与更传统电源效率相同的纳米级材料的改变是完全有益的，尤其是当这种改变减少了表面和界面瑕疵时。
发明内容
本发明的实施方式总的来说是涉及成分分级混合式光电纳米结构基器件，制造这种器件的方法，以及包含这种器件的系统和应用。
在某些实施方式中，上述的这种纳米结构基器件包括位于半导体、金属或者玻璃基底上的一种导电类型的半导体纳米线(或者其他合适的加长纳米结构)膜，以及在其整个厚度上从位于与基底/纳米线膜的界面处的基本本征性到在相对侧的基本导电性成分分级的非晶半导体层。当非晶半导体层成分分级至与基底/纳米线膜相反的导电类型时形成异质结。
在某些实施方式中，本发明涉及一种光电器件，包括：(a)设置在基底上的多个加长半导体纳米结构(其中纳米线是一种)，该加长半导体纳米结构具有第一种类型的掺杂；以及(b)共形设置在加长半导体纳米结构上并在非晶层和加长的半导体纳米结构之间具有界面的半导体材料单个非晶层，其中该非晶层从界面处的基本本征性成分分级至非晶层相对侧的基本上导电，并且其中该非晶层的分级成分由第二种类型的掺杂提供。总的来说，这种成分分级非晶层提供了定域状态连续变化的能带隙。在某些的这种实施方式中，一层透明的导电材料(TCM)沉积到非晶层上。此外，典型地提供顶部和底部触点，这些触点可用于连接该器件到外部电路上，其中底部电极通常(但不总是)与基底集成。
典型地，上述的这种成分分级通过调节非晶半导体层制造过程中的掺杂等级来实现。将分级非晶层以共形的形式设置在半导体纳米结构/基底表面上，其中采用了单个成分分级层(与采用不同的单个层的组合来形成该混合器件的现有技术方法相比，其都没有在纳米线(或者其他纳米结构变体)薄膜有源层上)。
在某些实施方式中，本发明涉及一种方法，包括步骤：(a)在基底上提供多个加长半导体纳米结构，该加长半导体纳米结构具有第一种掺杂；以及(b)在该加长半导体纳米结构上共形沉积半导体材料的非晶层，使得它们形成界面，其中该非晶层从界面处的基本上本征性成分分级至非晶层相对侧上的基本上导电，并且其中该非晶层的分级成分由第二种掺杂提供。
在某些实施方式中，本发明涉及光电器件或太阳能电池的组件(以模块或者太阳能面板的形式)，并且涉及这种组件在建筑物屋顶上的使用，其中这种组件可通过逆变器连接到电网上。
前面初略地描述了本发明的特征，目的是为了可以更好地理解接下来的本发明的详细描述。本发明的其他特点和优点将在形成本发明权利要求主题的下文中进行描述。
附图说明
为了更全面地理解本发明以及其优点，现在参考下面的结合附图的详细描述，其中：
图1示出了根据本发明某些实施方式的成分分级混合式光电(PV)纳米线基电池，该电池包括硅(Si)纳米线(或者其他半导体加长纳米结构)；
图2示出了根据本发明的某些实施方式如何将共形层成分分级；
图3示出了根据本发明某些实施方式在基底102上的变形，其中该基底包括分层区；
图4示出了根据本发明某些或者其他实施方式的图1示出的共形涂层上的变形；以及
图5以步骤的形式概述出根据本发明某些实施方式的用于形成包括加长纳米结构和成分分级非晶层的光电器件的方法。
具体实施方式
在某些实施方案中，本发明涉及光电(PV)器件，包括硅(Si)纳米线(或者是其他半导体材料的加长纳米结构)以及共形设置在该纳米线上的成分分级的非晶层。总的来说，该非晶层是与纳米线相同或者类似的整体成分，但是当该纳米线并未均匀掺杂时，该非晶层具有贯穿该层从纳米线/非晶层界面处的基本上本征性到在该层相对侧上的基本上导电性变化(就量而言)的掺杂(类型相反以便形成电荷分离结)。
在下面的描述中，阐明具体的细节，诸如特定的量，尺寸等等，以便提供对本发明实施方案的透彻理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，没有这些特定的细节，本发明也可实施。在许多情况下，涉及这些需要考虑的事项的细节等已经被省略，因为这些对于得到本发明的透彻理解并不是必须的，并且包含在相关领域普通技术人员的技术技能之内。
总体参考附图，可以理解图示目的在于描述本发明的特定实施方案，并且不旨在限定本发明。
尽管本文中所用的许多术语对于本领域技术人员来说是公知的，但是仍然提出下面的定义，以便有助于理解本发明。然而，应该理解，在未明确限定时，这些术语被解释为采用由本领域技术人员现在所接受的含义。
本文中所限定的“光电器件”是包括至少一个光电二极管并采用光电效应来产生电动势(e.m.f)的器件。见Penguin Dictionary of Electronics，第三版，V.Illingworth，Ed.，Penguin Books，London，1998。这种代表性的器件是“太阳能电池”，其中太阳能电池是其光谱响应已经对于太阳的日光辐射进行了优化的光电二极管。
本文中所限定的“纳米级”总的来说涉及1微米以下的尺寸。
本文中所限定的“纳米结构”总的来说涉及至少在两维上为纳米级的结构。
本文中所限定的“加长纳米结构”是至少在两维上为纳米级的纳米结构。这种代表性的加长纳米结构包括但不局限于纳米线，纳米杆，纳米管，等等。
本文中所限定的“纳米线”总的来说是典型地在至少两维上为亚微米级(小于1微米)并具有很大程度上为圆柱形的加长纳米结构。
本文中所限定的“共形”涉及在很大程度上采用(即符合)它们所涂覆的结构的形状的涂层。然而，该术语应该被广泛地解释为至少在某些实施方案中允许显著填充所涂覆的结构之间的空隙空间。
本文中所限定的“半导体材料”是导电性一般介于金属和绝缘体之间的材料，其中这种材料在其价带和导电带之间具有能量带隙，或者“能带隙”。在其纯的、未掺杂的状态，这种半导体材料一般称作“本征性的”。
本文中所限定的“p型掺杂”涉及用杂质掺杂半导体材料，所述杂质引入有效增加本征半导体材料的导电性和将费米电平向电子带移动的空穴，从而可以形成结。代表性的这种p型掺杂是加入少量硼(B)到硅(Si)上。
本文中所限定的“n型掺杂”涉及用杂质掺杂半导体材料，所述杂质引入有效增加本征半导体材料的导电性并将费米电平向导电带移动的电子，从而可以形成结。代表性的这种n型掺杂是加入少量的磷(P)到硅(Si)中。
本文中所限定的“电荷分离结”包括在各种类型的材料(例如，不同的掺杂剂和/或整体组合物)之间的晶界，其可以分离电子和空穴。
本文中所限定并且属于光电器件的“异质结”是通过具有不同能带隙的两种不同的半导体材料的接触而建立的电荷分离结。
本文中所限定的“有源PV元件”是用于形成电荷分离结的PV器件中的那些元件。
本文中所限定的“p-n型光电器件”是包括至少一个光电二极管的器件，该光电二极管包括通过p型掺杂半导体和n型掺杂半导体的接触而建立的电荷分离结。
本文中所限定的“p-i-n型光电器件”是三种材料的叠层，其中一层为p型掺杂(主要为空穴导电)，一层未掺杂(即，本征的)，另一层为n型掺杂(主要为电子导电)。
本文所限定并与本文中所述的PV器件的共形非晶层相关的“成分分级”指的是整体半导体材料包括在该层厚度上变化的掺杂剂浓度，这样它在与加长纳米结构的界面处是基本本征的(采用第一种类型的掺杂，如，p型掺杂)并且在该层的厚度上逐渐更重地掺杂(采用第二种类型的掺杂剂，如，n型掺杂)，这样，在相对侧其具有足以在它所处的PV器件中建立电荷分离结的掺杂等级。本文中限定并与本文所描述的PV器件相关的“成分分级混合”是指与下层的硅纳米结构或纳米线结合出现成分分级的非晶层。
本文中所限定的“太阳能电池”基本上是对于太阳辐射的能量转换进行了优化的光电器件。
本文中所限定的“纳米模板”是包括具有纳米级尺寸的孔或柱的阵列的无机或有机膜。
器件
参考图1，在某些实施方案中，本发明涉及一种成分分级的混合纳米基光电器件，包括：(a)多个设置在基底102上的加长半导体纳米结构101，该加长半导体纳米结构具有第一种类型的掺杂；以及(b)共形设置在加长半导体纳米结构上并在非晶层和加长半导体纳米结构之间具有界面的半导体材料非晶层103，其中该非晶层从在该界面上的基本上本征成分分级到非晶层相对侧上的基本上导电，并且其中该非晶层的分级成分由第二种类型的掺杂提供。在这样的实施方案中，成分分级的非晶层提供了具有连续变化的定域状态的能带隙，当非晶半导体层成分分级到与半导体纳米线相反的导电类型时形成异质结。在某些这种实施方案中，一层透明导电材料(TCM)104沉积到非晶层103上。此外，提供顶部105和底部触点以典型地用于连接该器件到外部电路，其中该底部电极一般(但不总是)与该基底集成(见后)。
该加长半导体纳米结构101可包括适于提供给根据本发明实施方案的PV器件的任何材料。合适的材料包括，但不局限于，硅(Si)，SiGe，砷化镓(GaAs)，磷化镓(GaP)，磷化铟(InP)，GaInP，锗(Ge)，GaInAs，砷化镓铝(AlGaAs)，氧化锌(ZnO)，氮化镓(GaN)，氮化铝(AlN)，氮化铟(InN)，氮化硼(BN)，锡(Se)，锡化镉(CdSe)，碲化镉(CdTe)，Cd-O-Te，Cd-Mn-O-Te，ZnTe，Zn-O-Te，Zn-Mn-O-Te，MnTe，Mn-O-Te，铜氧化物，碳，Cu-In-Ga-Se，Cu-In-Se，以及类似的组合物，或者其组合。
纳米结构101典型地包括长度在约100纳米到约100微米的范围内，宽度在约5纳米到1微米的范围内。在某些实施方案中，该纳米结构以基本垂直的取向(即相对于基底平面)设置在基底上，大多数的所述纳米结构形成大于45度的角度。在其他实施方案中，该纳米结构以很大程度上无规的方式设置在基底上。
在某些实施方案中，上述器件还包括存在于基底之上或与该基底集成的纳米孔模板，从该模板上发散出加长半导体纳米结构。当这种纳米结构在模板中生长时，这是经常的情况。参考图3，在某些实施方案中，叠层基底102可包括存在于基底支撑102a上的纳米孔模板102c和/或导电层102b。
在某些实施方案中，该多孔纳米模板102c包括从由阳极氧化的氧化铝(AAO)，二氧化硅(SiO2)，氮化硼(BN)，氮化硅(Si3N4)等组成的组中选择的材料。在某些实施方案中，该多孔纳米模板102c包括厚度(或者平均厚度)在约0.1微米到约100微米之间，其中该多孔纳米模板包括孔径(或者平均直径)在约1纳米到约1微米之间，其中该多孔纳米模板包括孔密度在约105每平方厘米到约1011每平方厘米之间。
在某些这种器件的实施方案中，加长半导体纳米结构为p型掺杂，尽管它们也可以为n型掺杂。然而，为了在器件中形成电荷分离结，该纳米结构的掺杂应与非晶层的分级掺杂相反。
在某些这种器件的实施方案中，非晶层103包括从由硅，GaAs，GaP，InP，GaInP，Ge，SiGe，GaInAs，AlGaAs，ZnO，GaN，AlN，InN，BN，Se，CdSe，CdTe，CdS，Cd-O-Te，Cd-Mn-O-Te，ZnTe，Zn-O-Te，Zn-Mn-O-Te，MnTe，Mn-O-Te，铜氧化物，碳，氧化钛，Cu-In-Ga-Se，Cu-In-Se，以及类似的这种组合物，以及它们的组合所组成的组中选择的半导体材料。典型地，该非晶层包括范围在20埃到200埃之间的相对厚度。
如上所述，并且如图2所示，该非晶层103在其厚度A上成分分级(就掺杂剂浓度而言)，其中掺杂剂浓度典型地从纳米结构101和表面102附近的几乎为零上升到足以在该层的相对侧建立电荷分离结的量。典型的，这种掺杂是包括n型掺杂剂(例如，N，P，As，等等)的n型掺杂，但是这种掺杂可在纳米结构101为n型掺杂的情况下替换成p型掺杂。
在采用一层透明导电材料的器件实施方案中，该透明导电材料可以是透明导电氧化物(TCO)。在某些的这种实施方案中，该透明导电氧化物是铟锡氧化物(ITO)。在某些其他的这种实施方案中，该透明导电氧化物是掺杂的ZnO。典型地，该透明导电材料包括厚度在约0.05微米到约1微米之间。
在某些实施方案中，基底提供底部触点。在某些或者其他的实施方案中，该透明导电材料层提供顶部触点。根据将要使用的用途，该器件可构造成顶部和/或顶部照明。
器件制造
在某些实施方案中，本发明涉及用于制造上述成分分级混合纳米结构基的光电器件的方法，这种方法包括步骤：(步骤501)在基底上提供多个加长半导体纳米结构，该加长半导体纳米结构具有第一种类型的掺杂；(步骤502)在该加长半导体纳米结构上共形沉积半导体材料的非晶层，这样它们形成界面，其中该非晶层从界面处的基本上本征成分分级到非晶层相对侧上的基本上导电，并且其中该非晶层的分级成分由第二种类型的掺杂提供；(步骤503)将导电透明材料作为一层沉积到该非晶层上；以及(步骤504)形成用于连接该器件到外部电路的顶部和底部触点。
在某些上述的这种方法实施方案中，通过生长加长纳米结构而提供该加长纳米结构，其中生长加长纳米结构通过从下面的组中选择的方法实现：化学气相沉积(CVD)，金属有机化学气相沉积(MOCVD)，等离子增强的化学气相沉积(PECVD)，热线化学气相沉积(HWCVD)，自动层沉积，电化学沉积，溶液化学沉积，及其组合。在某些的这种实施方案中，通过从金属纳米颗粒催化生长加长纳米结构而提供加长纳米结构，其中该金属纳米颗粒可存在于纳米孔模板中，并且其中该金属纳米颗粒可包括从由金(Au)，铟(In)，镓(Ga)和铁(Fe)组成的组中选择的金属。
在某些实施方案中，采用纳米孔模板来生长加长纳米结构，就像在2005年5月27日提交的一般转让的美国专利申请序列No.11/141,613中所述。
在某些上述的这种方法实施方案中，采用从由CVD，MOCVD，PECVD，HWCVD，溅射法以及其组合构成的组中选择的技术来进行共形沉积该非晶层的步骤。在某些的这种实施方案中，通过用掺杂剂前体进行掺杂而成分分级该非晶层，其中该掺杂剂前体在被沉积时分裂成掺杂剂物质，并且其中在沉积的过程中以分级的方式通过在非晶层沉积时逐渐增加该掺杂剂前体浓度而设置掺杂。合适的掺杂剂前体包括，但不局限于B2H6，B(CH3)3，PH3等等。
太阳能面板
在某些实施方案中，本发明涉及一种太阳面板，该太阳面板包括至少一个成分分级的混合式纳米线基光电器件，其中该太阳面板将这些器件与它们周围的大气环境绝缘并且可以产生电功率。
优点
传统的(现有技术)混合式光电器件包括一种导电类型的半导体基底，以及设置成与基底接触以形成异质结的相反导电类型的非晶半导体层。该基底可以是n型或者p型微晶或者多晶半导体材料。
与上述的这种传统的混合式PV器件相比，成分分级的混合式光电纳米基器件典型地包括在半导体、金属或者玻璃基底上的一种导电类型的半导体纳米线(或者纳米结构变体)膜(或者阵列)；以及在其厚度上从在与该基底的界面处的基本上本征到相对侧上的基本上导电成分分级的非晶半导体层。在非晶半导体层成分分级到与基底相反的导电类型时形成异质结。通过调节非晶半导体层的制造过程中的掺杂等级而实现成分分级。该分级的非晶层一般以共形的方式设置在半导体纳米线/基底表面上。注意，采用单个成分分级层使本文中所描述的方案与由三洋电子公司采用的方案(见背景技术)的区别在于，后者采用了不同单层的组合来形成混合式器件，其都不在纳米线膜有源层上(即，采用纳米线作为有源PV元件)。
在1984年7月15日J.Appl.Phys.56(2)(K.S.Lim等人，一种新颖结构，转换效率高的p-SiC/分级的p-SiC/i-Si/n-Si/金属基底型非晶硅太阳能电池(Anovel structure，high conversion efficiency p-SiC/degraded p-SiC/i-Si/n-Si/metalsubstrate-type amorphous silicon solar cell)中公开的实验研究研究了设置在a-Si/金属基底p-i-n(正-本征-负)薄膜太阳能电池的p和I层之间的分级成分a-SiC:H层的效果。结果显示，Voc和Isc高于常规的a-Si/金属基底p-i-n器件，尤其是在更短波长上的集电效率方面有显著的增加。被发现的蓝色响应中的改进有助于减少界面的重新组合。1996年5月1日J.Appl.Phys.79(9)(P.Chatterjee，宽能带隙发射器层对a-Si:H基异质结太阳能电池性能上的影响的计算分析(Acomputer analysis of the effect of a wide-band-gap emitter layer on the performance ofa-Si:H-based heterojunction solar cells))公开的计算分析研究了位于p-i-n a-Si薄膜太阳能电池的p层和i层之间的分级的能带隙层的效果。这一研究示出，采用分级能带隙层使得界面状态数目减小，并且发现这可使这些器件中的转换效率增加了高于25％。
如上所述，在某些实施方案中，本发明的器件包括单个成分分级的半导体层，其在一个表面区域上具有本征的性质，而在相对的表面区域上具有导电特性。分级层形成在由基底上生长的半导体纳米线组成并充当吸收器的薄膜和用作电极的透明导电涂层之间。这种单个层同时提供了三个重要的特征：(1)纳米线表面的钝化，(2)消除了多层结构本征的额外界面，以及(3)由于靠近p-n结而有效地分离了纳米线中产生的电荷。将这些采用单层的特性两两组合可以实现使载体重新组合最小化的独特设计，因此使得混合式光电器件性能最大化。
关于在上述背景技术部分描述的表面钝化问题，在某些实施方案中这样制造成分分级单层：使基本上本征的区域与纳米线薄膜表面以共形的模式接触(见上文)。这样提供了所需要的表面钝化，因此减小了电荷载体的重新组合。
关于上述界面重新组合问题(见背景技术部分)，采用单个成分分级层取消了其中出现电荷载体重新组合的多层设计中的层和层之间的界面。界面重新组合主要是由于两种效果。第一是结构上的：异质结(例如，p/i或者n/i结)处急剧的带弯曲使得界面状态密度高，导致电荷载体重新组合。通过单层分级掺杂剂浓度而在能带隙中提供了连续的定域状态变化。能带隙中定域能量状态的逐渐变化消除了急剧带弯曲并且减少了电荷载体重新组合。第二是程序上的：在器件制造过程中，工艺步骤之间的中断使得杂质原子和/或伪杂质被捕获在多层结构的界面中。这些缺陷可充当降低器件性能的电荷载体重新组合的位点。单个分级(就掺杂剂浓度而言)层的连续形成去掉了工艺过程中的不连续性，因此消除了多层设计中的界面，减少了电荷载体的重新组合。
引入下面的实施例来演示本发明的特定实施方案。本领域技术人员应该清楚，下面实施例中所披露的方法仅仅代表本发明的示意性实施方案。然而，根据本发明，本领域技术人员应该清楚，在所述的特定实施方案中可形成各种变形，并且仍然能得到相同或类似的结果而不脱离本发明的精神和范围。
实施例1
该实施例用于演示根据本发明的某些实施方案的制造成分分级混合纳米线光电器件的工艺步骤。
位于玻璃，金属或半导体基底上的一种导电类型的硅纳米线膜设置在等离子反应室(例如，等离子增强的化学定相沉积系统)中。真空泵将大气从该室中去掉。将要被处理的基底预热到120-240摄氏度。在成分分级层的沉积之前执行氢等离子表面制备步骤。将H2以50-500sccm(标准立方厘米每分种)的流速引入到该室中。采用节流阀来维持200-800毫托范围内的恒定处理压强。功率密度为6-50mW/cm2范围的交流频率输入功率用于激励并维持该等离子。所施加的输入功率可为100kHz到2.45GHz。氢等离子表面制备时间为1-60秒。
在氢等离子制备步骤(任选步骤)结束时，将硅烷(SiH4)以10-60sccm的流速引入到处理室中。这就开始了成分分级单个非晶半导体层的沉积。由于没有将掺杂剂前体引入到该等离子中，因此最初非晶层的成分是本征性的(未掺杂)，因此有助于钝化该半导体的表面。随着沉积工艺的继续，将掺杂剂前体顺序加入到等离子混合物中。掺杂剂前体的实例是：B2H6，B(CH3)3以及PH3。这些可以是纯的形式或者用诸如氩，氢或者氦的载气稀释的。前体的流速在成分分级层沉积的过程中增加。这种增加的掺杂剂前体流通过单个非晶层(在它被沉积时)形成掺杂浓度梯度。在分级层沉积过程结束时，等离子中掺杂剂前体的浓度使得显著掺杂的非晶半导体特性得以实现。
在一个实施方案中，将p型硅纳米线膜用作吸收层。在氢等离子表面制备之后，开始成分分级非晶半导体单层的沉积。纯氢气和硅烷的混合物最初可用于形成本征的(未掺杂)的材料性质，其有助于钝化该基底表面。接下来，含磷前体渐增地引入到等离子中。由于磷用作n型掺杂剂，因此非晶材料开始呈现出n型电特性。这一过程接下来是增加含磷前体流直到实现基本导电的材料特性。结果是，得到了成分分级层，该成分分级层包括在其厚度上连续变化的磷浓度。分级层的厚度最优为小于等于200埃。在某些这种实施方案中，该层形成成分分级混合器件的部分前端结构。在其他的这种实施方案中，该层形成成分分级混合器件的部分后端结构(取决于器件相对于光源的方位)。
将透明导电氧化物(TCO)涂层沉积到成分分级层上，以便形成电极。这些涂层可以例如是铟锡氧化物(ITO)或者氧化锌(ZnO)。包括厚度的TCO特性可这样进行选择：这些层充当防反射(AR)涂层。金属触点(例如，铝，银等等)形成在电极的顶部和底部(前部和后部)以便传递由该器件产生的电流。
实施例2
该实施例用于演示根据本发明的某些实施方案的其中可使用光电器件100(或者其变体)的示意性应用。
包含多个光电器件100的光电模块典型地安装到用于电网连接发电的住宅屋顶上。这些模块由几种方法进行安装从而实现功能和感官质量。该模块在现在采用标准住宅太阳能电池模块提供可存储或者卖回到电力公司获取收益的电能。这些太阳能电池可切成标准尺寸，并安装到模块框架中，采用标准焊接基互连方法串联连接，在某些情况下具有旁路二极管从而使得阴影效应最小。在其中纳米线生长在透明材料上时，全玻璃基底可直接使用于框架式模块中，或者该玻璃可叠层并作为不需要框架的模块使用。此时，本领域中典型公知的激光雕刻法可用于前侧和后侧接触，从而串联互连太阳能电池段。
变形
尽管在上述的许多实施方案中采用了Si纳米线，但它们仅仅代表较大等级的半导体基加长纳米结构。因此，正如本领域技术人员会认识到的，许多的上述实施方案可变形为包括含有硅以外的其他材料的加长纳米结构。这种变形实施方案应具有相应的(与硅)不同的成分分级非晶层。
图4示出了图1所示的非晶层的共形特性的变形。在这个实施方案中，非晶层403显著填充纳米管101之间的空隙。任选地，一层透明导电材料404可作为顶部和底部电极(未示出)沉积在非晶层403上。
总结
总之，在某些实施方案中，本发明涉及成分分级的混合式纳米结构基光电器件，该光电器件包括加长半导体纳米结构以及非晶半导体单层，该非晶半导体单层在其厚度上具有从基本上本征到基本上导电的掺杂浓度连续分级。在其他实施方案中，本发明涉及制备这种光电器件的方法，以及使用这些器件(例如太阳能电池模块)的应用。
更具体涉及某些上述的这种实施方案，本发明提供连续的成分分级的单个半导体层的使用，该半导体层靠近一个表面区域的本征特性提供了半导体基底的钝化，减少了电荷载体重新组合，其靠近相对表面区的导电特性提供形成电于或光电器件所要求的电特性。在某些这种实施方案中，本发明提供了其中会发生电荷载体重新组合的本征非晶层和导电非晶层之间界面的消除。在某些这种实施方案中，本发明提供了在器件制造过程中使得电荷载体重组增加的在本征非晶层和导电非晶层之间的界面上的杂质原子和/或伪杂质的去除。在某些实施方案中，本发明提供成分分级单个非晶层的能带隙中定域能态的分级，其中这就消除了使得具有不同能带隙和/或导电类型的各层之间的界面上的电荷载体重组的定域能态的不连续性。在某些实施方案中，本发明提供了用于制造成分分级单层的一步等离子沉积工艺的使用。
某些上述结构、功能和上述实施方案的运行对实现本发明并不是必须的，且包括在说明书中仅是为了示意性实施方案的完整性。此外，应理解在上述参考专利和公开中提出的特定结构、功能和运行可结合本发明实施，但它们对其实施并不是必要的。因此应理解本发明可除特定描述之外实现，只要不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围即可。
部件列表
100    光电器件
101    加长半导体纳米结构
102    叠层基底
102a   基底支撑
102b   导电层
102c   纳米孔模板
103    半导体材料的非晶层
104    透明导电材料(TCM)
105    触点
400
403    非晶层
404    透明导电材料(TCM)

Claims (10)

1.一种光电器件(100)，包括：
a)设置在基底(102)上的多个加长p-型半导体纳米结构(101)；以及
b)半导体材料的非晶层(103)，该非晶层共形设置在加长半导体纳米结构(101)上，并且具有在该非晶层(103)和加长半导体纳米结构(101)之间的界面，
其中该非晶层(103)从位于界面处的本征到非晶层相对侧的n-型成分分级，并且其中该非晶层是单一层，其在器件(100)中产生异质结。
2.如权利要求1所述的光电器件(100)，还包括作为非晶层(103)上的层设置的透明导电材料(104)。
3.如权利要求1所述的光电器件(100)，还包括用于连接该器件到外部电路的顶部和底部触点(105)。
4.如权利要求1所述的光电器件(100)，还包括位于基底(102)上或者与该基底(102)集成的纳米孔模板(102c)，且加长半导体纳米结构(101)从该纳米孔模板发散。
5.一种制造光电器件(100)的方法，包括下列步骤：
a)在基底(102)上提供多个加长p-型半导体纳米结构(101)；以及
b)在加长半导体纳米结构(101)上共形沉积半导体材料的非晶层(103)，从而使加长半导体纳米结构形成界面，
其中该非晶层(103)从该界面处的本征到非晶层相对侧的n-型成分分级，并且其中该非晶层是单一层，其在器件(100)中产生异质结。
6.如权利要求5所述的方法，还包括在该非晶层(103)上沉积导电透明材料(104)。
7.如权利要求6所述的方法，还包括形成用于连接该器件到外部电路的顶部和底部触点(105)。
8.如权利要求5所述的方法，其中共形沉积非晶层(103)的步骤采用从由CVD、MOCVD、PECVD、HWCVD、溅射法以及它们的组合所构成的组中选择的技术来实现。
9.如权利要求5所述的方法，其中该非晶层(103)通过掺杂在沉积时分解成掺杂剂物质的掺杂剂前体而进行成分分级，并且其中该掺杂在沉积过程中通过逐渐增加非晶层(103)沉积时掺杂剂前体的浓度而以分级的方式实现。
10.一种包括至少一个权利要求1的光电器件(100)的太阳能面板，其中该太阳能面板使光电器件与其周围的大气环境绝缘并且允许产生电功率。
CN2007101944570A 2006-11-15 2007-11-15 分级混合式非晶硅纳米线太阳能电池 Expired - Fee Related CN101183689B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/599722 2006-11-15
US11/599,722 US20080135089A1 (en) 2006-11-15 2006-11-15 Graded hybrid amorphous silicon nanowire solar cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101183689A CN101183689A (zh) 2008-05-21
CN101183689B true CN101183689B (zh) 2012-08-01

Family

ID=39103185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007101944570A Expired - Fee Related CN101183689B (zh) 2006-11-15 2007-11-15 分级混合式非晶硅纳米线太阳能电池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20080135089A1 (zh)
EP (1) EP1923918A2 (zh)
JP (1) JP2008177539A (zh)
KR (1) KR20080044181A (zh)
CN (1) CN101183689B (zh)

Families Citing this family (81)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100593264B1 (ko) * 2003-06-26 2006-06-26 학교법인 포항공과대학교 ｐ-타입 반도체 박막과 ｎ-타입 산화아연(ＺｎＯ)계나노막대의 이종접합 구조체, 이의 제법 및 이를 이용한소자
US8003883B2 (en) 2007-01-11 2011-08-23 General Electric Company Nanowall solar cells and optoelectronic devices
US20080264479A1 (en) * 2007-04-25 2008-10-30 Nanoco Technologies Limited Hybrid Photovoltaic Cells and Related Methods
KR101547711B1 (ko) * 2007-06-19 2015-08-26 큐나노 에이비 나노와이어-기반 태양 전지 구조
EP2201605A4 (en) * 2007-09-25 2017-12-06 First Solar, Inc Photovoltaic devices including an interfacial layer
US8106289B2 (en) * 2007-12-31 2012-01-31 Banpil Photonics, Inc. Hybrid photovoltaic device
KR100935322B1 (ko) * 2008-01-02 2010-01-06 삼성전기주식회사 고효율 태양전지 및 이의 제조방법
CN101561194B (zh) * 2008-04-18 2010-12-29 清华大学 太阳能集热器
US7902540B2 (en) * 2008-05-21 2011-03-08 International Business Machines Corporation Fast P-I-N photodetector with high responsitivity
WO2009151979A2 (en) * 2008-06-09 2009-12-17 4Power, Llc High-efficiency solar cell structures and methods
US20100012190A1 (en) * 2008-07-16 2010-01-21 Hajime Goto Nanowire photovoltaic cells and manufacture method thereof
GB2462108A (en) * 2008-07-24 2010-01-27 Sharp Kk Deposition of a thin film on a nanostructured surface
KR101613083B1 (ko) * 2008-08-21 2016-04-20 삼성전자주식회사 디지털 저작권 관리에서 컨텐츠 정보를 사용하기 위한 장치및 방법
US20100139747A1 (en) * 2008-08-28 2010-06-10 The Penn State Research Foundation Single-crystal nanowires and liquid junction solar cells
KR101002682B1 (ko) * 2008-08-28 2010-12-21 삼성전기주식회사 태양전지 및 그 제조방법
CN102326258A (zh) * 2008-12-19 2012-01-18 惠普开发有限公司 光伏结构和在短柱上采用纳米线的制造方法
US9435916B2 (en) * 2008-12-30 2016-09-06 3M Innovative Properties Company Antireflective articles and methods of making the same
CN106185793A (zh) * 2008-12-30 2016-12-07 3M创新有限公司 纳米结构化制品和制备纳米结构化制品的方法
TWI447917B (zh) * 2009-01-10 2014-08-01 Nexpower Technology Corp 薄膜太陽能電池及其前電極層之製作方法
KR101040956B1 (ko) * 2009-02-26 2011-06-16 전자부품연구원 산화아연 나노와이어를 이용한 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법
US20110124146A1 (en) * 2009-05-29 2011-05-26 Pitera Arthur J Methods of forming high-efficiency multi-junction solar cell structures
US8211735B2 (en) * 2009-06-08 2012-07-03 International Business Machines Corporation Nano/microwire solar cell fabricated by nano/microsphere lithography
KR101033028B1 (ko) 2009-06-25 2011-05-09 한양대학교 산학협력단 태양 전지 및 그 제조 방법
US8933526B2 (en) * 2009-07-15 2015-01-13 First Solar, Inc. Nanostructured functional coatings and devices
KR101103264B1 (ko) * 2009-07-29 2012-01-11 한국기계연구원 기능성 표면의 제조방법
IN2012DN01293A (zh) * 2009-08-10 2015-06-05 First Solar Inc
KR20110018764A (ko) 2009-08-18 2011-02-24 삼성전자주식회사 나노와이어를 포함하는 태양전지 및 나노와이어의 형성방법
DE102009029017A1 (de) * 2009-08-31 2011-03-03 Robert Bosch Gmbh Halbleiter-Schichtmaterial und Heteroübergangs-Solarzelle
KR101539670B1 (ko) 2009-10-13 2015-07-27 삼성전자주식회사 전기에너지 발생장치
US9530912B2 (en) 2009-11-30 2016-12-27 The California Institute Of Technology Three-dimensional patterning methods and related devices
KR101658534B1 (ko) * 2009-12-15 2016-09-23 엘지디스플레이 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
WO2011092601A2 (en) * 2010-01-29 2011-08-04 King Abdullah University Of Science And Technology Bio-inspired nanostructures for implementing vertical pn-junctions
KR101652406B1 (ko) * 2010-02-19 2016-08-30 삼성전자주식회사 전기 에너지 발생 장치
US9263612B2 (en) 2010-03-23 2016-02-16 California Institute Of Technology Heterojunction wire array solar cells
KR101069066B1 (ko) 2010-04-23 2011-09-29 전북대학교산학협력단 알루미늄이 도핑된 산화아연 나노로드 기반 실리콘 태양전지의 투명전도성기판 제조방법
US8476637B2 (en) 2010-06-08 2013-07-02 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device having sidewall electrical contact
US8431817B2 (en) * 2010-06-08 2013-04-30 Sundiode Inc. Multi-junction solar cell having sidewall bi-layer electrical interconnect
US8659037B2 (en) 2010-06-08 2014-02-25 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device with independently controllable junctions
CA2802539A1 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Glo Ab Nanowire led structure and method for manufacturing the same
WO2012009212A2 (en) * 2010-07-12 2012-01-19 Board Of Regents Of The University Of Texas System Nanowires and methods of making and using
TWI400352B (zh) * 2010-07-29 2013-07-01 Atomic Energy Council 提純冶金級矽基板矽奈米線太陽電池元件之製備方法
TWI424575B (zh) * 2010-08-02 2014-01-21 Univ Feng Chia A solar cell having an electrode of a micrometer or micrometer or lower conductive line
US9478699B2 (en) * 2010-08-26 2016-10-25 The Ohio State University Nanoscale emitters with polarization grading
CN102959740B (zh) * 2010-09-14 2018-08-03 原子能与替代能源委员会 用于光发射的基于纳米线的光电器件
US8207013B2 (en) * 2010-09-17 2012-06-26 Atomic Energy Council Institute Of Nuclear Energy Research Method of fabricating silicon nanowire solar cell device having upgraded metallurgical grade silicon substrate
US8604330B1 (en) 2010-12-06 2013-12-10 4Power, Llc High-efficiency solar-cell arrays with integrated devices and methods for forming them
US9343609B2 (en) * 2010-12-09 2016-05-17 Faculdade De Ciencias E Tecnologia Da Universidade Nova De Lisboa Mesoscopic optoelectronic devices comprising arrays of semiconductor pillars deposited from a suspension and production method thereof
WO2012088481A2 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 California Institute Of Technology Heterojunction microwire array semiconductor devices
FR2972852B1 (fr) * 2011-03-17 2013-04-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif a base de nano/microfils stabilise mecaniquement et aux proprietes optiques ameliorees et son procede de realisation
WO2013130027A1 (en) * 2011-05-20 2013-09-06 Zena Technologies, Inc. Light absorption and filtering properties of vertically oriented semiconductor nano wires
US9257583B2 (en) 2011-05-25 2016-02-09 Hitachi, Ltd. Solar cell
US20120298169A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Guo George X Multi-junction Photovoltaic Cells
WO2013003828A2 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 California Institute Of Technology A tandem solar cell using a silicon microwire array and amorphous silicon photovoltaic layer
CN103764544A (zh) 2011-07-26 2014-04-30 1D材料有限责任公司 纳米结构的电池活性材料及其制备方法
KR101120009B1 (ko) * 2011-08-03 2012-03-16 한국기계연구원 나노 돌기를 갖는 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101316375B1 (ko) 2011-08-19 2013-10-08 포항공과대학교 산학협력단 태양전지 및 이의 제조방법
CN102368506A (zh) * 2011-09-26 2012-03-07 浙江大学 一种n-氧化锌/p-硅纳米线三维异质结太阳能转换装置
US8350249B1 (en) * 2011-09-26 2013-01-08 Glo Ab Coalesced nanowire structures with interstitial voids and method for manufacturing the same
US9035278B2 (en) 2011-09-26 2015-05-19 Glo Ab Coalesced nanowire structures with interstitial voids and method for manufacturing the same
US20130081679A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Ut-Battelle, Llc Multijunction hybrid solar cell incorporating vertically-aligned silicon nanowires with thin films
KR101435458B1 (ko) * 2011-12-12 2014-09-01 동국대학교 산학협력단 나노로드를 이용한 태양전지 및 그의 제조 방법
CN102569508B (zh) * 2011-12-29 2014-10-22 中山大学 一种纳米线阵列结构薄膜太阳能光伏电池及其制备方法
US9911886B2 (en) 2012-01-10 2018-03-06 The Boeing Company Lateral solar cell structure
WO2013126432A1 (en) 2012-02-21 2013-08-29 California Institute Of Technology Axially-integrated epitaxially-grown tandem wire arrays
WO2013152043A1 (en) 2012-04-02 2013-10-10 California Institute Of Technology Solar fuels generator
US9947816B2 (en) * 2012-04-03 2018-04-17 California Institute Of Technology Semiconductor structures for fuel generation
CN102637755B (zh) * 2012-04-28 2014-05-07 中山大学 一种纳米结构czts薄膜光伏电池及其制备方法
WO2013190646A1 (ja) * 2012-06-20 2013-12-27 株式会社日立製作所 太陽電池セルおよびその製造方法
CN102856430B (zh) * 2012-07-25 2015-04-22 常州大学 一种铁酸铋纳米线太阳能电池的制备方法
CN102891191A (zh) * 2012-09-29 2013-01-23 中国科学院半导体研究所 非晶硅中间带太阳能电池及其制备方法
US9553223B2 (en) 2013-01-24 2017-01-24 California Institute Of Technology Method for alignment of microwires
KR101590224B1 (ko) * 2013-04-11 2016-01-29 제일모직주식회사 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
GB2517186A (en) * 2013-08-14 2015-02-18 Norwegian University Of Science And Technology Radial P-N junction nanowire solar cells
CN108701653B (zh) * 2016-02-25 2022-07-29 株式会社索思未来 半导体集成电路装置
FR3048241B1 (fr) * 2016-02-29 2021-12-31 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation de nanofils de silicium et/ou de germanium
PL3484810T3 (pl) 2016-07-15 2024-02-19 Oned Material, Inc. Aparatura produkcyjna i sposób wytwarzania nanodrutów krzemowych na bazie proszków węglowych do zastosowania w bateriach
CN107331715B (zh) * 2017-07-03 2020-06-30 京东方科技集团股份有限公司 一种太阳能电池及其制作方法
US10490682B2 (en) 2018-03-14 2019-11-26 National Mechanical Group Corp. Frame-less encapsulated photo-voltaic solar panel supporting solar cell modules encapsulated within multiple layers of optically-transparent epoxy-resin materials
US11362229B2 (en) * 2018-04-04 2022-06-14 California Institute Of Technology Epitaxy-free nanowire cell process for the manufacture of photovoltaics
WO2020041522A1 (en) 2018-08-21 2020-02-27 California Institute Of Technology Windows implementing effectively transparent conductors and related methods of manufacturing
CN111863933B (zh) * 2019-04-29 2023-07-14 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5213628A (en) * 1990-09-20 1993-05-25 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
US5252142A (en) * 1990-11-22 1993-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Pin junction photovoltaic element having an I-type semiconductor layer with a plurality of regions having different graded band gaps
US5648675A (en) * 1994-09-02 1997-07-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor device with heterojunction

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0198196B1 (de) * 1985-04-11 1993-02-03 Siemens Aktiengesellschaft Solarzelle mit einem aus amorphen Silizium bestehenden Halbleiterkörper der Schichtenfolge p-SiC/i/n
JP3876021B2 (ja) * 1995-08-22 2007-01-31 松下電器産業株式会社 シリコン構造体、その製造方法及びその製造装置、並びにシリコン構造体を用いた太陽電池
JP3490964B2 (ja) * 2000-09-05 2004-01-26 三洋電機株式会社 光起電力装置
JP3702240B2 (ja) * 2002-03-26 2005-10-05 三洋電機株式会社 半導体素子及びその製造方法
AU2003279708A1 (en) * 2002-09-05 2004-03-29 Nanosys, Inc. Nanostructure and nanocomposite based compositions and photovoltaic devices
US7015640B2 (en) * 2002-09-11 2006-03-21 General Electric Company Diffusion barrier coatings having graded compositions and devices incorporating the same
US6969897B2 (en) * 2002-12-10 2005-11-29 Kim Ii John Optoelectronic devices employing fibers for light collection and emission
US20050072456A1 (en) * 2003-01-23 2005-04-07 Stevenson Edward J. Integrated photovoltaic roofing system
US20060207647A1 (en) * 2005-03-16 2006-09-21 General Electric Company High efficiency inorganic nanorod-enhanced photovoltaic devices
CA2612717A1 (en) * 2005-06-17 2006-12-28 Illuminex Corporation Photovoltaic wire
US7635600B2 (en) * 2005-11-16 2009-12-22 Sharp Laboratories Of America, Inc. Photovoltaic structure with a conductive nanowire array electrode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5213628A (en) * 1990-09-20 1993-05-25 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
US5252142A (en) * 1990-11-22 1993-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Pin junction photovoltaic element having an I-type semiconductor layer with a plurality of regions having different graded band gaps
US5648675A (en) * 1994-09-02 1997-07-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor device with heterojunction

Also Published As

Publication number Publication date
US20080135089A1 (en) 2008-06-12
JP2008177539A (ja) 2008-07-31
KR20080044181A (ko) 2008-05-20
CN101183689A (zh) 2008-05-21
EP1923918A2 (en) 2008-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101183689B (zh) 分级混合式非晶硅纳米线太阳能电池
US8003883B2 (en) Nanowall solar cells and optoelectronic devices
US7977568B2 (en) Multilayered film-nanowire composite, bifacial, and tandem solar cells
AU2007234548B8 (en) Amorphous-crystalline tandem nanostructured solar cells
AU2007211902B2 (en) Nanowires in thin-film silicon solar cells
CN101132028B (zh) 单个共形结纳米线光伏器件
US20070175507A1 (en) High efficiency photovoltaic cells
US20120125415A1 (en) Lightweight solar cell
CN114171615A (zh) 一种硅基多结太阳电池及其渐变缓冲层
JP5548908B2 (ja) 多接合太陽電池の製造方法
Hagar et al. A new approach for Multi junction solar cells from off the shelf individual cells: GaAs/Si
CN111129188A (zh) 一种柔性铟镓氮多层结构太阳能光伏器件及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120801

Termination date: 20121115