CN102308392A - 使用穿硅通孔的改进的光伏电池效率 - Google Patents

使用穿硅通孔的改进的光伏电池效率 Download PDF

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Abstract

一种光伏电池包括具有第一节点和第二节点的光伏层。第一传导层电耦合到所述光伏层的所述第二节点，使得所述第一传导层不阻挡光到达所述光伏层。第二传导层邻近于所述第一传导层但与所述第一传导层电绝缘，使得所述第二传导层定位于其不阻挡光到达所述光伏层的地方。至少一个穿硅通孔电耦合到所述光伏层的所述第一节点和所述第二传导层，但与所述光伏层和所述第一传导层的至少一部分电绝缘。

Description

使用穿硅通孔的改进的光伏电池效率
技术领域
本发明一般涉及光伏电池。更具体来说，本发明涉及通过使用穿硅通孔来减少光障碍。
背景技术
常规太阳能电池从例如太阳等光源接收能量，且将所述能量转化为电力。常规太阳能电池通常包括光伏层，光伏层接收可见光子且将那些光子转化为电力。为了增强效率，具有不规则表面的传导电极层(例如，由铟锡氧化物制成的传导电极层)已用来使更多光子偏转到光伏层中。在此布置中，金属迹线定位于光伏层的一侧上的电极层的顶部上，且金属层定位于光伏层的另一侧上。连接于光伏层的一侧上的金属迹线与另一侧上的金属层之间的负载提供用于所产生的电力的传导路径。在此布置中，在光伏电池的光接收侧上的金属迹线将阻挡一些光进入到光伏层中，且因此将降低太阳能电池的效率。
一种提高效率的方式已减小了金属迹线的大小，使得更多光子进入光伏层。然而，减小迹线大小还增大了太阳能电池的内阻，由此降低效率。另一解决方案已在不减小金属迹线的大小的情况下减小电极层的厚度，以减小由电极层吸收的光的量。然而，电极层的减小的厚度造成增大的内阻，且光继续被金属迹线阻碍。
因此，需要一种光伏电池结构，所述结构将减小金属迹线对光到光伏电池的障碍，且借此在不增大光伏电池的内阻的情况下提高光伏电池的效率。
发明内容
在一个实施例中，一种光伏电池包括具有第一节点和第二节点的光伏层。第一传导层电耦合到所述光伏层的所述第二节点。第二传导层邻近于所述光伏层的所述第二节点上的所述第一传导层而定位，但与所述第一传导层电绝缘，使得所述第二传导层将不阻挡光冲击所述光伏层的所述第一节点。至少一个穿硅通孔从所述光伏层的所述第一节点电耦合到所述第二传导层，其中所述穿硅通孔通过所述光伏层的主体和所述第一传导层，但与所述光伏层的所述主体和所述第一传导层电绝缘。
在另一实施例中，光折射层可耦合到所述光伏层的所述第一节点，以使光偏转到所述光伏层中。然而，因为所述穿硅通孔直接电耦合到所述第一节点，所以所述光折射层无需为电极层，且无需为传导的且因此可具有在不增大内阻的情况下减小光吸收的结构。
在又一实施例中，一种用于减小光到光伏电池的障碍的设备包括用于接收光且吸收所述光以在极化节点之间产生电力的装置。还包括用于传导来自所述光接收装置的第一极化节点的电力同时不会阻挡光到达所述光接收装置的第一装置。最后，用于传导来自所述光接收装置的第二极化节点的电力同时不会阻挡光到达所述光接收装置的第二装置包括于所述设备中。
在又一实施例中，一种减少到太阳能电池的被阻挡的光的方法包括定位具有第一节点和第二节点的光伏层。接着定位第一传导层，其邻近于所述光伏层的所述第二节点且电耦合到所述光伏层的所述第二节点，使得所述第一传导层不阻挡光到达所述光伏层。接着定位第二传导层，其邻近于所述第一传导层且与所述第一传导层电绝缘，使得所述第二传导层不阻挡光到达所述光伏层。最后，接着制造至少一个穿硅通孔，所述至少一个穿硅通孔经由所述光伏层和所述第一传导层在所述光伏层的所述第一节点与所述第二传导层之间，同时至少一个穿硅通孔与所述光伏层和所述第一传导层电绝缘。
前述内容已广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可更好地理解以下具体实施方式。在下文中将描述额外特征和优点，其形成本发明的权利要求书的标的物。所属领域的技术人员应了解，所揭示的概念和特定实施例可易于用作修改或设计用于执行本发明的相同目的的其它结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，此些等效构造并不脱离如所附权利要求书中所陈述的本发明的技术。当结合附图考虑时，将从以下描述更好地理解据信为本发明所特有的新颖特征(关于其组织和操作方法两者)连同其它目标和优点。然而，应明确理解，所述图中的每一者仅出于说明和描述的目的而提供，且无意作为对本发明的限制的定义。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现参考结合附图进行的以下描述。
图1为常规太阳能电池的横截面。
图2为如图1中所描绘的常规太阳能电池的俯视图。
图3为使用穿硅通孔的示范性光伏电池的横截面。
图4为如图3中所描绘的光伏电池的俯视图。
具体实施方式
图1为常规太阳能电池100的横截面，常规太阳能电池100包括光伏层102、金属层104、电极层106和金属层108。金属层104电耦合到光伏层102的底部节点102b，且电耦合到负载116。电极层106常规上由铟锡氧化物材料构成，所述铟锡氧化物材料为约90％的In2O3和10％的SnO2。电极层106电耦合到光伏层102的光接收顶部节点102a。电极层106为传导层，其使光偏转到光伏层102中以增加电力产生。电极层106常规上包括带扇形边的表面，因此光子112a和光子114b以一角度穿透电极层106，从而被反射离开所述表面(例如，光子112b和光子114b)或被偏转到光伏层102中并被吸收。具有例如金属迹线108a和108b的金属迹线(或电导线)的金属层108定位于电极层106上方且与电极层106呈导电关系。
图2为如图1中所描绘的太阳能电池100的俯视图，所述俯视图展示具有其安置于电极层106(图1)上的金属迹线108a、108b、108c和108d的金属层108，电极层106与光伏层102的光接收顶部节点102a呈导电关系。金属层108具有定义为Y metal的y轴尺寸，和定义为X metal的x轴尺寸。而且，光伏层102具有定义为Y cell的y轴尺寸，和定义为X cell的x轴尺寸。到电极层106(图1)的常规金属连接被配置为金属网，所述金属网覆盖光伏层102上的区域，且具有阻止光冲击光伏层102的迹线108a、108b、202、204。可使用公式(X metal*(Y cell+Ymetal)+X cell*Ymetal)/((Y cell+Ymetal)*(X cell+X metal))来估计被常规金属网阻挡的光子。结果为太阳能电池100的被金属层108阻挡的表面积的比率的估计。光伏层102的光接收顶部节点102a的被金属迹线108a、108b、202、204阻挡的面积越大，所产生的电力越少且光伏层102的效率将越低。
图3为具有穿硅通孔的示范性光伏电池300的横截面，所述穿硅通孔延伸穿过光伏层302，且因此减小侧面的将被常规太阳能电池的金属迹线阻挡的面积。当可见光子冲击光伏电池300时，形成互补的电荷且在相反方向上流动穿过光伏层302，从而导致极化的节点(例如，正极和负极)。光伏电池300包括光伏层302，光伏层302具有例如光接收顶部节点302a和与光接收顶部节点302a相对的底部节点302b的极化节点。尽管描述顶部节点和底部节点，当然其它定向也是可能的。在一些实施例中，光伏层302由半导体材料制成，所述半导体材料例如为硅(Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)，和二硒化铜铟(CuInSe2)。第一传导层303电耦合到光伏层302的底部节点302b。第二传导层304定位于其将不阻挡任何光到达光伏层302的地方。举例来说，第二传导层304可邻近于第一传导层303而定位，但与第一传导层303电绝缘。因为第二传导层304邻近于第一传导层303，所以第二传导层304的表面区域可为连续的，此减小了第二传导层304的内阻，因此改进了效率。第一传导层303和第二传导层304可由例如金属等传导材料制成。第一传导层303和第二传导层304两者电耦合到负载318，使得负载318可促进第一传导层303与第二传导层304之间的电流流动。
在一些实施例中，例如穿硅通孔(TSV)的至少一个通孔电耦合到第二传导层304和光接收顶部节点302a，因此由光伏层302产生的电力行进穿过光伏层302的主体到达第二传导层304。穿硅通孔306和308可具有倾斜轮廓(例如，由于湿式蚀刻工艺)。穿硅通孔306和308可为经由光伏电池300传导电力的任何传导材料，例如金属或硅材料。穿硅通孔306和308中的每一者分别具有电耦合到光接收顶部节点302a的第一末端306a、308a。因为第一末端306a和308a的占据面积实质上小于如图1中所示的金属层108的占据面积，所以阻挡较少的光进入光伏层302，借此增加光伏层302的电力产生容量。而且，穿硅通孔306和308分别具有电耦合到第二传导层304的第二相对末端306b和308b。每一穿硅通孔可经由光伏层302和第一传导层303从光伏层302的光接收顶部节点302a延伸到第二传导层304，使得在光接收顶部节点302a与第二传导层304之间存在传导路径320和322。传导路径320和322不限于如图3中所描绘的垂直配置，而是可水平地或以任何其它斜率进行配置。包括传导路径320和322的穿硅通孔306和308与光伏层302和第一传导层303电绝缘(即，隔离)。此外，可跨光伏层302布置多个穿硅通孔，由此在光伏层302的顶部表面上提供电接触点。
光折射层314定位于光接收顶部节点302a上以使光偏转到光伏层302中，且减小被反射光(例如，光子316b)的量。在另一实施例中，光折射层314电耦合到光接收顶部节点302a。具有半透明性质的光折射层314可使可见光子(例如，光子316a)偏转到光伏层302中，且将所产生的电力从光伏层302电传导到如下文在图4中描述的穿硅通孔阵列400。此外，光折射层314可由铟锡氧化物材料制成，或由其它传导材料制成。此外，使穿硅通孔相对彼此靠近地间隔开减小了内阻，由此允许减小光折射层314的厚度，使得更多光可穿透光伏层302。
到光折射层314的穿硅通孔连接减小或消除了在光伏层302上方存在金属化要求的需要，这是因为穿硅通孔可提供穿过光伏层302的主体到第二传导层304的通道。举例来说，替代如图2中所展示使金属迹线定位于光伏电池300的顶部上，光接收顶部节点302a与第二传导层304之间的任何电连接将会行进穿过穿硅通孔306和308，同时减小光接收顶部节点302a的阻碍光进入光伏层302的面积，以便改进效率。尽管术语“穿硅通孔”包括词“硅”，但应注意，穿硅通孔不一定以硅建构。而是，材料可为任何装置衬底材料。在一些实施例中，光伏电池300和上述元件可变化，且不限于所提供的功能、结构、配置、实施方案或实例。
图4为光伏电池300(图3)的俯视图，所述光伏电池300包括具有电耦合到光接收顶部节点302a(图3)的穿硅通孔306、307、308和309的光伏层302。穿硅通孔306、307、308和309在光伏层302上彼此处于导电关系，这对穿硅通孔之间的内阻具有影响。穿硅通孔可沿光伏层302的光接收顶部节点302a以彼此隔开的关系进行定位，由此形成穿硅通孔阵列400。穿硅通孔阵列400提供光伏层302与光折射层314之间的任何所要数目个电接触点，以提供到第二传导层304的更多传导路径，因此改进效率。此外，可通过使穿硅通孔彼此更靠近而隔开或增加第二传导层304(图3)的表面积来减小光伏电池300的内阻。每一穿硅通孔之间的间距可根据可由设计要求允许的内阻的量来调整。在一些实施例中，穿硅通孔阵列400和上述元件可变化，且不限于所提供的功能、结构、配置、实施方案或实例。
尽管已详细描述了本发明和其优点，但应理解，在不脱离如由所附权利要求书界定的本发明的技术的情况下，可在本文中作出各种改变、替换和更改。此外，本申请案的范围无意限于说明书中所描述的工艺、机器、产品、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如所属领域的技术人员将容易从本发明了解，根据本发明，可利用当前存在或稍后将开发的执行与本文中所描述的对应实施例实质上相同的功能或实现实质上相同的结果的工艺、机器、产品、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书意欲在其范围内包括此些工艺、机器、产品、物质组成、手段、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种光伏电池，其包含：
光伏层，其具有第一节点和第二节点；
第一传导层，其电耦合到所述光伏层的所述第一节点，使得所述第一传导层不阻挡光到达所述光伏层；
第二传导层，其邻近于所述第一传导层但与所述第一传导层电绝缘，所述第二传导层经定位以使得所述第二传导层不阻挡光到达所述光伏层；以及
至少一个穿硅通孔，其电耦合到所述光伏层的所述第一节点和所述第二传导层两者，所述穿硅通孔与所述光伏层和所述第一传导层的至少一部分电绝缘。
2.根据权利要求1所述的光伏电池，其进一步包含光折射层，所述光折射层使所述光偏转到所述光伏层中，且邻近于所述光伏层的所述第一节点。
3.根据权利要求2所述的光伏电池，其中所述光折射层为电耦合到所述光伏层和至少一个穿硅通孔的电极层。
4.根据权利要求1所述的光伏电池，其中所述穿硅通孔从所述光伏层的所述第一节点延伸穿过所述光伏层和所述第一传导层到达所述第二传导层，且提供从所述第一节点到所述第二传导层的传导路径。
5.一种太阳能电池，其包含：
光伏层，其具有光接收顶部节点和底部节点；
电极层，其邻近于所述光伏层的所述光接收顶部节点且电耦合到所述光伏层的所述光接收顶部节点，且使光偏转到所述光伏层中；
第一传导层，其电耦合到所述光伏层的所述底部节点；
第二传导层，其邻近于所述第一传导层且与所述第一传导层电绝缘，使得所述第二传导层不阻挡任何光到达所述光伏层；以及
至少一个穿硅通孔，其穿过所述光伏层和所述第一传导层电耦合于所述光伏层的所述光接收顶部节点与所述第二传导层之间，但与所述光伏层和所述第一传导层电绝缘。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述穿硅通孔进一步包含第一末端，所述第一末端暴露于所述光接收顶部节点处且电耦合到所述电极层。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述穿硅通孔以导电关系相对于另一穿硅通孔而间隔开，因此形成穿硅通孔阵列。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述电极层进一步包含铟锡氧化物。
9.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中所述电极层吸收从所述至少一个穿硅通孔反射的光。
10.根据权利要求5所述的太阳能电池，其进一步包含负载，所述负载促进所述第一传导层与所述第二传导层之间的电流流动。
11.一种用于减少光到光伏电池的障碍的设备，其包含：
用于接收光且吸收所述光以在极化节点之间产生电力的装置；
用于传导来自所述光接收装置的第一极化节点的电力同时不阻挡光到达所述光接收装置的第一装置；以及
用于传导来自所述光接收装置的第二极化节点的电力同时不阻挡光到达所述光接收装置的第二装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述用于传导电力的第一装置进一步包含用于穿过所述光接收装置将传导层电耦合到所述第一极化节点的装置，所述电耦合装置与所述光接收装置电绝缘。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述电耦合装置进一步包含穿硅通孔。
14.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含用于使光偏转到所述光接收装置中的装置。
15.一种减少到太阳能电池的被阻挡的光的方法，其包含：
定位具有第一节点和第二节点的光伏层；
定位第一传导层，其邻近于所述光伏层的所述第二节点且电耦合到所述光伏层的所述第二节点，使得所述第一传导层不阻挡光到达所述光伏层；
定位第二传导层，其邻近于所述第一传导层且与所述第一传导层电绝缘，使得所述第二传导层不阻挡光到达所述光伏层；以及
穿过所述光伏层和所述第一传导层在所述光伏层的所述第一节点与所述第二传导层之间制造至少一个穿硅通孔，所述至少一个穿硅通孔与所述光伏层和所述第一传导层电绝缘。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含定位电极层，所述电极层邻近于所述光伏层的所述第一节点且电耦合到所述光伏层的所述第一节点，以使光偏转到所述光伏层中。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述第二传导层制造到至少所述第一传导层的大小以减小所述电极层的厚度。
18.根据权利要求15所述的方法，其中制造至少一个穿硅通孔进一步包含使至少一个穿硅通孔以导电关系相对于至少一个其它穿硅通孔而间隔开，以形成穿硅通孔阵列。
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