CN108352421B - 具有通过载流子选择性触点互连的多个吸收体的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

描述了一种串联式太阳能电池结构，其具有以下特征：(a)具有由不同材料制成的至少两个不同吸收体(104,108)的用于光伏能量转换的单体结构，(b)吸收体(108)由晶体硅构成，(c)在硅吸收体(108)的面对相邻的吸收体(104)的一侧上的布置有载流子选择性触点，(d)载流子选择性触点由薄的界面氧化物107和施加到其上的主要由p掺杂(106)或者n掺杂(201)的硅构成的非晶、部分结晶或多晶层配置而成。由层107和106或201构成的载流子选择性触点保证了晶体硅吸收体108的优异表面钝化和在整个表面上从后者选择性地提取载流子类型。因此实现垂直电流流动，使得在每个子电池中不需要横向电导率。通过层106或201的高度掺杂可以形成与相邻层的隧道接触。层106或201的厚度和/或掺杂可被用来匹配各个子电池中的发电电流。层107、106或201的温度稳定性允许在>400℃的温度应用随后的生产步骤。

Description

具有通过载流子选择性触点互连的多个吸收体的太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池，尤其涉及具有多个吸收体的串联式太阳能电池。
背景技术
太阳能电池被用于使用光电效应将太阳光的能量转换为的电能。然而，根据吸收体材料，只有某一部分的太阳光谱可以被有效利用。例如，如果吸收体由半导体材料制成，则能量低于带隙的光子可能无法直接促成电子-空穴对的产生，因此几乎不被吸收。能量远高于带隙的光子产生电子-空穴对，但来自激发的高能量状态的电子和空穴在能带边缘附近热化成低能态，并且其中以热量形式释放能量差。
使高能量和低能量光子区域中的这两种损失机制最小化的一种方式是使用由不同材料制成的两个或更多个吸收体，它们将来自太阳光谱的不同区域的辐射能量有效地转换为电能。有效地使用高能量光子进行光伏能量转换并且将较低能量的光子有效地传输到下面的吸收体的一个或多个吸收体位于太阳能电池的面对太阳照射的一侧。
这种被称为串联式太阳能电池或多结电池的太阳能电池结构早已为人所知，例如从US4,496,788中已知，并且已经在高效空间太阳能电池领域或地面太阳能电池领域中被商业化，其中太阳光通过光学器件聚集到一个小区域。
还希望能够将串联式太阳能电池用于地面非聚光光伏应用。然而，为了实现这一点，必须显著降低常规串联式太阳能电池的高制造和材料成本。为此目的，串联式太阳能电池可以基于相对便宜和相对高效的(单或多)晶体硅太阳能电池，即由硅晶体以外的材料制成的一个或多个吸收体可被用于硅吸收体。允许对能量低于1.12eV的硅带隙的光子进行光伏能量转换的材料将是可能的，其中这样的吸收体将被应用到硅吸收体的背对太阳照射的一侧。或者，由有效地透射能量低于1.4eV的光子并有效地使用更高能量光子进行光伏能量转换的材料制成的吸收体可以被应用到硅吸收体的面对太阳照射的一侧。
只有一个pn结的硅太阳能电池正在不断进一步发展。通过改善表面钝化质量可以实现能量转换效率的显著提高。诸如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氧化铝(Al2O3)之类的电介质钝化层电绝缘各自覆盖区域，使得需要额外的非钝化触点来提取载流子。典型地，金属局部地直接接壤晶体硅，形成有缺陷的并因此具有高度复合活性的界面。相反，所谓的载流子选择性触点不仅可以极好地钝化被它们覆盖的表面，而且还可以选择性地从这些区域中的硅吸收体提取一种载流子类型，即电子或空穴。
术语“载流子选择性触点”包括不同的实施方案。在硅光伏领域最为人所知的是非晶富氢硅和晶体硅吸收体之间的异质结。然而，这些异质结的电学性质在200℃以上的温度通常会严重退化。从近年来在光伏技术中被越来越多地研究的双极电子器件中获知的替代方案是由薄的界面氧化物(或者更一般地来自界面电介质)和沉积在其上的掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层构成的载流子选择性触点。界面氧化物部分也称为隧道氧化物，其中穿过氧化物的主要物理电流传输机制仍然是当前科学辩论的主题。根据界面氧化物上的非晶或部分结晶或多晶硅层是n掺杂还是p掺杂，载流子选择性触点对于电子或空穴是透明的或可渗透的并且将另一种载流子阻挡在氧化物和硅吸收体之间的界面附近。由薄的界面氧化物和沉积在其上的掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层构成的载流子选择性触点在高达至少1050℃的工艺温度通常是稳定的。它们优异的钝化质量通常独立于其上的层的类型。
发明内容
可能需要高效率并且/或者可以容易且廉价地制造的串联式太阳能电池。
具体而言，可能需要设计将晶体硅作为吸收体材料的串联式太阳能电池，使得硅吸收体的面对另一吸收体的表面被非常好地钝化，从而在硅吸收体中产生的电子和空穴在硅吸收体的该表面上的复合被最小化，而与该钝化层相邻的层的性质无关。
可能需要设计将晶体硅作为吸收体的材料的串联式太阳能电池，使得一种类型的载流子可以在硅吸收体的面对另一吸收体的表面上被非常有效地提取，从而主要由硅吸收体构成的子电池很好地电连接到相邻的子电池。
还可能需要在主要由晶体硅吸收体构成的子电池和主要由另一种吸收体材料构成的子电池之间形成隧道接触。
还可能需要设计将晶体硅作为吸收体的材料的串联式太阳能电池，从而还另外可以精细调节在子电池中产生的电流密度。
还可能需要在将晶体硅作为吸收体的材料的串联式太阳能电池的制造过程中使用某些步骤意味着工艺温度高于200℃的制造工艺。
本申请的独立权利要求的主题可满足基本需要。本申请的至少一个从属权利要求的主题可以满足所提出的其它需要。
根据本发明的一个方面，描述一种串联式太阳能电池结构，其具有至少两个用于将辐射能量转换成电能的吸收体，第一吸收体由晶体硅构成。一个或多个其他(第二)吸收体可以由多种材料制成，其中每个有效地使用太阳光谱的其他光谱范围来进行光伏能量转换。该串联式太阳能电池是单体式的，即各个子电池串联连接并且它们的吸收体优选地基本上彼此平行地堆叠。晶体硅吸收体的面对由晶体硅以外的材料制成的相邻吸收体的一侧具有载流子选择性触点。如果晶体硅吸收体嵌入在由其他材料制成的两个吸收体之间，则硅吸收体的两侧都具有载流子选择性触点。根据本发明，载流子选择性触点由薄的界面电介质(例如，界面氧化物)，例如仅有几纳米厚的二氧化硅层，和沉积在其上的主要由硅(即，超过50％)构成的非晶或部分结晶或多晶层构成。后者可以是例如n掺杂的，由此载流子选择性触点将会有效地将在硅吸收体中产生的电子传输到相邻层并且将在硅吸收体中产生的空穴阻挡在硅吸收体和界面氧化物之间的界面附近。或者，主要由硅构成的非晶或部分结晶或多晶层可以是p掺杂的，由此载流子选择性触点将会有效地将在硅吸收体中产生的空穴传递到相邻层并且将在硅吸收体中产生的电子阻挡在硅吸收体和界面氧化物之间的界面附近。
如果主要由硅构成的非晶或部分结晶或多晶层被充分掺杂，则可在该层与相邻层之间形成隧道接触。
在不限制本发明的情况下，可以将各方面和实施例视为基于以下描述的知识和想法等。
如背景技术部分中所指出的，已经认识到，对于地面非聚光或低聚光应用，可以使用低成本的串联式太阳能电池概念，例如，单体地建立在诸如硅晶片之类的相对低成本的硅基底上。认为将硅基底不仅用作机械载体而且还用作串联式太阳能电池结构中的至少两个活性吸收体之一是有利的。可以认为晶体硅与属于由另一种材料制成的相邻子电池的相邻层之间的界面具有高密度的界面态。例如，如果后一层也是晶体的，则它可以具有与硅不同的晶格常数。即使与晶体硅相邻并且属于由另一种材料制成的相邻子电池的层具有非晶微结构，在该层与晶体硅之间的界面处的高缺陷密度状态也很可能存在。
在这些界面状态下，在硅吸收体中产生的包括电子和空穴的载流子对可能会复合，这将显著降低电池性能。
现在已经认识到，将晶体硅与属于由另一种材料制成的相邻子电池的相邻层之间的界面钝化，即将界面态密度以及由此导致的复合损失最小化将是有利的。沉积在晶体硅上的通常用于仅具有一个晶体硅吸收体的太阳能电池中的钝化的电介质层对于根据本发明的太阳能电池结构是不利的。在全表面沉积中，这种电介质层将使硅子电池与相邻的子电池电绝缘，这将不能确保所有子电池所需的高导电性连接。通常用于仅具有一个晶体硅吸收体的太阳能电池的电介质绝缘层的局部开口将意味着子电池内的横向电流流动。在根据本发明的太阳能电池结构中，至少在由硅之外的材料制成的通常非常薄的子电池中，一般不给出在所有子电池中两种载流子-电子和空穴-为此所需的横向电导率。
由例如薄的界面氧化物和沉积在其上的主要由硅构成的掺杂的非晶或部分结晶或多晶层构成的载流子选择性触点，其位于硅吸收体的面对相邻子层的表面上，这在方面具有决定性的优势：一方面，它确保了硅吸收体表面的优异钝化，并因此将这里发生的复合损失降至最低。另一方面，这种载流子选择性触点还在整个表面上将一种类型的载流子，即在界面氧化物上的非晶或部分结晶或多晶硅层是n掺杂的情况下的电子和p掺杂情况下的空穴，传递到相邻子电池。因此，电流流动优选地完全垂直地发生，并且在每个子电池中不需要对于两种类型的载流子的横向电导率。
还认识到，在串联式太阳能电池的单体结构的情况下，子电池的通过隧道接触的高导电连接是有利的。为此目的，形成隧道接触的相邻层中的高掺杂是有利的，因为高掺杂意味着小的空间电荷区宽度以及因此高的隧穿概率。为了满足在硅子电池一侧的该要求，硅吸收体可以在其表面被高度掺杂。然而，直接引入晶体硅中的高掺杂也意味着显著的复合损失，因为由于俄歇复合，高掺杂范围内的少数载流子寿命非常短。
这里直接应用到硅吸收体表面的载流子选择性触点，其例如由薄的界面氧化物和沉积在其上的掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层构成，也具有明显的优点：由于少数载流子已经被阻挡在硅吸收体和界面氧化物之间的界面处，所以它们不会到达沉积在其上的非晶或部分结晶或多晶硅层。因此后一层中的少数载流子寿命是不相关的。因此，非晶或部分结晶或多晶硅层的掺杂可以足够高(即，例如高于1018cm-3，优选高于1019cm-3，并且进一步优选高于1020cm-3)以确保与相邻子电池的导电隧道接触而不会由此意味着由于该层中的俄歇复合造成的损失。
还认识到，在单体式构造的串联式太阳能电池中，其对应于所有子电池的串联连接，穿过所有子电池的电流强度必须相同。这需要以各子电池中的发电电流相等的方式设计各个子电池。如果不是这种情况，则该串联式电池内会有不希望的补偿电流流过，这可能会显著削弱电池性能。要求精确调整所有子电池中的发电电流。进一步的边界条件可以设定限制，例如由晶体硅以外的材料制成的子电池的有限最大厚度。
根据本发明的实施例，可以有利地将非晶或部分结晶或多晶硅层的厚度和/或掺杂作为额外自由度用于精细调节发电电流。根据厚度和掺杂，可以使用相长干涉或相消干涉将一些入射辐射反射回到晶体硅以外的材料的子电池中，或者将其专门传输到硅子电池中。根据掺杂和厚度，吸收发生在该非晶或部分结晶或多晶硅层中，例如结合较高能量状态的自由载流子的激发。这种光不再用于在硅吸收体中产生电子空穴对，从而减少了硅子电池中的发电电流。这种减少对应于光学损失。然而，对于电池的整体性能，接受该光损失可能是有利的，以最小化由于各个子电池中的发电电流的偏差导致的电损失。
还认识到，利用其他载流子选择性触点，即利用由薄的界面氧化物和沉积在其上的主要由硅构成的掺杂的非晶或部分结晶或多晶层构成的双层的替代方案，也可以实现上述优点。
例如，晶体硅吸收体和沉积在其上的含氢非晶硅层之间的异质结具有类似的性质，特别是关于优异的表面钝化。
然而，由沉积在薄的界面氧化物上的主要由硅构成的掺杂的非晶或部分结晶或多晶层构成的载流子选择性触点为集成到电池生产工艺中提供了重要优点：这些载流子选择性触点的电学性质对于温度是非常稳定的，因此允许应用工艺温度高达1000℃及以上的后续工艺步骤。相反，晶体硅吸收体和沉积在其上的含氢非晶硅层之间的异质结在高于200℃的温度就已经退化，这意味着对串联式太阳能电池的可能制造工艺的严格限制。
还认识到，根据本发明的串联式太阳能电池结构对于不是由晶体硅构成的子电池的可能的材料提供了很大的灵活性。具有III-V、II-VI和I-III-VI族化合物半导体吸收体的子电池，具有钙钛矿吸收体的子电池，以及具有锗或非晶硅吸收体的子电池是可以想象的。在所有情况下，在硅吸收体的朝向相邻吸收体的表面上沉积由薄的界面氧化物(或者视情况可以是另一种界面电介质)和沉积在其上的主要由硅构成的掺杂的非晶或部分结晶或多晶层构成的载流子选择性触点可能是有利的，因为其电学和光学性质与相邻层的类型无关。
附图说明
从以下对示例性实施例的描述并参照附图，本发明的其他特征和优点对于本领域技术人员变得显而易见，其中，描述和附图均不被解释为对本发明的限制。
图1和图2示出根据本发明的可能实施例的串联式太阳能电池的示意图。
图中所示的细节只是示意性说明，并不是按比例复制的。具体来说，所示的层厚度和比例不对应于施加到基底的层远薄于图中所示的层的实际情况。
具体实施方式
图1示出根据本发明的两个优选实施例中的第一个的串联式太阳能电池的示意图。
如图1所示，该串联式太阳能电池具有由不同材料制成的两个不同吸收体104,108。或者，可以使用三个以上的不同吸收体材料。无论哪个情况，根据本发明，第一吸收体由硅制成(图1中的108)。
硅吸收体108例如可以是由晶体硅，特别是单晶硅或多晶硅制成的晶片。如果需要，从硅吸收体108的表面除去锯损伤。硅吸收体108的厚度通常在30-500μm，优选在50-300μm的范围内。横向尺寸通常在0.1×0.1cm2至200×200cm2的范围内。硅吸收体108可以是p掺杂的，n掺杂的或者未掺杂的或者本征的。硅吸收体108优选具有相同掺杂类型，即在其整个厚度上p掺杂，在其整个厚度上n掺杂或在其整个厚度上未掺杂或本征的。掺杂浓度可以在厚度上变化。如图1所示，硅吸收体108的可能的表面形态是平面的正面和背面。或者，例如，硅吸收体的正面和/或背面可以是纹理化的。
第二吸收体104由硅以外的材料制成。在图1所示的本发明的实施例中，制成第二吸收体104的材料将能量高于1.12eV的硅带隙但低于例如1.2-2.2eV或1.2-1.9eV，优选1.4-1.8eV的能量的光子很大程度上透射到下面的硅吸收体108，并且有效地吸收具有更高光子能量的光并使用它来产生电子-空穴对。或者，制成吸收体108的材料也可以吸收具有低于1.12eV的硅带隙的光子能量的光，并使用它来产生电子-空穴对，在这种情况下，与图1不同，第二吸收体104将位于硅吸收体108的远离照射100的一侧。
根据图1所示的本发明实施例的第二吸收体104的可能材料是具有比硅更高带隙的半导体，例如来自III-V、II-VI和I-III-VI族材料的化合物半导体，最高被占能级和最低未占能级之间的能量距离高于1.3eV的有机材料，以及例如来自钙钛矿类材料的有机和无机物质的混合物。第二吸收体104的厚度应适应各自的材料，其中关于吸收体104的厚度，吸收体104中少数载流子的扩散长度意味着上限，对光的有效吸收的要求意味着下限。例如，来自具有直接带隙的III-V族半导体材料的第二吸收体104，吸收体104的厚度将在0.05-50μm的范围内，优选地在0.5μm-5μm的范围内。来自钙钛矿类材料的第二吸收体104的优选厚度将在0.05μm-3μm的范围内。第二吸收体可以具有相同的掺杂类型，即在其整个厚度上进行p掺杂，在其整个厚度上进行n掺杂，或者在其整个厚度上不掺杂或者是本征的。掺杂浓度可以在厚度上变化。
本发明的核心是与硅吸收体108相邻的双层，例如在图1所示的p掺杂的实施例的情况中，该双层由薄的界面氧化物107和非晶或部分结晶或多晶硅层106构成。层107和108一起形成所谓的载流子选择性触点。在图1的实施例中，该载流子选择性触点对于在硅吸收体108中产生的空穴是透明的并且将它们有效地传递到上面的层。然而，在图1的实施例中，在硅吸收体108中产生的电子被阻挡在硅吸收体108和界面氧化物107之间的界面附近或该界面处，并且因此不能进入上面的层。这使得在覆盖有层107,106的硅吸收体的表面上的复合损失最小化，而与上面布置的层的性质无关。由双层107,106构成的载流子选择性触点位于硅吸收体108的面对另一吸收体104的一侧。如果不同于图1所示，另一吸收体104位于吸收体108的背对光的一侧，或者如果在那里存在第三吸收体，则硅吸收体108的背对光的一侧也将受这种载流子选择性触点限制。
在文献中界面氧化物107被部分称为隧道氧化物，其中载流子穿过该氧化物的传输不一定必须基于隧穿。界面氧化物107可以以各种方式施加到硅吸收体108。例如，可以考虑热氧化、湿化学氧化、在臭氧存在下通过辐照氧化、以及化学气相沉积工艺。界面氧化物107的优选厚度在0.5-5nm范围内。非晶或部分结晶或多晶硅层106也可以使用各种工艺来沉积。由等离子体激发或热激发支持的化学气相沉积工艺适合于此目的。诸如溅射或含硅材料的印刷或旋涂的替代工艺也可用于沉积非晶或部分结晶或多晶硅层106。图1中所示实施例中所需的层106的p掺杂可为在沉积过程中或随后原位进行。诸如从气相的热扩散、进行随后修复的离子注入或通过印刷工艺或旋涂并且随后进行热驱动的掺杂剂施加等工艺可用于随后的掺杂。非晶或部分结晶或多晶硅层106中的掺杂剂浓度应该优选大于1018cm-3以允许产生与上面的层105的隧道接触。在这种情况下，上面的层105用于从第二吸收体104提取电子，并且通常与非晶或部分结晶或多晶硅层106相反地掺杂。为了允许隧穿，可以将上面的层105掺杂至与非晶或部分结晶或多晶硅层106类似的程度，即掺杂浓度可以优选大于1018cm-3。非晶或部分结晶或多晶硅层106的厚度通常在5-1000nm范围内，优选在10-300nm范围内。其可以被特别地改变以通过改变层106中的干涉和/或吸收来使在硅吸收体108中产生的电流密度适应在吸收体104中产生的电流密度。硅层106是非晶，部分结晶还是多晶取决于该层的沉积条件和/或热处理，层106的微结构通常与所讨论的本发明无关。
除了详细描述的这些部件之外，根据图1的串联式太阳能电池可以具有其他结构，其确切设计与本发明无关。这些是根据图1：
-层103用于从吸收体104提取空穴，层105用于从吸收体104提取电子。这些可以是例如合适掺杂的半导体层，特别是如果吸收体104本身由半导体材料或与吸收体104形成异质结的具有合适的电子结构或合适的能带调整的材料制成的话。在图1所示的本发明的实施例中，用于从吸收体104提取电子的层105与载流子选择性触点107,106相邻，该载流子选择性触点对于来自硅吸收体108的空穴是透明的。隧道接触形成在p掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层106和层105之间，用于从吸收体104提取电子。层105本身可以具有高选择性，即其可以对吸收体104中产生的电子是透明的或可渗透的，阻挡在吸收体104中产生的空穴，并因此使被层105覆盖的吸收体104的一侧上的复合最小化。
-层105和层103对于宽范围的太阳光谱中的光都应该尽可能透明。
-层109用于从硅吸收体108提取电子。其可以例如由n型掺杂的晶体硅构成，并且如图1所示，覆盖硅吸收体108的整个背面，或者只限于背面触点111的区域。或者，层109也可以由几个子层构成，例如，界面氧化物和n掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层。层109的进一步的实现可能性是晶体硅以外的半导体材料，其与硅吸收体108形成具有合适能带结构的异质结。具有合适电子性质的有机层也是可能的。
-层102减少在太阳能电池正面的反射和/或使其钝化。其对于整个太阳光谱中的光应该尽可能透明。
-层110增加在太阳能电池背面的内部反射和/或使其钝化。其可以是电介质层或电介质层的堆叠，例如氧化硅，氮化硅或氧化铝。硅吸收体的背面的结构化以增加内部反射也是可以想象的。
-正面金属化部101以及背面金属化部111。虽然正面金属化部101，如果其不是由透明材料制成的话，不能被施加在整个表面上，但是不同于图1所示的全表面的背面金属化部是完全可能的。可能的材料是高导电金属，如铜，银，金，铂，镍，钛，钯和铝，它们可能与其他部件结合以改善与层103和110的接触。
可以考虑到，这些结构的特殊设计同时承担了多个功能，使得单独的结构变得多余。例如，用于从吸收体104提取空穴的层103可以同时减少太阳能电池正面的反射，使得层102是多余的。
层102,103,104,105的可能的生产工艺强烈依赖于所使用的材料。如果这些层中的一层由半导体材料构成，则其可以通过溅射，蒸发，分子束外延，化学气相沉积或其他工艺直接沉积到下面的层上。或者，吸收体104(可能与层105,103,102,101中的一个或多个一起)可以单独制造，并且随后机械地，电学地和光学地连接到下面的层。诸如键合(bonding)但是也利用导电的透明粘合剂粘合的方法可用于此目的。如果其中一个层由有机材料或来自钙钛矿类的材料构成，则附加沉积工艺如旋涂和各种印刷工艺是可能的。作为规则，这些制造工艺与特定温度预算相关，例如工艺温度高于200℃。由薄的界面氧化物107和p掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层106构成的载流子选择性触点的电学性质即使在高达1100℃的工艺温度下也不一定退化这一事实使得能够应用层105,104,103,102的受温度影响的制造工艺。
图2示出根据本发明的两个优选实施例中的第二个的串联式太阳能电池的示意图。
与图1所示实施例的实质区别在于非晶或部分结晶或多晶硅层201不像层106那样p掺杂，而是n掺杂。这使得由界面氧化物107和n掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层201构成的载流子选择性触点对于在硅吸收体108中产生的电子而言是透明的或可渗透的并且将它们有效地传递到上面的层。然而，在图2所示的实施例中，在硅吸收体108中产生的空穴被阻挡在硅吸收体108和界面氧化物107之间的界面附近或该界面处，并因此不能进入上面的层。这使得在覆盖有层107,201的硅吸收体的表面处的复合损失最小化，而与上面的层的性质无关。就层厚度、掺杂和制造工艺而言，n掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层201与p掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层106相同，因此这方面请参考上面给出的详细描述。
根据图2所示的本发明的实施例，在硅吸收体108的背对光的一侧上，提取在吸收体108中产生的空穴是必要的。该任务由层202执行。该层可以例如由p掺杂的晶体硅构成，并且如图2所示，覆盖硅吸收体108的整个背面，或者可以仅限于背面触点111的区域。或者，层202也可以由几个子层构成，例如，界面氧化物和p掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层。实现层201的其他可能性是晶体硅以外的半导体材料，其硅吸收体108形成具有合适能带结构的异质结。具有合适电子性质的有机层也是可能的。
此外，与图1相比，图2中用于从吸收体104提取空穴的层103和用于从吸收体104提取电子的层105的位置被交换。用于从吸收体104提取空穴的层103现在位于吸收体104的背对光的一侧并因此直接与n掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层201接壤。根据图2所示的本发明的实施例，在层201和层103之间可以形成隧道接触。层103,105的不同实现可能性与上面给出的两层的描述相同。
最后，本发明的可能方面如下所述：
1.一种太阳能电池，包括至少两个不同吸收体材料(104和108)，用于通过在不同的光谱范围内吸收而将辐射能量转换成电能，其中：
(a)所述太阳能电池配置为单体，
(b)吸收体108由晶体硅构成，
(c)在硅吸收体108的朝向相邻的吸收体104的一侧上具有载流子选择性触点，所述载流子选择性触点对于一种类型载流子，空穴或电子，比对于另一种类型载流子更易透过，并且很好地钝化硅吸收体108的相应表面，
(d)所述载流子选择性触点由薄的界面氧化物107和施加于其上的主要由p掺杂(106)或者n掺杂(201)的硅构成的非晶、部分结晶或多晶层形成。
2.根据方面1的太阳能电池，其中非晶、部分结晶或多晶硅层被高度p掺杂或高度n掺杂，并且因此使得与施加于其上的层(105或103)形成隧道接触。
3.根据方面1的太阳能电池，其中通过调节层厚度和/或掺杂来选择性地调节非晶、部分结晶或多晶硅层(106或201)中的干涉效应和/或光吸收，以使在硅吸收体108中产生的电流密度与在叠加的吸收体104中产生的电流密度匹配。
4.根据方面1的太阳能电池的制造工艺，其中由薄的界面氧化物107和施加于其上的主要由硅构成的非晶、部分结晶或多晶层(106或201)构成的载流子选择性触点的电学性质高于400℃的工艺温度的稳定性对于应用用于生产结构101-105的以下工艺步骤中的至少一个是必要的。
5.根据前述方面之一的太阳能电池，其中在位于面对和/或背对太阳照射100的一侧的吸收体104由钙钛矿材料构成。
6.根据前述方面之一的太阳能电池，其中位于面对和/或背对太阳照射100的一侧的吸收体104由III-V族化合物半导体构成。
7.根据前述方面之一的太阳能电池，其中位于面对和/或背对太阳照射100的一侧的吸收体104由I-III-VI族化合物半导体构成。
8.根据前述方面之一的太阳能电池，其中位于面对和/或背对太阳照射100的一侧的吸收体104由II-VI族化合物半导体构成。
9.根据前述方面之一的太阳能电池，其中位于背对太阳照射100的一侧的吸收体104由锗或硅-锗混合物构成。
10.根据前述方面之一的太阳能电池，其中位于面对太阳照射100的一侧的吸收体104由非晶硅构成。
总之，根据实施例，描述了具有以下特征的串联式太阳能电池结构：
(a)具有至少两个不同吸收体材料(104和108)的用于光伏能量转换的单体结构，
(b)吸收体108由晶体硅构成，
(c)在硅吸收体108的朝向相邻的吸收体104的一侧上的布置有载流子选择性触点，
(d)载流子选择性触点由薄的界面氧化物107和施加到其上的主要由p掺杂(106)或者n掺杂(201)的硅构成的非晶、部分结晶或多晶层配置而成。
由层107和106或201制成的载流子选择性触点保证了晶体硅吸收体108的优异表面钝化和在整个表面上从后者选择性地提取载流子类型。因此实现垂直电流流动，使得在每个子电池中不需要横向电导率。通过层106和201的高度掺杂可以形成与相邻层的隧道接触。层106或201的厚度和/或掺杂可被用来匹配各个子电池中的发电电流。层107、106或201的温度稳定性允许在>400℃的温度下应用随后的生产步骤。
附图标记列表
100：阳光
101：正面金属化
102：正面钝化和防反射层
103：用于从第二吸收体提取空穴的层
104：由不同于晶体硅的材料制成的第二吸收体
105：用于从第二吸收体提取电子的层
106：p掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层
107：界面氧化物
108：由晶体硅制成的第一吸收体
109：用于从第一吸收体提取电子的层
110：背面钝化和背面镜
111：背面金属化
201：n掺杂的非晶或部分结晶或多晶硅层
202：用于从第一吸收体提取空穴的层

Claims (11)

1.一种太阳能电池，包括至少两个不同材料的不同吸收体(104,108)，用于通过在不同的光谱范围内吸收而将辐射能量转换成电能，其中：
(a)所述太阳能电池配置为单体，
(b)第一吸收体(108)由晶体硅制成，
(c)在第一吸收体(108)的朝向相邻的第二吸收体(104)的一侧上具有载流子选择性触点，所述载流子选择性触点对于选自包括空穴和电子的组的一种类型载流子比对于另一种类型载流子更易透过，并且很好地钝化第一吸收体(108)的相应表面，以及
(d)所述载流子选择性触点由薄的界面电介质层(107)和施加于其上的主要由硅构成的非晶、部分结晶或多晶层形成，所述非晶、部分结晶或多晶层(106)为p掺杂或所述非晶、部分结晶或多晶层(201)为n掺杂，
所述薄的界面电介质层(107)布置成具有与所述第一吸收体的界面，
所述非晶、部分结晶或多晶层具有施加于其上的提取层，该提取层用于从所述第二吸收体提取与所述载流子选择性触点更易透过的所述一种类型的载流子相反类型的载流子。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中非晶、部分结晶或多晶硅层(106,201)被掺杂至使得与施加于其上的层(105,103)形成隧道接触的程度。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中通过调节层厚度和/或掺杂来选择性地调节非晶、部分结晶或多晶硅层(106,201)中的干涉效应和/或光吸收，以使在第一吸收体(108)中产生的电流密度与在所述第二吸收体(104)中产生的电流密度匹配。
4.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中所述界面电介质是界面氧化物。
5.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中在面对和/或背对太阳照射(100)的一侧的第二吸收体(104)由钙钛矿材料构成。
6.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中布置在面对和/或背对太阳照射(100)的一侧的第二吸收体(104)由III-V族化合物半导体构成。
7.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中布置在面对和/或背对太阳照射(100)的一侧的第二吸收体(104)由I-III-VI族化合物半导体构成。
8.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中布置在面对和/或背对太阳照射(100)的一侧的第二吸收体(104)由II-VI族化合物半导体构成。
9.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中布置在背对太阳照射(100)的一侧的第二吸收体(104)由锗或硅-锗混合物构成。
10.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中布置在面对太阳照射(100)的一侧的第二吸收体(104)由非晶硅构成。
11.根据前述权利要求1或2所述的太阳能电池，其中所述界面电介质是不包括界面氧化物的任何界面电介质。
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