CN109496370B - 光吸收层和包括光吸收层的光伏器件 - Google Patents

光吸收层和包括光吸收层的光伏器件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于光伏器件的光吸收层(1a)，该光吸收层(1a)包含掺杂半导体材料的多个晶粒(2)和由晶粒物理接触的电荷导电材料制成的电荷导体(3)。晶粒部分地覆盖有电荷导体(3)使得在晶粒与电荷导体之间形成多个结(4)。本发明还涉及包括该光吸收层(1a)的光伏器件。

Description

光吸收层和包括光吸收层的光伏器件
技术领域
本发明涉及如太阳能电池等包括光吸收层的光伏器件的领域。本发明还涉及用于光伏器件的光吸收层。
背景技术
光伏器件使用展现光伏效应(photovoltaic effect)的半导体材料提供光向电的转换。
典型的光伏系统采用各自包括产生电力的许多太阳能电池的太阳能电池板。太阳能电池或光伏器件为直接将阳光转化成电的装置。入射于太阳能电池的表面上的光产生电力。太阳能电池具有光吸收层。当光子的能量等于或大于光吸收层中的材料的带隙时，光子被材料吸收且产生光激发电子。以与基底(base)不同的另一方式掺杂前表面，产生PN结。在照明下，光子被吸收，从而产生在PN结中分离的电子-空穴对(electron-hole pair)。在太阳能电池的背侧上，金属板从基底收集过量的电荷载流子，且在前侧上金属线从发射极(emitter)收集过量的电荷载流子。
硅为太阳能电池中最常用的半导体材料。硅具有若干优点，例如，其为化学稳定的且由于其高的吸收光的能力而提供高效率。标准硅太阳能电池由掺杂硅的薄晶片(wafer)制成。硅晶片的缺点在于其昂贵。
以与基底不同的另一方式掺杂硅晶片的前表面，产生PN结。在生产太阳能电池期间，必须从硅锭切割或锯割掺杂的硅晶片的许多样品，然后将硅晶片的样品电组装至太阳能电池。因为硅锭必须具有极高的纯度并且因为锯割耗时且产生大量废料，所以此类太阳能电池的生产是昂贵的。
在常规的太阳能电池的背侧上，金属板从基底收集过量的电荷载流子，并且在前侧上金属栅格和金属线从发射极收集过量的电荷载流子。因此，常规的硅太阳能电池具有前侧接触发射极。在太阳能电池的前侧上使用电流收集栅格和电线的问题在于，在良好的电流收集与光捕获之间存在取舍。通过增大金属线的尺寸，导电性提高并且电流收集得到改进。然而，通过增大金属栅格和电线的尺寸，遮蔽了更多太阳捕获区域，引起太阳能电池的降低的效率。
此问题的已知解决方案为后接触太阳能电池(rear contact solar cells)。US2014166095 A1描述了如何制作背接触背结硅太阳能电池。后接触太阳能电池通过将前侧接触发射极移动至太阳能电池的后侧来实现较高的效率。较高的效率源自对太阳能电池的前侧上的减小的遮蔽。存在后接触太阳能电池的若干配置。例如，在背接触背结(BC-BJ)硅太阳能电池中，发射极区域(area)及所有布线放置于太阳能电池的背侧上，从而导致从太阳能电池的前侧有效地移除任何遮蔽组件。然而，这些BC-BJ硅太阳能电池的生产既复杂又昂贵。
WO 2013/149787 A1公开了一种具有后触点(rear contact)的染料敏化太阳能电池。该太阳能电池包括：多孔绝缘层、包括形成于多孔绝缘层的顶部上的多孔导电金属层的工作电极、和设置于多孔导电金属层的顶部上以面向太阳的包含吸附染料的光吸收层。光吸收层包含由TiO2颗粒的表面上的光吸附染料分子染色的TiO2金属氧化物颗粒。染料敏化太阳能电池进一步包括对电极(counter electrode)，该对电极包括设置在多孔绝缘层的相对侧上的导电层。电解质填充在工作电极与对电极之间。此太阳能电池的优点在于，其制造容易且快速，因此其生产具有成本效益。此类型的太阳能电池与硅太阳能电池相比的缺点在于，其最大效率较低，这是由于染料分子与硅相比具有较低的吸收光能力的事实。
在染料敏化太阳能电池的另一发展中，已通过将钙钛矿用作染料注入的TiO2层的取代物来增强电池的效率。WO2014/184379公开了一种具有包含钙钛矿的光吸收层的染料敏化太阳能电池。使用钙钛矿的优点在于，可以达到较高的太阳能电池效率。然而，钙钛矿太阳能电池具有若干缺点，例如，其制造方面困难、昂贵、不稳定且对环境有害。
为了降低太阳能电池的成本，已提议使用硅晶粒(silicon grains)而非固态硅晶片。
US4357400公开了一种具有氧化还原电解质中的掺杂硅颗粒的太阳能电池。该太阳能电池包括具有在基材的一侧上交错的两个导电层的绝缘基材。一种类型的掺杂的离散半导体颗粒定位于导电层中的一者上，并且相反类型的掺杂的半导体颗粒定位于另一导电层上。所有各者浸渍于氧化还原电解质中并且封装。氧化还原电解质接触颗粒，从而响应于冲击在半导体颗粒上的光子而横跨两个导电层产生电压电位。导电层为例如铝的薄层。在基材上以例如具有交叉指形的图案溅射且蚀刻导电层。可以通过丝网法施加半导体颗粒并且将其胶合至导体的表面。该太阳能电池的缺点在于，制造过程为复杂且耗时的。因此，该太阳能电池制造起来昂贵。
CN20151101264描述了一种具有硅晶片和前后触点的常规的太阳能电池。为了改进填充因子和转换效率，将发光多孔硅颗粒旋涂在太阳能电池的硅晶片的表面上。通过在HF和乙醇溶液中的电化学蚀刻制备硅晶粒，其后将硅晶粒磨碎至2nm至200nm的粒径。该类型的太阳能电池的缺点在于，硅晶粒附接(attached)至硅晶片，从而生成大且体积庞大的硅结构体。
US2011/0000537描述了一种具有光吸收层的太阳能电池，该光吸收层包括氢化非晶硅、非硅系元素和嵌入于氢化非晶硅基材中的结晶硅晶粒。
JP2004087546描述了一种通过使用包含Si颗粒的组成物形成硅膜的方法。通过粉碎硅锭和将该部分研磨至适合的尺寸来形成Si颗粒。清洗颗粒以除去氧化硅并且将颗粒与分散介质混合。在将组成物施加至玻璃基材上之后，将基材热处理并且获得硅膜。
已知使用有机材料以生产光伏器件，其目的在于降低制造成本。有机材料与无机半导体材料接触，并且由此产生异质结，其中电子与空穴分离。
在2015年8月17日出版的科学(Scientific)报告中由Sara
Figure GDA0002477579790000041
MatthiasMattiza、Martin Liebhaber、Gerald
Figure GDA0002477579790000042
Mathias Rommel、Klaus Lips 和SilkeChristiansen编写并且标题为“混合n-Si/PEDOT:PSS太阳能电池中的结形成和电流传输机制(Junction formation and current transport mechanisms in hybrid n-Si/PEDOT:PSS solar cells)”的文章中描述组合单晶n型硅(n-Si)与高度导电聚合物聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT：PSS)的混合型无机-有机太阳能电池的使用。该文章描述了层压至In/Ga共晶背触点上的n-型Si-晶片和与Au栅格前触点一起的在晶片的顶部上的PEDOT:PSS。
US2012/0285521描述了一种光伏器件，其中无机半导体层层压有有机层，并且金属阳极栅格定位于有机层的顶部上并且阴极层定位于Si层下面。例如，半导体层由硅晶片制成并且有机层例如由PEDOT：PSS制成。此光伏器件的缺点在于，金属阳极栅格定位于有机层的顶部上，因此其遮蔽太阳捕获区域的一部分，引起太阳能电池的降低的效率。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述问题和提供改进的光伏器件。
根据本发明的第一方面，该目的通过如本发明所限定的用于光伏器件的光吸收层来实现。
根据本发明的光吸收层包括掺杂半导体材料的多个晶粒，并且由电荷导电材料制成的电荷导体部分地覆盖晶粒使得在晶粒与电荷导体之间形成多个结。
结为晶粒与电荷导体之间的界面，能够提供光激发电子和空穴的分离。晶粒与电荷导体电且物理接触以形成结。根据半导体材料和电荷导电材料的种类，结可以为同质结或异质结。
同质结为相似的半导体材料之间的界面。这些材料具有相等的带隙，但是通常具有不同的掺杂。例如，在n-掺杂半导体和p-掺杂半导体之间的界面处产生同质结，所谓的PN结。
异质结为任何两种固态材料(包括金属材料、绝缘材料、快离子导体材料及半导体材料的结晶型与非晶型结构)之间的界面。两种固态材料可以由两种无机材料的组合或两种有机材料的组合或一种无机材料与一种有机材料的组合制成。
根据本发明的光吸收层在生产方面是便宜的，环境友好并且具有高转换效率。
本文中使用的电荷导体由空穴导电材料或电子导电材料制成。在空穴导电材料中，大多数电荷载流子为空穴，和在电子导电材料中，大多数电荷载流子为电子。空穴导电材料为主要使空穴传输和主要防止电子传输的材料。电子导电材料为主要使电子传输和主要防止空穴传输的材料。
理想的电荷导体能够与晶粒一起形成结，其中所形成的结能够将光产生的电子和空穴分离。理想的电荷导体仅接收并传导一种类型的电荷载流子并且阻断其它类型的电荷载流子。例如，如果电荷导体为理想的空穴导体，则电荷导体仅传导空穴，并且阻断电子进入空穴导体。如果电荷导体为理想的电子导体，电荷导体仅传导电子，并且将阻断空穴进入电子导体。
该电荷导体用于若干目的。主要目的为提供可以在其中分离电子与空穴的结。第二目的为将一种类型的电荷载流子从结传导走。第三目的为将晶粒机械地彼此结合(bind)和机械地结合至第一导电层以形成机械坚固的光吸收层。
晶粒可以附接至导电基材。适宜地，晶粒附接至导电层。由于晶粒表面的一部分与导电基材或导电层物理接触，所以电荷导体可以仅部分地覆盖晶粒的整个表面区域。晶粒的剩余自由表面区域优选用电荷导体覆盖，以使得在晶粒与电荷导体之间形成多个结。
根据本发明的光吸收层的材料比常规的硅太阳能电池的光吸收层显著地便宜，这是因为其可以由包括半导体晶粒的粉末而非昂贵的晶片制成，并且因为所需半导体材料的量小于常规的半导体太阳能电池。适宜地，半导体材料为硅。然而，也可以使用其它半导体材料，诸如CdTe、CIGS、CIS、GaAs或钙钛矿。
该光吸收层的材料也比染料敏化太阳能电池的光吸收层便宜，这是因为廉价半导体诸如硅可用作光吸收剂而非较昂贵的染料分子。
由于光吸收层包含将显示朝向入射光的多重角度的晶粒的事实，使得光伏器件的效率不像平面硅晶片的情况一样主要依赖光相对该层的入射角。因此，与平面硅晶片相比光损耗减少。
由于晶粒，使得光吸收层的表面相比于使用晶片的情况变得较粗糙。相比于平面硅晶片，晶粒的较粗糙表面增大吸收反射光的可能性，这减小由于表面中的反射而导致的效率损失。因此，对于经常用于常规的硅太阳能电池的表面上的抗反射涂层的需要减少或不再必需。
光吸收层可以由环境友好材料制成。例如，晶粒可以由作为具有高转换效率的环境友好的并且稳定的材料的硅制成。电荷导体材料可以例如，包含如聚合物等有机材料或者无机的或金属-有机的。
与常规的硅光吸收层如晶片或薄膜等相比，根据本发明的光吸收层在制造方面显著更容易。光吸收层可以例如，通过在例如导电表面等表面上沉积包含晶粒的墨来制造。墨可以以任何适宜的图案沉积在表面上。然后将电荷导体材料沉积在晶粒的自由表面上。
适宜地，将电荷导体配置在晶粒的自由表面上，和晶粒之间的空白空间中。由于电荷导电材料具有一定的固有机械稳定性，电荷导电材料起到晶粒之间的胶的作用。由此使光吸收层稳定化。此外，电荷导体也将晶粒与第一导电层胶合在一起，从而改进晶粒与第一导电层的机械粘合(adhesion)。该实施方案改进光吸收层的物理强度和晶粒与第一导电层的粘合。
根据本发明的实施方案，电荷导体设置在晶粒上，以使得大多数晶粒覆盖有电荷导电层，所述电荷导电层覆盖晶粒表面的主要部分。如上所定义，电荷导电层为由电荷导电材料制成的层。
电荷导体设置在晶粒上使得电荷导体由此形成多个电荷导电层，各电荷导电层覆盖单一晶粒或几个相邻晶粒的自由表面。如果电荷导电层过厚，则导电层将充当防止一些光达到晶粒的光吸收滤光片。优选地，电荷导电层的厚度在10nm与200nm之间。更优选地，电荷导电层的厚度在50nm与100nm之间，并且甚至更优选在70nm与90nm之间。此类薄层将使大多数光穿透电荷导电层并且到达晶粒。
优选地，晶粒的整个自由表面，即，不与基材/导电层接触的表面将被电荷导体覆盖。电荷导体对自由表面的覆盖范围(coverage)可以包括由于处理参数或电荷导体材料性质的变化而导致的在覆盖范围内的轻微的中断。覆盖范围也可能由于晶粒的几何形状而中断，阻止自由表面的完全覆盖。电荷导体还可以包括小的晶粒/颗粒，并且晶粒/颗粒之间的空间会导致晶粒的覆盖范围内的中断。覆盖范围内的中断将降低电池的效率。
根据本发明的一个实施方案，各晶粒具有面向光的上表面并且上表面覆盖有电荷导体。优选地，晶粒的层覆盖基材的大部分表面。晶粒在基材上的分布会导致晶粒之间的薄间隙，或者相邻晶粒的重叠。
电荷导体覆盖晶粒的表面的至少50％，并且更优选至少70％，并且最优选晶粒的表面的至少80％。晶粒被空穴导体覆盖的面积越大，转换效率越高，即入射光更多的部分转换成电。理想地，电荷导体覆盖各晶粒的整个自由有效表面。
晶粒的平均尺寸适合在1μm与300μm之间。优选地，晶粒的平均尺寸在10μm与80μm之间，并且最优选晶粒的平均尺寸在20μm与50μm之间。光吸收层的厚度取决于晶粒的尺寸。硅晶片典型地为约150～200μm。根据本发明的光吸收层可以制得与常规的半导体太阳能电池的光吸收层相比更薄且更具挠性。如果使用尺寸在20～50μm之间的晶粒，则根据本发明的光吸收层例如可以制成约40～80μm。如果晶粒过小，则它们吸收光的能力降低。过大的晶粒会由于与晶粒/电荷导体界面的距离而损失效率。
根据本发明的实施方案，晶粒由掺杂硅制成。硅为用于光伏器件的适宜的材料。因为其便宜、稳定并且具有高的吸收光的能力，导致光吸收层的高效率。硅可以为具有低程度的杂质或多晶晶粒的结晶的、纯的、太阳能级类型。硅可以为具有高掺杂浓度的N-型掺杂、或p-型掺杂。
根据本发明的一个实施方案，晶粒主要具有在晶粒的表面处暴露的{111}面。电荷导体与晶粒的{111}棱锥面接触。该实施方案导致光捕获，意味着光在表面中反射几次，由此晶粒的光吸收增加。
根据本发明的一个实施方案，电荷导体为导电聚合物。适宜地，电荷导体为称为PEDOT:PSS的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)。PEDOT:PSS为高度导电的空穴导电聚合物。电荷导体也可以由无机材料或金属-有机材料制成。
根据本发明的实施方案，电荷导体由PEDOT:PSS制成并且晶粒由掺杂硅制成。掺杂硅可以为p-掺杂或n-掺杂。然而，n-掺杂硅优选与PEDOT一起，因为PEDOT为空穴导体。PEDOT:PSS与硅一起很好地起作用并且它们一起可以实现高的光-电能量转换效率。
根据本发明的一个实施方案，电荷导体材料包含无机材料或金属-有机材料。
根据本发明的实施方案，电荷导体包含由不同于晶粒的类型的掺杂的半导体材料制成的颗粒。因此，在晶粒与颗粒之间的界面中形成其中光激发电子和空穴分离的多个结。例如，结为PN-结。
根据本发明的第二方面，该目的通过如本发明中所限定的光伏器件来实现。
光伏器件包括根据以上描述的光吸收层，其包括掺杂半导体材料的多个晶粒，并且电荷导体部分地覆盖晶粒使得在晶粒与电荷导体之间形成多个结。
根据本发明的光伏器件具有与上文对于光吸收层所提及的相同优点。因此，光伏器件的生产成本降低，并且光伏器件的最大效率由于较少的光学和反射损耗而增大并且对于抗反射涂层的需要减少或者不再为必要的。根据本发明的光伏器件容易制造并且可以制成薄的和挠性的。
根据本发明的光伏器件包括包含半导体材料的晶粒的光吸收层。晶粒比晶片或沉积的薄膜具有若干优点，优点在于，晶粒更便宜、更易于处理并且更易于应用，并且具有晶粒的层更具挠性。在具有包含晶粒的光吸收层的太阳能电池中，各晶粒将用作“微型”太阳能电池。晶粒相对于其体积具有大的表面积，使得电荷承载材料与半导体之间的接触区域大。对于太阳光至电能的转换效率，可以使晶粒的尺寸优化。因此，还可以在设计光伏器件时使用较少的半导体材料。晶粒还在各方向形成半导体表面，由此减小对光入射角的依赖性，导致较少的光学和反射损耗。
根据本发明的一个实施方案，该器件包括第一导电层，并且在第一导电层上设置光吸收层使得晶粒与第一导电层电且物理接触。第一导电层从结收集光激发电子并且将电子传输至光伏器件外部的外部电路。由于晶粒与第一导电层直接物理且电接触的事实，电子在被收集之前必须行进的距离短，因此，电子和空穴在被收集之前复合的可能性低。因此，与常规的光伏相比，根据本发明的该实施方案的光伏器件的优点在于，光吸收层中的电阻损耗较少，这是由于电子在被收集之前行进的距离较短。要通过根据该实施方案的第一导电层收集的电荷载流子的距离范围通常为几微米至几十微米，而在常规的硅晶片太阳能电池中，电子通常需要行进几千微米，即，几毫米，以到达前侧集电体，或行进几百微米以到达背侧集电体。
晶粒可以直接沉积在第一导电层上用于提取电荷载流子，像电子或空穴。晶粒的沉积可以用像印刷等简单的工艺来进行。在晶粒的顶部上，施加由电荷导电材料制成的用于承载空穴或电子的电荷导体以形成光吸收层。根据本发明的一个实施方案，电荷导体为导电聚合物。该聚合物具有晶粒之间用作胶的能力，由此改进光吸收层的机械稳定性。此外，导电聚合物还将晶粒与第一导电层胶合在一起，从而改进晶粒与第一导电层的机械粘合。
根据本发明的一个实施方案，各晶粒的表面的一部分与第一导电层物理且电接触，并且各晶粒的剩余自由表面的主要部分用电荷导体覆盖。各晶粒具有覆盖有电荷导体的上部，和与第一导电层物理且电接触的下部。重要的是，晶粒的与第一导电层电接触的下部不与电荷导体形成低欧姆结，从而避免电短路。如果电荷导体与晶粒的下部之间的电阻过低，则由于短路导致的损耗过高。因此，晶粒的表面的与第一导电层电接触的部分不应当用电荷导体覆盖。优选地，晶粒的剩余表面覆盖有电荷导体以实现高的转换效率。理想地，电荷导体覆盖晶粒的整个剩余自由表面。
根据本发明的一个实施方案，该器件包括与第一导电层电绝缘的第二导电层。电荷导体电耦接至第二导电层并且与第一导电层电绝缘。电荷导体可以与第二导电层直接或间接地电连接。优选地，光伏器件包括设置在第一导电层和第二导电层之间以与第一导电层和第二导电层电绝缘的绝缘层，并且第一导电层和第二导电层配置在绝缘层的相对侧。光吸收层设置在第一导电层上。因此，第一导电层、第二导电层和绝缘层放置在光吸收层的后侧。该实施方案的优点在于，其具有背触点(back contact)。代替在光吸收层的面向太阳的前侧上使用电流收集栅格和布线，在光吸收层的后侧上配置第一导电层和第二导电层。因此，不存在光吸收层的遮蔽，实现了提高的效率。该实施方案的另一优点在于，第一导电层配置在绝缘层与光吸收层之间。因此，器件的导电层不必须为透明的，并且可以由提高电流处理能力并且确保器件的高效率的高导电性材料制成。根据本发明的一个实施方案，第一触点电耦接至第一导电层，和第二触点电耦接至第二导电层。因此，第一触点电耦接至光吸收层的掺杂半导体材料，和第二触点电耦接至电荷导体。第一和第二触点可以设置在器件的边缘，而不是前侧。因此，不存在光吸收层的遮蔽，实现了提高的效率。
光伏器件的第一导电层和第二导电层可以连接至外部电路并且可以形成在绝缘层的任一侧，并且可以放置在光吸收层的背侧。可以使第一导电层和绝缘基材多孔至使得电荷承载材料可以穿透结构体并且与第二导电层连接的程度。为了排除短路、以及空穴和电子的复合，应当将第一导电层与电荷导电材料隔离开。晶粒经由电荷导体、并且可能经由器件的其它层间接地电连接至第二导电层。因此，光吸收层中的各晶粒直接或间接连接至第一导电层和第二导电层并且形成光伏电路。
根据本发明的一个实施方案，第一导电层包含金属，并且晶粒与第一导电层之间的物理接触的区域由例如TiSi2等金属硅化物或例如Al-Si合金等金属-硅合金构成。在光伏器件的制造期间在晶粒与第一导电层之间的边界形成合金或硅化物。金属-硅合金或金属硅化物具有良好的导电性。由于物理接触的区域，即晶粒与第一导电层之间的边界包含金属-硅合金或金属硅化物的事实，使得晶粒与导电层之间的电接触得到改进。因此，光伏器件的效率提高。例如，如果晶粒由硅制成，并且第一导电层包含钛，则在光伏器件的制造之后晶粒与第一导电层之间的物理接触的区域包含钛硅化物。如果导电层包含铝，则在光伏器件的制造期间，在晶粒与第一导电层之间的边界形成铝硅合金。铝硅合金还具有良好的导电性。另外，钛和铝以外的其它金属可以用于第一导电层。
钛硅化物可以以几种变体存在，例如，TiSi2、TiSi、Ti5Si4、Ti5Si3、Ti3Si。根据本发明的一个实施方案，晶粒与第一导电层之间的边界包含TiSi2。TiSi2以两种变体存在：C49-TiSi2和C54-TiSi2。
根据本发明的一个实施方案，以使得电荷导体形成从晶粒的表面至第二导电层电荷导电材料的多个连续路径的方式沉积电荷导体。电荷导体穿过第一导电层和绝缘层以形成路径。电荷导体形成从晶粒的表面向下一直至第二导电层的电荷导电材料的连续路径，以使结处产生的空穴/电子行进至第二导电层并且与第二导电层的电子复合。电荷导体电连接晶粒上的电荷导体的层与电耦接至第二导电层的第二触点。
根据本发明的一个实施方案，第一导电层为多孔的并且电荷导体延伸穿过第一导电层。
根据本发明的一个实施方案，第一导电层与第二导电层之间的绝缘层是多孔的并且电荷导体延伸穿过绝缘层。绝缘层可以包含多孔绝缘基材。例如，多孔绝缘基材由玻璃微纤维或陶瓷微纤维制成。
根据本发明的一个实施方案，第一导电层和绝缘层是多孔的，电荷导体容纳于第一导电层的孔中和多孔绝缘层的孔中，使得在光吸收层与第二触点之间形成电荷导电路径。电荷导电路径为由电荷导电材料制成的路径，如上所定义，该路径允许电荷即电子或空穴的传输。
根据本发明的一个实施方案，第一导电层包含配置成使电荷导体与第一导电层电绝缘的绝缘氧化物。
根据本发明的一个实施方案，第一导电层包含与晶粒电且机械接触的导电颗粒。导电颗粒彼此物理且电接触。晶粒结合至导电颗粒。适宜地，晶粒由硅制成，导电颗粒包含金属，并且颗粒与晶粒之间的边界包含金属硅合金或金属硅化物。因此，晶粒与颗粒之间的电接触得到改进。
根据本发明的一个实施方案，金属颗粒至少部分地覆盖有绝缘氧化物。金属颗粒的表面的不与晶粒接触的部分优选覆盖有氧化物。氧化物在颗粒上提供保护性的和电绝缘的层，其防止电子或空穴在导电层与电荷导体之间转移，从而防止导电层与电荷导体之间的短路。
根据本发明的一个实施方案，金属颗粒由钛或其合金制成。钛为用于导电层的适宜的材料，这是由于其耐受腐蚀的能力和因为其可以形成与硅的良好电接触。优选地，金属颗粒的表面的至少一部分覆盖有钛硅化物。钛硅化物具有良好的导电性。由于晶粒与第一导电层之间的边界包含钛硅化物的事实，使得晶粒与导电层之间的电接触得到改进。在光伏器件的制造期间，在晶粒与第一导电层之间的边界形成钛硅化物。适宜地，金属颗粒包含钛，并且金属颗粒的表面的不与晶粒接触的部分覆盖有氧化钛。氧化钛在钛颗粒上提供保护性氧化物层，该层防止第一导电层与电荷导体之间的短路。
根据本发明的一个实施方案，金属颗粒由铝或其合金制成。适宜地，金属颗粒包含铝，并且金属颗粒的表面的不与晶粒接触的部分覆盖有如氧化铝等氧化物。氧化物的表面层必须足够厚以防止电荷导体与铝之间的短路。
根据本发明的一个实施方案，第二连接器包括电连接至电荷导体和第二导电层且与第一导电层电绝缘的低电阻连接位点。连接位点定位于第二导电层与电荷导体之间的界面处。连接位点为横跨第二连接器与电荷导体之间的结的电子和空穴提供低电阻路径。
根据本发明的一个实施方案，连接位点由银制成。
根据本发明的一个实施方案，第二导电层是多孔的，并且电荷导体穿过第二导电层。适宜地，第二导电层宜包含金属颗粒。
根据本发明的一个实施方案，第二导电层的金属颗粒由钛或其合金制成。
附图说明
现在将通过本发明不同的实施方案的描述并且参照附图来更详细地说明本发明。
图1示出根据本发明的第一实施方案的光吸收层的实例。
图2示意性地示出穿过根据本发明的第一实施方案的光伏器件的截面。
图3示出图2中所示的光伏器件的一部分的放大图。
图4示意性地示出穿过根据本发明的第二实施方案的光伏器件的截面。
图5示出根据本发明的第二实施方案的光吸收层的实例。
图6示意性地示出穿过根据本发明的第三实施方案的光伏器件的截面。
具体实施方式
图1示出根据本发明的光吸收层1a的示意图。光吸收层1a包括由掺杂半导体材料制成的多个晶粒2，和与晶粒2物理且电接触的电荷导体3。结4形成在电荷导体3与晶粒2之间的接触区域中。晶粒2部分地覆盖有电荷导体3使得在晶粒与电荷导体之间形成多个结4。优选地，晶粒2的表面的至少50％覆盖有电荷导体。
晶粒2的半导体材料具有吸收光子的能力，这将电子从价带激发至导带并由此在半导体材料中产生电子-空穴对。适宜地，半导体材料为硅。然而，也可以使用其它半导体材料，如CdTe、CIGS、CIS、GaAs或钙钛矿。优选地，晶粒的平均尺寸在1μm与300μm之间，并且典型地，晶粒2的平均尺寸在20μm与100μm之间。
电荷导体3由固体材料即非液体制成并且可以为空穴导体或电子导体。如果晶粒为n-掺杂，则电荷导体3优选为空穴导体；和如果晶粒为p-掺杂，则电荷导体3优选为电子导体。电荷导体3由如硅等电荷导电材料，例如掺杂半导体材料制成，或者如导电聚合物等有机导电材料制成。为了该目的，可以使用几种具有充分的导电性的透明的、导电的聚合物。与硅颗粒组合使用的合适的空穴导电聚合物的实例为聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT:PSS)。PEDOT:PSS为两种离聚物的聚合物混合物。电荷导体3的适合的材料的其它实例为聚苯胺、P3HT和螺-OMeTAD。如果使用聚合物导体，则电荷导体包含由聚合物或聚合物的混合物制成的多个颗粒。电荷导体的颗粒部分地覆盖晶粒的表面。结4具有提供分离光激发电子和空穴对的能力。根据晶粒和电荷导体的材料，结为同质结，如p-n-结，或异质结。
晶粒2基本上均匀地分布在光吸收层中，并且电荷导体3位于晶粒上及晶粒之间的空间中。晶粒2的尺寸和形状可以变化。光吸收层1a施加至层8。例如，层8为导电层。晶粒2与层8物理以及电接触。晶粒的下部可以突出至层8中。
在图3中所示的实例中，电荷导体3为有机导体。电荷导体设置在晶粒2的表面上以使得多个电荷导电层6形成在晶粒上。因此，晶粒2各自的表面部分地覆盖有电荷导电层6。优选地，电荷导电层6的厚度在10nm与200nm之间。典型地，电荷导电层6的厚度在50nm与100nm之间。电荷导体3设置在晶粒之间以使得晶粒通过有机电荷导体彼此接合。因此，电荷导体增大光吸收层的机械强度。晶粒各自具有面向入射光的上表面和背离入射光的下表面。晶粒的上表面完全或至少部分地覆盖有电荷导体3，并且下表面不含电荷导体以能够与导电层8电接触，该导电层8不是光吸收层的一部分。
图2示意性地示出由根据本发明的第一实施方案的光伏器件10的截面。在该实施方案中，光伏器件10为太阳能电池。图3示出光伏器件10的一部分的放大图。光伏器件10包括光吸收层1a(其包括如图1中所示的晶粒2和电荷导体3)、与光吸收层1a的晶粒2电接触的第一导电层16、电耦接至电荷导体3的第二导电层18、和设置在第一导电层16与第二导电层18之间以使第一导电层与第二导电层电绝缘的绝缘层20。光吸收层1a定位在光伏器件的顶侧上。顶侧应当面向太阳以使阳光照射晶粒2并且产生光激发电子。第一导电层16用作从光吸收层1a提取光产生的电子的背触点。光吸收层1a设置在第一导电层上。因此，激发的电子和/或空穴需要行进直至其被收集的距离短。第一触点12电连接至第一导电层16，并且第二触点14电连接至第二导电层18。在触点12与14之间连接负载L。第一导电层16和第二导电层18适合地为由例如钛或铝或其合金等金属或金属合金制成的金属层。
器件10进一步包括设置在光吸收层1a与第二导电层18之间的电荷导电材料的多个电荷导电路径22，以能够使电荷即，空穴或电子从光吸收层1a行进至第二导电层18。导电路径22适宜但不必须由与晶粒上的电荷导电层6相同的材料制成。在该实施方案中，电荷导体3在晶粒以及导电路径22上形成层6。导电路径22穿过第一导电层16和绝缘层20。适宜地，第一导电层16、第二导电层18和绝缘层20为多孔的以使电荷导体穿过导电层和绝缘层20以形成路径22。电荷导体3可容纳在第一导电层16和第二导电层18的孔内及绝缘层20的孔内。
绝缘层20可以包括多孔绝缘基材。例如，多孔绝缘基材由玻璃微纤维或陶瓷微纤维制成。第一导电层16设置在多孔绝缘基材的上侧上，和第二导电层18设置在多孔绝缘基材的下侧上。光吸收层1a设置在第一导电层16上。
图3示出光吸收层1a和第一导电层16的放大部分。在该实施方案中，第一导电层16包含由导电材料制成的多个导电颗粒24。导电颗粒24适宜地为由例如钛或铝或其合金等金属或金属合金制成的金属颗粒。第一导电层的导电颗粒24彼此物理且电接触。晶粒2与第一导电层的导电颗粒24中的一些物理且电接触。优选地，晶粒2的尺寸小于100μm以在晶粒与第一导电层16的颗粒24之间提供充分的接触区域。晶粒2具有背对光伏器件的上部和与第一导电层的导电颗粒24物理接触的下部。晶粒2的上部覆盖有电荷导体3的导电层6。
晶粒优选由掺杂硅制成，并且硅晶粒2与第一导电层的导电颗粒24之间的物理接触的区域由金属-硅合金或金属硅化物的层26构成以便提供晶粒2与颗粒24之间的良好电接触。例如，晶粒2由硅(Si)制成且导电颗粒24由钛(Ti)制成或至少部分地包含钛，并且晶粒2与颗粒24之间的边界包含钛硅化物的层26，其提供Si与Ti之间的良好电接触。
由于第一导电层16由彼此接合的多个导电颗粒24形成的事实，在颗粒之间形成空腔。因此，第一导电层16使得电荷导体3延伸穿过第一导电层以形成多个电荷导电路径22。电荷导体3容纳在形成于第一导电层16中的导电颗粒24之间的空腔中的一些中。
为了避免电荷导体3的第一导电层16与导电路径22之间的电接触，导电颗粒24至少部分地覆盖有绝缘材料例如绝缘氧化物的绝缘层28。优选地，导电颗粒24的表面的不与晶粒2接触或与层中的其它导电颗粒24接触的部分覆盖有绝缘层28。如图3中所示，电荷导体3的电荷导电路径22与颗粒24上的绝缘层28接触。例如，通过在制造器件10期间使导电颗粒24氧化来形成一层绝缘金属氧化物。金属氧化物的绝缘层28在颗粒上提供保护性的且电绝缘的层，其防止电荷在第一导电层16与电荷导体3之间转移，从而防止第一导电层16与电荷导体3之间的短路。例如，如果导电颗粒包含钛，则钛颗粒的表面的不与晶粒接触的部分覆盖有氧化钛(TiO2)。例如，如果导电颗粒包含铝，则导电颗粒的表面的不与晶粒接触的部分覆盖有氧化铝(Al2O3)。
第二导电层18也可以包含导电颗粒。第二导电层18的导电颗粒适宜地为由例如钛或铝或其合金等金属或金属合金制成的金属颗粒。在该实例中，第二导电层18的导电颗粒(未示出)由铝制成，并且铝颗粒未覆盖有任何绝缘层，因此，使得电荷导体与第二导电层18的颗粒电接触。烧结导电层16、18的导电颗粒以形成导电层。导电层16、18各自中的导电颗粒彼此电接触以形成导电层。然而，在导电颗粒之间还存在空间以容纳电荷导体3。光吸收层的晶粒2上的结4与电荷导电材料的路径22电接触，路径22与第二导电层18中的导电颗粒电接触。
图4示意性地示出根据本发明的第二实施方案的光伏器件30的一部分的截面。光伏器件30为太阳能电池。在图4中，相同及相对应部分由如图1至图3中的相同附图标记表示。图4为器件的结构的极简化示意图。在该实例中，晶粒2由n-掺杂硅制成，并且第一导电层和第二导电层包括由钛制成的导电颗粒24、25，和电荷导体3为空穴导电聚合物。在该实例中，空穴导电聚合物为PEDOT：PSS，在下文中表示为PEDOT。PEDOT为空穴导体并且将空穴传输至第二导电层18。n-掺杂硅晶粒为电子导体且将电子传输至第一导电层。然后第一导电层经由外部电路将电子传输至第二导电层。例如，晶粒2由结晶硅制成。硅晶粒可以主要具有在表面处暴露的{111}面。代替显示许多硅晶粒2和许多钛导电颗粒24、25，仅示出导电层16、18各自中的两个硅晶粒2和两个钛导电颗粒24、25。应当理解，真正的太阳能电池包含彼此相邻地处于光吸收层中的数千或甚至数百万个晶粒2。但两个颗粒为表明太阳能电池的结构和工作原理所需的最小数目。
光伏器件30包括呈多孔绝缘基材形式的绝缘层20、设置在绝缘层的一侧上的第一导电层16、设置在绝缘层的相对侧上的第二导电层18、和设置在第一导电层16上且与第一导电层电接触的光吸收层1a。导电层16、18连接至外部电负载32。第一导电层16与第二导电层18由绝缘层20物理且电分离。钛硅化物(TiSi2)的层26形成在光吸收层1a的硅晶粒2与第一导电层16的钛导电颗粒24之间。光吸收层1a的硅晶粒2接合至钛颗粒。第一导电层16中的钛导电颗粒24彼此物理且电接触，并且第二导电层18中的钛导电颗粒25彼此物理且电接触。
导电层16、18中的钛颗粒被绝缘氧化钛(TiO2)的绝缘层28部分地覆盖。钛导电颗粒24的表面的与晶粒2接触或与层中的其它导电颗粒24接触的部分未覆盖有氧化钛。光吸收层1a与第一导电层16之间的区域38包含氧化钛(TiO2)和氧化硅(SiO2)。
光伏器件30与图2所示出的光伏器件10的不同之处在于，光伏器件30包括电耦接至第二导电层18且与第一导电层电绝缘的连接位点34。连接位点34可以包括金属层。在该实例中，连接位点34包括由银(Ag)制成的层。使用银为适合的，这是因为其提供与钛和PEDOT两者的良好电接触。使用银的另一优点在于，银防止在钛颗粒与连接位点34之间的接触区域中第二导电层18的钛颗粒25上形成氧化物。替代地，在第二导电层18的钛颗粒25与连接位点34之间形成钛银(AgTi)的层36。因此，PEDOT可以形成与银良好的低欧姆接触，并且银可以经由AgTi形成与钛良好的低欧姆接触。因此，PEDOT可经由银和AgTi间接地接触钛。其它材料例如碳类材料，诸如石墨或非晶碳，可用于连接位点中。
电荷导体3与光吸收层1a的晶粒2物理且电接触而配置。电荷导体3也与连接位点34电接触而配置，连接位点34电耦接至第二导电层18。在该实施方案中，电荷导体3通过导电颗粒24、25上的绝缘层28与第一导电层16和第二导电层18电绝缘。如图4所示，电荷导体3覆盖晶粒2的主要部分，且延伸穿过第一导电层16、绝缘层20和第二导电层18。电荷导体3与第一导电层和第二导电层中的颗粒上的氧化物层28接触。电荷导体3通过绝缘氧化物28与导电颗粒24、25电绝缘并因此与第一及第二导电层电绝缘。电荷导体3与连接位点34物理且电接触。电荷导体3经由连接位点34间接地与钛颗粒25物理且电接触。因此，连接位点起到确保电荷导体可将空穴传输至第二导电层的钛颗粒25的作用。光伏器件也可以包括用于围封光伏器件的壳体或其它构件。
在下文中，存在关于图4中所公开的太阳能电池如何工作的逐步说明：
步骤1。光子在晶粒2内部产生激发电子-空穴对。在该实例中，电荷导体3为PEDOT，晶粒2由硅制成，和界面40为PEDOT-硅界面。
步骤2。然后，激发的电子行进穿过晶粒2且横跨金属硅界面的区域26，并且进入至导电颗粒24中。在该实例中，颗粒24为Ti颗粒并且层26包含TiSi2。因此，电子通过Si-TiSi2-Ti界面。另一方面，激发的空穴行进横跨界面40至电荷导体3的层中。
步骤3。然后可将导电颗粒24中的电子转移至相邻颗粒24，然后经由外部电负载32在外部电路中收集该电子。同时，空穴在电荷导体3的电荷导电路径22内部行进一直到连接位点34的低欧姆银层。
步骤4。在电子通过外部电负载32之后，将电子转移至第二导电层18。然后将电子转移至Ti-TiAg-Ag层36。将电荷导体3中的空穴转移至连接位点34的银层，并且与连接位点34中的电子复合。
可以在图4中所公开的实例中识别六个关键界面：
1.电荷导体-晶粒界面
晶粒2必须基本上无氧化物以便在晶粒2与电荷导体3之间的界面40处实现电子与空穴的有效电荷分离，以使得能够产生高光电流和高光电压。晶粒上的氧化物层的厚度应当仅为数纳米厚或甚至更薄，以获得有效电荷分离。在该实施方案中，晶粒2由掺杂硅制成，电荷导体3由PEDOT制成，因此界面40为PEDOT-Si界面。硅必须基本上无氧化物，即在Si表面上没有或极少有SiO2，以便在PEDOT-Si界面处实现电子与空穴的有效电荷分离。
2.导电颗粒-晶粒
金属硅化物的层26形成在晶粒2与第一导电层的导电颗粒24之间。金属硅化物应当具有充分地高的导电性以使得在电子从晶粒转移至导电颗粒时电阻损耗最小化。在该实施方案中，导电颗粒由钛(Ti)制成，因此硅晶粒与钛颗粒之间的层26由钛硅化物(TiSi2)构成。
3.电荷导体-金属硅化物-氧化物
为了避免短路，在电荷导体3、金属硅化物层26与绝缘氧化物层28之间应存在绝缘层38。在该实施方案中，绝缘层38由氧化钛(TiO2)和氧化硅(SiO2)构成。TiO2-SiO2层38必须足够厚以实现PEDOT与TiSi2之间的良好电绝缘。如果TiO2-SiO2层38过薄，则结果将在PEDOT与TiSi2之间存在短路与降低的光电流和光电压。
4.电荷导体-导电颗粒
为了实现电荷导体3与第一导电层和第二导电层的导电颗粒24、25之间的绝缘，用绝缘氧化物层28覆盖导电颗粒。在该实施方案中，绝缘氧化物层28由诸如TiO2等钛氧化物构成。氧化钛层28必须足够厚以便实现PEDOT与钛之间的充分电绝缘。如果氧化钛层过薄，则将由于PEDOT与钛之间的短路而降低光电压及光电流。
5.连接位点-导电颗粒
在第二导电层的导电颗粒25与连接位点34之间，存在导电层36。在该实施方案中，导电层36由钛银(TiAg)构成。导电层36必须足够厚以提供第二导电层的导电颗粒25与连接位点34之间例如在银(Ag)与钛(Ti)之间的良好的低欧姆电接触。
6.连接位点-电荷导体
电荷导体3在界面42处与连接位点34接触。电荷导体3，在该实施方案中为PEDOT，应当充分地覆盖连接位点34的银以避免电阻损耗，使得实现最大光电流。
在以下，将描述根据本发明的光伏器件的制造方法的实例。
步骤1：在多孔绝缘基材的一侧上形成第一多孔导电层。即，例如，通过在多孔绝缘基材的一侧上印刷包含导电颗粒的墨来进行。多孔绝缘基材为例如，多孔玻璃微纤维系基材。
例如，通过将10μm尺寸的TiH2颗粒与萜品醇混合来制备第一墨。该墨包含直径小于10微米的TiH2颗粒。随后，将第一墨印刷至多孔玻璃微纤维系基材上。印刷层将形成第一多孔导电层。适宜地，导电颗粒过大而不能够穿过多孔绝缘基材。
步骤2：在多孔绝缘基材的相对侧上形成第二多孔导电层。此例如通过在多孔绝缘基材的相对侧上印刷包含导电颗粒的墨来进行。适宜地，导电颗粒过大而不能够穿过多孔绝缘基材。
例如，通过将TiH2与萜品醇混合来制备第二墨。该墨包含直径小于10微米的TiH2颗粒。随后，将经过滤的墨与镀银导电颗粒混合，以制作用于沉积第二导电层的墨。随后，将第二墨印刷至多孔绝缘基材的相对侧上。第二印刷层将形成第二导电层。
步骤3：用由掺杂半导体材料制成的晶粒层涂布第一多孔导电层以形成光吸收层。此例如通过在第一导电层上印刷包含如掺杂硅等掺杂半导体材料的晶粒粉末的墨来进行。可选择地，可以将如掺杂硅等掺杂半导体材料的晶粒粉末喷涂至第一导电层上。适宜的喷涂技术为例如电喷涂或静电喷涂。可以在沉积至第一导电层上之前在单独的步骤中使硅颗粒蚀刻。可以使用例如各向同性蚀刻解决方案或各向异性蚀刻解决方案进行对硅颗粒的蚀刻。可以使用硅颗粒的各向同性蚀刻以从硅表面除去杂质。硅颗粒的各向异性蚀刻可以用于金字塔形蚀刻坑，其中金字塔形的硅表面可以增大硅的有效光吸收。
步骤4：将压力施加于晶粒的层上使得晶粒的一部分突出至第一多孔导电层中。例如，可以通过使用膜压机或通过使用辊压机来将压力施加于晶粒的顶部上。步骤4是任选的。
步骤5：在真空下热处理太阳能电池直至晶粒已烧结至第一多孔导电层为止。真空烧结晶粒的层和多孔导电层以在第一导电层上形成晶粒的多孔层。在烧结期间，晶粒结合至第一导电层的导电颗粒以在它们之间实现机械且电接触。另外，在真空烧结期间，将导电颗粒烧结在一起以形成第一导电层与在导电颗粒之间的机械且电接触。优选地，将基材、第一导电层和第二导电层以及晶粒的组合体在至少2个小时期间在高于550℃的温度的真空中热处理。例如，将印刷的基材在650℃下真空烧结，然后使其冷却至室温。烧结期间的压力低于0.0001毫巴。在真空中热处理期间，晶粒的硅和颗粒的钛在晶粒与颗粒之间的边界处反应并且形成钛硅化物。因此，在晶粒与第一导电层的颗粒之间形成钛硅化物的层，这改进了晶粒与颗粒之间的电接触。
步骤6：在空气中热处理太阳能电池直至第一多孔导电层的有效表面已氧化为止。在下一步骤中，在空气中热处理太阳能电池以在第一导电层和第二导电层的导电颗粒上实现电绝缘氧化物层。硅颗粒的表面在空气中热处理期间变得氧化。
步骤7：除去硅颗粒上的氧化硅层。在下一步骤中，通过用氟化氢处理硅颗粒的表面来除去硅颗粒上的氧化硅。可以将硅颗粒的表面暴露于呈HF水溶液形式的氟化氢。可选择地，可以通过将硅颗粒的表面暴露于气态HF下来进行对硅颗粒的HF处理。HF处理具有从硅颗粒的表面除去氧化硅的效果。
步骤8：PEDOT:PSS的沉积。在下一步骤中，PEDOT:PSS沉积在硅颗粒的表面上和第一导电层的孔内部和绝缘基材的孔内部以及第二导电层的孔内部。PEDOT:PSS可以由例如，包含PEDOT:PSS的水系溶液来沉积。通过将基材与第一和第二导电层和硅晶粒在PEDOT:PSS的溶液中浸泡可以沉积PEDOT:PSS溶液。可选择地，PEDOT:PSS沉积可以在几个步骤中进行。例如，可以首先将PEDOT:PSS溶液喷涂在硅晶粒上，接着干燥掉溶剂，从而在硅晶粒的表面上得到干燥固体PEDOT:PSS层。在第二步骤中，用PEDOT:PSS的溶液喷涂第二导电层。用于在硅晶粒上实现PEDOT:PSS的薄层的合适的喷涂技术为例如，超声波喷涂。
根据本发明的光伏器件包括半导体颗粒的晶粒，且因此避免晶片的制造和处理或脆性材料的薄膜的堆积。晶粒因而为较便宜的材料且在工业生产中较易于处理。通过印刷或类似方法可易于施加晶粒。晶粒的表面上的可能的缺陷将仅对电池的效率具有局部影响。因此，该光伏器件比现有技术的光伏器件便宜。如硅等具有高转换效率的环境友好且稳定的材料可以用作光吸收层中的晶粒。可以使根据本发明的光伏器件薄且为挠性的。
图5示出根据本发明的第二实施方案的光吸收层1b的实例。光吸收层1b包含由第一类型的掺杂的半导体材料制成的多个晶粒2，和包含由第二类型的掺杂的半导体材料制成的多个颗粒52的电荷导体3。半导体颗粒52的平均尺寸小于晶粒2的平均尺寸以使半导体颗粒容纳于在晶粒2之间形成的空间中。例如，晶粒2的平均尺寸小于1mm，且半导体颗粒52的平均尺寸优选小于0.1mm以使其容纳于在晶粒2之间形成的空间中。
适宜地，晶粒2和颗粒52的半导体材料为硅，且晶粒2和颗粒52由具有不同类型的掺杂的硅制成。然而，亦也可以使用其它半导体材料。例如，晶粒2可以由CdTe、CIGS、CIS或GaAs制成，且半导体颗粒52可以由CuSCN或CuI制成。晶粒2和颗粒52彼此物理且电接触以使得在它们之间的接触区域中形成多个结。晶粒2和半导体颗粒52的掺杂的类型使得结可以提供光激发电子与空穴的分离。由于晶粒2和半导体颗粒52的掺杂的不同类型，在晶粒2与半导体颗粒52彼此接触的区域中产生“耗尽区域”。当电子-空穴对到达“耗尽区域”时，电子与空穴分离。第一和第二类型的掺杂为例如P型和N型，由此结为PN结或可能的PIN结。
图6示意性地示出穿过根据本发明的第三实施方案的光伏器件50的截面，该光伏器件50包括包含晶粒2和电荷导体3的光吸收层1b，如图中5所示。光伏器件50进一步包括包含与晶粒2电接触的导电颗粒24的第一导电层16、包括电耦接至电荷导体3的半导体颗粒52的导电颗粒25的第二导电层18、以及设置在第一导电层与第二导电层之间的绝缘层20。光伏器件50进一步包括电连接至第一导电层的第一触点12和电连接至第二导电层的第二触点14。
器件50进一步包括多个设置在光吸收层1b与第二导电层18之间的电荷导电材料的电荷导电路径22。在该实施方案中，电荷导电路径22包含由电荷导电材料制成的多个半导体颗粒。例如，路径22中的半导体颗粒由掺杂硅制成。适宜地，路径中的半导体颗粒由与光吸收层中的半导体颗粒52相同的材料制成。将电荷导体3以使得半导体颗粒52中的一些部分地覆盖晶粒2且半导体颗粒52中的一些形成从晶粒2的表面至第二导电层的电荷导电材料的多个连续路径22的方式沉积。适宜地，第一导电层和第二导电层以及绝缘层20为多孔的，以使电荷导体3的半导体颗粒52穿过导电层和绝缘层。电荷导体3的半导体颗粒52容纳于第一导电层和第二导电层的孔中以及绝缘层20的孔中，如图6中所示。电荷导体的半导体颗粒52彼此电接触，且与光吸收层中的晶粒2电接触使得半导体颗粒52中的至少一些在光吸收层1b与第二导电层之间形成半导体网络。
本发明不限于所公开的实施方案，但是可以在所附权利要求的范围内变化和修改。例如，在可选择的实施方案中，晶粒可以嵌入于电荷导体中。光伏器件的构造也可以变化。例如，可在其它实施方案中省略绝缘层和/或第二导电层。根据本发明的光吸收层也可以用于前触点光伏器件中，其中金属阳极栅格定位于光吸收层的顶部上，即，电荷导体和晶粒上。另外，第二导电层可以呈金属膜形式而为无孔的。

Claims (17)

1.一种光伏器件(10；30；50)，其包括第一导电层(16)和配置在所述第一导电层上的光吸收层(1a,1b)，所述光吸收层包含掺杂半导体材料的多个晶粒(2)和电荷导体(3)，所述电荷导体(3)由与所述晶粒物理接触从而在所述晶粒与所述电荷导体之间形成多个结(4)的固体电荷导电材料制成，其特征在于，所述器件包括与所述第一导电层(16)电绝缘的第二导电层(18)，所述电荷导体(3)电耦接至所述第二导电层(18)并且与所述第一导电层(16)电绝缘，所述晶粒(2)的平均尺寸在1μm与300μm之间，所述电荷导体(3)配置在所述晶粒(2)上和在所述晶粒(2)之间形成的空间中，并且所述光吸收层配置在所述第一导电层(16)上使得各所述晶粒(2)的一部分与所述第一导电层电且物理接触，并且各所述晶粒的剩余自由表面的主要部分覆盖有所述电荷导体，
所述器件包括配置在所述第一导电层(16)与所述第二导电层(18)之间的绝缘层(20)。
2.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述电荷导体(3)以其形成从所述晶粒(2)的表面至所述第二导电层(18)的电荷导电材料的多个连续路径(22)的方式沉积。
3.根据权利要求2所述的光伏器件，其中所述电荷导体(3)穿过所述第一导电层(16)和所述绝缘层(20)以形成所述路径(22)。
4.根据权利要求2或3所述的光伏器件，其中所述第一导电层(16)和所述绝缘层(20)为多孔的，并且所述电荷导体(3)容纳于所述第一导电层(16)的孔中和所述绝缘层的孔中，使得穿过所述第一导电层(16)和所述绝缘层(20)形成所述路径(22)。
5.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述第一导电层(16)包含配置为使所述电荷导体(3)与所述第一导电层(16)电绝缘的绝缘氧化物。
6.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述第一导电层(16)包含与所述晶粒(2)电接触的烧结金属颗粒(24)。
7.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述晶粒(2)由掺杂硅制成，并且所述第一导电层(16)包含金属或金属合金，并且所述晶粒(2)与所述第一导电层(16)之间的物理接触的区域由金属硅化物或金属-硅合金的层(26)构成。
8.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述电荷导体(3)设置在所述晶粒(2)上和在所述晶粒(2)之间形成的空间中使得大多数所述晶粒覆盖有电荷导体的层(6)，所述层(6)覆盖所述晶粒的表面的大部分。
9.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述晶粒(2)的平均尺寸在10μm与80μm之间。
10.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述晶粒(2)主要具有在所述晶粒的表面处暴露的{111}面。
11.根据权利要求8所述的光伏器件，其中所述电荷导体的层(6)覆盖所述晶粒(2)的表面的至少70％。
12.根据权利要求11所述的光伏器件，其中所述电荷导体的层(6)的厚度在10nm与200nm之间。
13.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述电荷导体(3)包含导电聚合物，或无机材料，或者金属-有机材料。
14.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述电荷导体(3)包含PEDOT:PSS。
15.根据权利要求1所述的光伏器件，其中所述晶粒(2)的平均尺寸在20μm与50μm之间。
16.根据权利要求11所述的光伏器件，其中所述电荷导体的层(6)覆盖所述晶粒(2)的表面的至少80％。
17.根据权利要求11所述的光伏器件，其中所述电荷导体的层(6)的厚度在50nm与100nm之间。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2901323T3 (es) * 2019-07-26 2022-03-22 Meyer Burger Germany Gmbh Dispositivo fotovoltaico y método para fabricar el mismo
WO2023115449A1 (zh) * 2021-12-23 2023-06-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 A/m/x晶体材料、光伏器件及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103119673A (zh) * 2010-03-11 2013-05-22 牛津大学技术转移公司 光敏固态异质结装置
CN103270617A (zh) * 2010-11-16 2013-08-28 积水化学工业株式会社 有机太阳能电池活性层用墨液、有机太阳能电池以及有机太阳能电池的制造方法
CN104769738A (zh) * 2012-11-13 2015-07-08 积水化学工业株式会社 太阳能电池
WO2015117795A1 (en) * 2014-02-06 2015-08-13 Exeger Sweden Ab A transparent dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the solar cell
CN105247636A (zh) * 2013-05-17 2016-01-13 艾克瑟格瑞典公司 染料敏化太阳能电池以及制造太阳能电池的方法

Family Cites Families (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2900921C2 (de) 1979-01-11 1981-06-04 Censor Patent- und Versuchs-Anstalt, 9490 Vaduz Verfahren zum Projektionskopieren von Masken auf ein Werkstück
US4357400A (en) 1979-12-11 1982-11-02 Electric Power Research Institute, Inc. Photoelectrochemical cell employing discrete semiconductor bodies
JPH0536997A (ja) * 1991-07-26 1993-02-12 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPH08186245A (ja) * 1994-12-28 1996-07-16 Sony Corp 量子構造の製造方法
JP2001156321A (ja) * 1999-03-09 2001-06-08 Fuji Xerox Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
EP1175938A1 (en) * 2000-07-29 2002-01-30 The Hydrogen Solar Production Company Limited Photocatalytic film of iron oxide, electrode with such a photocatalytic film, method of producing such films, photoelectrochemical cell with the electrode and photoelectrochemical system with the cell, for the cleavage of water into hydrogen and oxygen
DE60123714T2 (de) * 2000-08-15 2007-10-04 FUJI PHOTO FILM CO., LTD., Minamiashigara Photoelektrische Zelle und Herstellungsmethode
JP2004055686A (ja) * 2002-07-17 2004-02-19 Sharp Corp 太陽電池およびその製造方法
JP4016419B2 (ja) 2002-08-23 2007-12-05 Ｊｓｒ株式会社 シリコン膜形成用組成物およびシリコン膜の形成方法
US7052587B2 (en) * 2003-06-27 2006-05-30 General Motors Corporation Photoelectrochemical device and electrode
EP1624472A3 (en) 2004-07-08 2011-03-16 Sumitomo Chemical Company, Limited Porous Electrodes, Devices including the Porous Electrodes, and Methods for their Production
US20060021647A1 (en) 2004-07-28 2006-02-02 Gui John Y Molecular photovoltaics, method of manufacture and articles derived therefrom
JP2006156582A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Kyocera Corp 半導体部品および光電変換装置
JP2007281018A (ja) 2006-04-03 2007-10-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光電変換装置及びその製造方法
KR20070099840A (ko) * 2006-04-05 2007-10-10 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
JP2008143754A (ja) * 2006-12-12 2008-06-26 Union Material Kk 球状シリコン結晶及びその製造方法
US8158880B1 (en) 2007-01-17 2012-04-17 Aqt Solar, Inc. Thin-film photovoltaic structures including semiconductor grain and oxide layers
US20090308442A1 (en) 2008-06-12 2009-12-17 Honeywell International Inc. Nanostructure enabled solar cell electrode passivation via atomic layer deposition
KR100908243B1 (ko) * 2007-08-22 2009-07-20 한국전자통신연구원 전자 재결합 차단층을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그제조 방법
JP5377327B2 (ja) * 2007-12-12 2013-12-25 シャープ株式会社 光増感太陽電池モジュールおよびその製造方法
US8067763B2 (en) 2007-12-19 2011-11-29 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell with conjugated bridge molecule
KR101461522B1 (ko) 2008-04-10 2014-11-14 한양대학교 산학협력단 겔형 전해질 및 이를 이용한 염료감응 태양전지
KR100952837B1 (ko) 2008-07-28 2010-04-15 삼성모바일디스플레이주식회사 유기전계발광 표시장치
US20110048525A1 (en) 2008-11-26 2011-03-03 Sony Corporation Functional device and method for producing the same
JP5590026B2 (ja) 2009-03-06 2014-09-17 日本電気株式会社 光電変換素子およびその製造方法、光センサならびに太陽電池
JP4683396B2 (ja) 2009-04-30 2011-05-18 シャープ株式会社 多孔質電極、色素増感太陽電池、および色素増感太陽電池モジュール
KR101072472B1 (ko) 2009-07-03 2011-10-11 한국철강 주식회사 광기전력 장치의 제조 방법
GB0916037D0 (en) 2009-09-11 2009-10-28 Isis Innovation Device
CN201655556U (zh) 2009-12-24 2010-11-24 彩虹集团公司 一种染料敏化太阳能电池
JP4620794B1 (ja) 2010-03-11 2011-01-26 大日本印刷株式会社 色素増感型太陽電池
KR101339439B1 (ko) 2010-06-22 2013-12-10 한국전자통신연구원 태양 전지 및 그 제조 방법
US8329496B2 (en) 2010-10-14 2012-12-11 Miasole Dithered scanned laser beam for scribing solar cell structures
JP5875529B2 (ja) * 2011-01-26 2016-03-02 国立大学法人山口大学 シリコン融液接触部材、その製法、および結晶シリコンの製造方法
US20120285521A1 (en) 2011-05-09 2012-11-15 The Trustees Of Princeton University Silicon/organic heterojunction (soh) solar cell and roll-to-roll fabrication process for making same
JP5118233B2 (ja) 2011-06-08 2013-01-16 シャープ株式会社 光電変換素子および光電変換素子モジュール
KR101246618B1 (ko) 2011-06-27 2013-03-25 한국화학연구원 무기반도체 감응형 광전소자 및 그 제조방법
TW201301538A (zh) 2011-06-28 2013-01-01 Ind Tech Res Inst 複合型染料敏化光電裝置
KR101266514B1 (ko) * 2011-07-18 2013-05-27 충남대학교산학협력단 염료 감응형 태양전지용 광전극 및 이의 제조방법
CN104025223B (zh) * 2011-10-11 2017-11-14 埃克斯格瑞典股份公司 用于制造染料敏化太阳能电池的方法及由此制备的太阳能电池
US9859348B2 (en) * 2011-10-14 2018-01-02 Diftek Lasers, Inc. Electronic device and method of making thereof
JP6373552B2 (ja) 2011-10-26 2018-08-15 住友化学株式会社 光電変換素子
SE537669C2 (sv) 2012-04-04 2015-09-29 Exeger Sweden Ab Färgämnessensiterad solcellsmodul med seriekopplad struktursamt sätt för framställning av solcellen
WO2013171520A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 Isis Innovation Limited Optoelectronic device comprising perovskites
CN104584163A (zh) 2012-08-22 2015-04-29 住友大阪水泥股份有限公司 染料敏化型太阳能电池用糊料、多孔光反射绝缘层及染料敏化型太阳能电池
US9312406B2 (en) 2012-12-19 2016-04-12 Sunpower Corporation Hybrid emitter all back contact solar cell
US8785233B2 (en) 2012-12-19 2014-07-22 Sunpower Corporation Solar cell emitter region fabrication using silicon nano-particles
TWI539618B (zh) * 2013-02-07 2016-06-21 陳柏頴 半導體材料組成物及其製成太陽能電池之方法
WO2014179368A1 (en) 2013-04-29 2014-11-06 Solexel, Inc. Damage free laser patterning of transparent layers for forming doped regions on a solar cell substrate
EP2994926A1 (en) 2013-05-06 2016-03-16 Greatcell Solar S.A. Organic-inorganic perovskite based solar cell
EP3042402A4 (en) 2013-09-04 2017-05-31 Dyesol Ltd A photovoltaic device
GB201410542D0 (en) 2014-06-12 2014-07-30 Isis Innovation Heterojunction device
KR101623653B1 (ko) * 2014-10-29 2016-05-23 고려대학교 산학협력단 페로브스카이트와 염료를 이용한 태양전지 및 그 제조 방법
US10192689B2 (en) 2015-01-07 2019-01-29 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Self-assembly of perovskite for fabrication of transparent devices
CN105024013A (zh) * 2015-03-05 2015-11-04 苏州瑞晟纳米科技有限公司 一种新型的低温溶液法制备的高效率长寿命的平面异质结钙钛矿太阳能电池
CN104795464B (zh) 2015-03-09 2016-09-07 浙江大学 一种利用发光多孔硅颗粒提高太阳能电池效率的方法
MX2018010840A (es) * 2016-03-10 2019-02-07 Exeger Operations Ab Una celda solar que comprende granos de un material semiconductor dopado y un metodo para fabricar la celda solar.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103119673A (zh) * 2010-03-11 2013-05-22 牛津大学技术转移公司 光敏固态异质结装置
CN103270617A (zh) * 2010-11-16 2013-08-28 积水化学工业株式会社 有机太阳能电池活性层用墨液、有机太阳能电池以及有机太阳能电池的制造方法
CN104769738A (zh) * 2012-11-13 2015-07-08 积水化学工业株式会社 太阳能电池
CN105247636A (zh) * 2013-05-17 2016-01-13 艾克瑟格瑞典公司 染料敏化太阳能电池以及制造太阳能电池的方法
WO2015117795A1 (en) * 2014-02-06 2015-08-13 Exeger Sweden Ab A transparent dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the solar cell

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