JP2012500474A - Photocells with processed surfaces and related applications - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光生成キャリアの再結合損失を緩和する光電池およびプロセスが提供される。再結合損失を低減するために、アクティブな太陽光発電(PV)素子の拡散ドーピング層が、金属コンタクトとアクティブなPV素子との間の接触を低減する誘電材料のパターンでコーティングされている。様々なパターンを利用することができ、PV素子の1つまたは複数の表面が1つまたは複数の誘電体でコーティングされていてよい。垂直多重接合光電池は、パターニングされたPV素子またはユニットセルで作製することができる。パターニングされたPV素子によってVMJ光電池の直列抵抗が上昇する可能性があり、PV素子の1つまたは複数の表面をパターニングすると、VMJ光電池を作製するのに使用されるプロセスがより複雑になるが、PV素子の拡散ドーピング層のキャリア損失が低減すると光電池の効率が向上する。
【選択図】図24Photovoltaic cells and processes are provided that mitigate recombination loss of photogenerated carriers. In order to reduce recombination loss, the diffusion doped layer of the active photovoltaic (PV) device is coated with a pattern of dielectric material that reduces the contact between the metal contact and the active PV device. A variety of patterns can be utilized, and one or more surfaces of the PV element can be coated with one or more dielectrics. Vertical multi-junction photovoltaic cells can be made with patterned PV elements or unit cells. Patterned PV elements can increase the series resistance of a VMJ photovoltaic cell, and patterning one or more surfaces of a PV element makes the process used to make a VMJ photovoltaic cell more complex, If the carrier loss of the diffusion doping layer of the PV element is reduced, the efficiency of the photovoltaic cell is improved.
[Selection] Figure 24
Description
本出願は、2009年8月5日出願の“PHOTOVOLTAIC CELL WITH PATTERNED CONTACTS”と表題された米国特許出願番号第12/535,952号の優先権を主張する2008年8月15日出願の“SOLAR CELL WITH PATTERNED CONTACTS”と表題された米国特許仮出願番号第61/089,389号、2008年8月14日出願の“VERTICAL MULTIJUNCTION CELL WITH TEXTURED SURFACE”と表題された米国特許仮出願番号第61/088,921号の優先権を主張する2009年8月6日出願の“VERTICAL MULTI JUNCTION CELL WITH TEXTURED SURFACE”と表題された米国特許出願番号第12/536,982号、2008年8月14日出願の“SOLAR CELL WITH BUFFER ZONE”と表題された米国特許仮出願番号第61/088,936号の優先権を主張する2009年8月6日出願の“PHOTOVOLTAIC CELL WITH BUFFER ZONE”と表題された米国特許出願番号第12/536,987号、および2008年8月28日出願の“ELECTROLYSIS VIA VERTICAL MULTI-JUNCTION SOLAR CELL”と表題された米国特許仮出願番号第61/092,531号の優先権を主張する2009年8月6日出願の“ELECTROLYSIS VIA VERTICAL MULTI-JUNCTION PHOTOVOLTAIC CELL”と表題された米国特許出願番号第12/536,992号の利益を主張する。上記で参照された出願の全体が、参照によって本明細書に組み込まれる。 This application is filed on August 15, 2008, filed “SOLAR,” claiming priority from US patent application Ser. No. 12 / 535,952, entitled “PHOTOVOLTAIC CELL WITH PATTERNED CONTACTS”, filed Aug. 5, 2009. US Provisional Application No. 61 / 089,389 entitled “CELL WITH PATTERNED CONTACTS”, US Provisional Patent Application No. 61 / No. 12 / 536,982, filed August 14, 2008, entitled “VERTICAL MULTI JUNCTION CELL WITH TEXTURED SURFACE”, filed Aug. 6, 2009, claiming priority of No. 088,921 “PHOTOVOLTAIC CELL WITH BUFFER ZONE” filed on August 6, 2009 claiming priority from US Provisional Patent Application No. 61 / 088,936 entitled “SOLAR CELL WITH BUFFER ZONE” No. 12 / 536,987 titled US Patent Provisional Application No. 61 / 092,531 entitled “ELECTROLYSIS VIA VERTICAL MULTI-JUNCTION SOLAR CELL” filed Aug. 28, 2008 Claims the benefit of US patent application Ser. No. 12 / 536,992, entitled “ELECTROLYSIS VIA VERTICAL MULTI-JUNCTION PHOTOVOLTAIC CELL”, filed Aug. 6, 2009. The entire application referenced above is hereby incorporated by reference.
化石エネルギー資源の供給の限界と増加する需要ならびに関連する地球規模の環境破壊が、様々な利用エネルギー資源および関連技術を多様化しようとする世界的な努力を駆り立てている。このような資源の1つに、光を電気に変換する太陽光発電(PV:photovoltaic)技術を使用する太陽エネルギーがある。また、太陽エネルギーは、(例えば太陽炉、蒸気発生器などにおいて)熱生成向けに活用することができる。ソーラー技術は、太陽光を受け取って電気に変換する一連のPV電池もしくは太陽電池またはそれらのパネルで一般に実施され、この電気は、次に送電網へ送出することができる。太陽電池パネルの設計および製造で著しい進歩が成し遂げられており、太陽電池パネルの製造原価が低減する一方で効果的に効率が向上した。より高効率な太陽電池が開発されるのにつれて電池のサイズが縮小し、需要が大きい減少しつつある非再生可能ソースに対する競争力のある再生可能代替エネルギーを提供するのに使用される太陽電池パネルの現実性が増している。このために、太陽エネルギーを送電網に送出され得る電気に変換し、熱も採取するように、ソーラーコンセントレータのような太陽エネルギー収集システムを配置することができる。ソーラーコンセントレータ技術の開発に加えて、ソーラーコンセントレータへの利用を対象とする太陽電池の開発も実施されている。 The limits and increasing demand for fossil energy resources and the associated global environmental destruction are driving a global effort to diversify the various energy resources and related technologies. One such resource is solar energy that uses photovoltaic (PV) technology that converts light into electricity. Solar energy can also be utilized for heat generation (eg, in solar furnaces, steam generators, etc.). Solar technology is typically implemented with a series of PV cells or solar cells or panels thereof that receive sunlight and convert it to electricity, which can then be delivered to the power grid. Significant progress has been made in the design and manufacture of solar panels, effectively improving efficiency while reducing the cost of manufacturing solar panels. Solar panels used to provide a competitive renewable alternative energy to declining non-renewable sources where the size of the battery shrinks as more efficient solar cells are developed and the demand is large The reality of is increasing. For this purpose, a solar energy collection system, such as a solar concentrator, can be arranged to convert solar energy into electricity that can be delivered to the power grid and also collect heat. In addition to the development of solar concentrator technology, development of solar cells intended for use in solar concentrators is also underway.
垂直多重接合(VMJ:vertical multi-junction)太陽電池と称される高強度太陽電池技術は、縁部照光型である小型の垂直接合ユニットセルを一体接合し直列接続したアレイであり、両端に電気接点を有するものである。この独特なVMJ電池構造は、本質的に、高電圧で低直列抵抗の出力特性をもたらし、高強度太陽光発電コンセントレータにおける効率的な性能に理想的に適している。VMJ電池の別の重要な特徴に、製造原価を引き下げるその設計の簡易さがある。 High-intensity solar cell technology, called vertical multi-junction (VMJ) solar cells, is an array of small, vertically-junction unit cells that are edge-illuminated and connected in series, with electrical connections at both ends. It has a contact. This unique VMJ battery structure inherently provides high voltage and low series resistance output characteristics and is ideally suited for efficient performance in high intensity photovoltaic concentrators. Another important feature of the VMJ battery is its simplicity of design that reduces manufacturing costs.
VMJの有効性は、太陽強度100から2500の範囲(range of 100 to 2500 suns intensities)にわたる、40個の直列接続の接合を有する実験用VMJ電池で得られた、25ボルトで出力電力密度が400,000ワット/m2を上回る20%に近い効率の性能データによって証明され得る。VMJ太陽電池における前述の性能は、製造原価の低減および製造の低複雑度と共に達成されることを理解されたい。このような態様により、太陽光発電コンセントレータシステムは、世界的なエネルギー問題を解決するうえで、有意に、より費用対効果が大きく、より実現可能であり得るのに必要な、実現可能な技術的性能および経済効率にとってなくてはならない原動力であると考えられる。さらに、電池効率におけるあらゆる向上(例えば出力におけるより大きなワット数)によって、コンセントレータシステムのサイズが直接縮小する(例えば材料費に関連したコストが低減する)ことになり、ドル/ワットの太陽光発電コストが低減する。 The effectiveness of the VMJ is obtained at 25 volts and an output power density of 400 obtained with an experimental VMJ cell with 40 series-connected junctions ranging from 100 to 2500 suns intensities. Can be demonstrated by performance data with efficiencies approaching 20% above 1,000 watts / m 2 . It should be understood that the aforementioned performance in VMJ solar cells is achieved with reduced manufacturing costs and low manufacturing complexity. In this manner, the photovoltaic concentrator system is significantly feasible technically necessary to be more cost-effective and more feasible in solving global energy problems. It is considered to be an essential driving force for performance and economic efficiency. In addition, any increase in battery efficiency (eg, higher wattage in output) will directly reduce the size of the concentrator system (eg, reduce costs associated with material costs), resulting in a dollar / watt photovoltaic cost. Is reduced.
従来の化石燃料コストが急上昇している一方で、世界的エネルギー需要が、新興国ばかりでなく先進国でも着実に増加しているので、ドル/ワットのコストの低減は、太陽電池技術の採用および市場浸透に実質的に関連することに留意されたい。また、広範囲の環境汚染、地球温暖化、および外国の燃料供給に対する依存と関連した国家安全保障および経済危難などのすべての関連する問題に関して懸念が高まっている。これらの、高まりつつある社会意識と結び付けて考えられる環境、経済および安全の要因は、より費用対効果が大きく、環境にやさしい再生可能エネルギーの解決策を見いだすことへの強い関心を駆り立てている。すべての利用可能な再生可能エネルギー資源のうちで、太陽エネルギーは、効率的で持続可能なやり方で需要を満たす、実質的に最も大きな可能性を有する。実際、地球は、人類が実質的にすべての他の資源から1年間にわたって消費することができるエネルギーより大きなエネルギーを、太陽光の形で数分毎に受け取っている。 While traditional fossil fuel costs are soaring, global energy demand is steadily increasing not only in emerging countries but also in developed countries, so the reduction in dollar / watt costs is due to the adoption of solar cell technology and Note that it is substantially related to market penetration. There is also growing concern over all related issues such as widespread environmental pollution, global warming, and national security and economic hazards associated with dependence on foreign fuel supplies. These environmental, economic and safety factors that are considered in conjunction with increasing social awareness are driving a keen interest in finding more cost-effective and environmentally friendly renewable energy solutions. Of all available renewable energy resources, solar energy has virtually the greatest potential to meet demand in an efficient and sustainable manner. In fact, the Earth receives more energy every few minutes in the form of sunlight than humans can consume over a year from virtually all other resources.
たとえ太陽光発電が理想的な再生可能エネルギー技術として広く認められたとしても、その関連コストが、採用および市場浸透にとっての主要な障害になり得る。太陽光発電ベースの電力は、採用されて市場占有率を得るのに先立って、十分に開発され、消費者の間で採用され、実質的に費用対効果が大きい石炭火力電力を含む従来の電源に対して価格競争力を得る必要がある。さらに、低価格電力の利用は、すべての世界経済において必須であると考えられ、このため、テラワット(例えば数千ギガワット)の太陽光発電システムが必要になり得る。市場調査により、大規模な実用用途において助成金なしでコスト競争力を有するには、設置される太陽光発電システムが3ドル/ワット以下の規準コストに低下する必要があると示されている。設置される太陽光発電システムのコストが、現在6ドル/ワットを上回るので、依然として相当なコスト改善が必要である。 Even if solar power is widely recognized as an ideal renewable energy technology, its associated costs can be a major obstacle to adoption and market penetration. Photovoltaic-based power is well-developed and adopted among consumers prior to adoption and gaining market share, and traditional power sources including coal-fired power that are substantially cost-effective It is necessary to gain price competitiveness. In addition, the use of low cost power is considered essential in all world economies, which may require terawatt (eg, thousands of gigawatts) solar power systems. Market research shows that installed photovoltaic systems need to be reduced to a standard cost of $ 3 / watt or less in order to be cost competitive without subsidies in large-scale practical applications. Since the cost of the installed photovoltaic system currently exceeds $ 6 / watt, considerable cost improvements are still needed.
過去数十年間にわたって、より廉価なドル/ワット性能を達成する試みが、太陽光発電技術におけるほとんどの研究開発の主要な目的であった。産業界が、太陽光発電エネルギーの費用対効果をより大きくする目的で様々な技術を追及するのに数十億ドルを使っているにもかかわらず、既存の太陽光発電産業は、依然として販売を支援するための相当な助成金を必要としており、このことは、市場開発および産業発展に関して好ましくない状態の指標になり得る。 Over the past decades, attempts to achieve cheaper dollar / watt performance have been the primary objective of most research and development in photovoltaic technology. Despite the industry spending billions of dollars on pursuing various technologies to make it more cost effective, the existing photovoltaic industry is still selling. It requires substantial subsidies to support, and this can be an indicator of unfavorable conditions with respect to market development and industrial development.
現在、1960年代に最初に発見されて開発されたときのものと実質的に同じままであるシリコン太陽電池が太陽光発電市場の約93%を占めている。既存の太陽光発電産業は、従来型の太陽電池を製造するのに、コスト低減の努力において、低コストのスクラップグレードの半導体シリコンの有用性に極度に依存している。しばしばソーラーグレードシリコンと称されるこのようなスクラップグレードシリコンは、本来、ウェーハ製造から残されたインゴットの先頭および後部、ならびにより高品質の最上グレードのシリコンウェーハを必要とする半導体デバイス製造業者によって不合格にされた規格外材料であることに留意されたい。太陽光発電の販売は、過去十年間にわたって毎年約40%の成長と急速に増加しており、2007年に3.8ギガワット(GW)の生産量になると見積もられているが、現在、ソーラーグレードシリコンが不足し、また高価格であることにより、販売が妨げられている。最上グレードのシリコンも利用可能であるが、製造原価がさらに数倍増加することになるので選択肢と考えられない。 Currently, silicon solar cells, which remain substantially the same as originally discovered and developed in the 1960s, account for about 93% of the photovoltaic market. The existing photovoltaic industry relies heavily on the availability of low-cost scrap grade semiconductor silicon in cost-saving efforts to produce conventional solar cells. Such scrap-grade silicon, often referred to as solar-grade silicon, is inherently rejected by semiconductor device manufacturers who need the top and back of the ingot left from wafer manufacturing, as well as higher quality top grade silicon wafers. Note that it is a non-standard material that has been accepted. Solar power sales have grown rapidly with an annual growth rate of about 40% over the past decade and are estimated to be 3.8 gigawatts (GW) production in 2007. Sales are hindered by the lack of grade silicon and high prices. Top grade silicon can also be used, but it is not considered an option because the manufacturing costs will increase several times more.
一般的な従来型の太陽電池については、製造原価の半分以上が太陽電池用ウェーハを作製するのに使用される未加工の半導体ポリシリコンである。その結果、一般的な効率14%の太陽電池の定格は0.014W/cm2であり、あらゆる追加の製造に先んじてシリコンウェーハのコストで3ドル/ワット(すなわち0.042ドル/cm2)を上回っている。したがって、既存の太陽光発電産業は、シリコン材料の開始コストだけで大規模用途に必要な規準価格効用を上回るということに対処し、それを解決する必要がある。対照的な態様として、単位面積あたり100ドル/cm2より高額で売れるマイクロプロセッサチップを作製する半導体製造業者は、最上グレードのシリコンウェーハの利用に伴うコストを受け入れる余裕がある。 For typical conventional solar cells, more than half of the manufacturing costs are raw semiconductor polysilicon used to make solar cell wafers. As a result, a typical 14% efficiency solar cell is rated at 0.014 W / cm 2 and costs $ 3 / watt (ie, $ 0.042 / cm 2 ) at the cost of a silicon wafer prior to any additional manufacturing. Is over. Therefore, the existing photovoltaic industry needs to address and solve the fact that the starting cost of silicon material alone exceeds the reference price utility required for large-scale applications. In contrast, semiconductor manufacturers that produce microprocessor chips that sell for more than $ 100 / cm 2 per unit area can afford the costs associated with the use of top grade silicon wafers.
ソーラーグレードシリコンの不足および太陽光発電産業が重要な規準コストを達成不可能であることが、宇宙空間用途向けに開発された新規のより効率的なトリプル接合太陽電池の出現と相まって、最近、太陽光発電コンセントレータにかなりの新たな関心を生み出している。太陽光発電コンセントレータの明白な利点は、高価な太陽電池のはるかに小さな領域上に日光を集中するのに、大面積の廉価な材料(ガラス反射鏡またはプラスチックレンズ)を使用し、したがって安い材料を使用して高価な材料を置換することからもたらされる費用効果の可能性である。太陽強度1000の太陽光発電コンセントレータを設計することにより、高価な半導体シリコンの必要性を約99.9%と著しく低減することになり、このことは、1MWの従来型の太陽電池に現在必要とされる高価な半導体シリコンの同一量を使用して、1000MWのVMJ電池が可能であることを意味する。実用上、これは、あらゆるシリコン不足問題を緩和するための実際的な手法と考えられる。 The shortage of solar grade silicon and the inability of the photovoltaic industry to meet critical criteria costs, coupled with the advent of new more efficient triple junction solar cells developed for space applications, It has generated considerable new interest in photovoltaic concentrators. The obvious advantage of photovoltaic concentrators is the use of large area, inexpensive materials (glass reflectors or plastic lenses) to concentrate sunlight on a much smaller area of expensive solar cells, and thus cheap materials. This is a cost-effective possibility resulting from using and replacing expensive materials. By designing a solar concentrator with a solar intensity of 1000, the need for expensive semiconductor silicon will be significantly reduced to approximately 99.9%, which is currently required for 1 MW conventional solar cells. This means that a 1000 MW VMJ battery is possible using the same amount of expensive semiconductor silicon. In practice, this is considered a practical approach to alleviate any silicon deficiency problem.
ソーラーコンセントレータの実質的な研究は、主として高強度向けの太陽電池シリコンコンセントレータ設計の開発に的が絞られており、かなりの製作品が1970年代のエネルギー危機の時代の間に開発されており、当時は、中程度から不十分なものまでの費用効果しかもたらさないことを示すものであった。当初は、太陽強度500で動作するコンセントレータシステム用のシリコンセルを対象とする研究開発が行なわれたが、研究中の太陽電池の設計において直列抵抗の問題を克服しようとする際に、未解決の開発上の困難に遭遇したとき、この目標は太陽強度250に下げられた。例えば、コンセントレータ太陽電池における高い直列抵抗損失は、主要問題として十分に理解されており、従来型のVMJ太陽電池技術は、それに対処して解決している。コンセントレータ技術向けに開発された太陽電池のかなりの部分は、6つまたは7つの高温ステップ(>1000℃)および6つまたは7つのフォトリソグラフィのマスキングステップを伴い、製造するのがかなり複雑でコストがかかることに留意されたい。この複雑さは、これらの設計の最善のものでも最大強度動作を太陽強度が高々250までに基本的に制限された直列抵抗損失を最小化する設計上の試みに起因するものであった。このような複雑さおよび関連するコストにより、コンセントレータ技術および関連する太陽電池技術の実質的な開発が妨げられ、薄膜太陽電池技術のような代替技術の開発が促進された。 Substantial research on solar concentrators has focused primarily on the development of high-strength solar cell silicon concentrator designs, with considerable work being developed during the energy crisis of the 1970s, Indicates that it is only cost effective from moderate to insufficient. Initially, research and development was conducted on silicon cells for concentrator systems operating at a solar intensity of 500, but when trying to overcome the series resistance problem in the solar cell design under investigation, When encountering developmental difficulties, this target was lowered to a solar intensity of 250. For example, high series resistance loss in concentrator solar cells is well understood as a major problem, and conventional VMJ solar cell technology has addressed and solved it. A significant portion of solar cells developed for concentrator technology involves six or seven high temperature steps (> 1000 ° C.) and six or seven photolithography masking steps, which are fairly complex and costly to manufacture. Note that this is the case. This complexity was attributed to design efforts to minimize series resistance losses, even with the best of these designs, with maximum intensity operation essentially limited to a solar intensity of at most 250. Such complexity and associated costs hindered the substantial development of concentrator technology and related solar cell technology, and encouraged the development of alternative technologies such as thin film solar cell technology.
垂直多重接合(VMJ)の太陽電池技術は、従来型のコンセントレータ太陽電池とは実質的に異なる。VMJ太陽電池技術は、他の技術に対して少なくとも以下の2つの利点をもたらす。(1)フォトリソグラフィを必要としない。(2)1000℃を越える温度での単一の高温拡散ステップを、両方の接合を形成するのに使用することができる。したがって、より安い製造原価が得られる。また、VMJ太陽電池は、例えば太陽強度2500といった高い強度で動作することができる。一般通念によれば経済的に実現可能でない程度であるとされる高い太陽強度でさえ、VMJ電池の設計において直列抵抗が問題にならないことは、このような動作から見てすぐにわかることである。また、太陽強度2500でのVMJユニットセル内の電流密度は一般に70A/cm2の近くであり、他の技術に基づくほとんどの太陽電池に対して実質的に有害になり得る放射レベルである。
Vertical multi-junction (VMJ) solar cell technology is substantially different from conventional concentrator solar cells. VMJ solar cell technology offers at least the following two advantages over other technologies. (1) No photolithography is required. (2) A single high temperature diffusion step at temperatures above 1000 ° C. can be used to form both junctions. Therefore, a cheaper manufacturing cost can be obtained. Further, the VMJ solar cell can operate at a high intensity such as a
前述のように、太陽光発電コンセントレータにおける新たな関心は、主としてガリウム(Ga)、燐(P)、砒化物(As)、インジウム(In)およびゲルマニウム(Ge)を含むIII族〜V族の材料で作製されたトリプル接合太陽電池の開発によるものである。トリプル接合電池は、ゲルマニウムウェーハの上に、層になった20から30の別々の半導体を連続して使用することができ、これらは、有機金属気相成長法(MOCVD)反応器内で成長されたGaInP2およびGaAsのドープされた層であり、それぞれのタイプの半導体が、特定の色の日光を最も効率的に吸収するような特有のバンドギャップエネルギーを有する。これらの半導体層は、ほぼすべての太陽のスペクトルを吸収することによって、できるだけ多くの日光から電気を生成するように注意深く選択される。これらの多重接合デバイスは、適度の太陽光の集中および研究所の条件下で40.7%という効率の最高記録に到達した、現在までの最も効果的な太陽電池である。しかし、これらの製造は高価なので、太陽光発電コンセントレータにおける用途を必要とする。 As noted above, new interest in solar power concentrators is the Group III-V materials that primarily include gallium (Ga), phosphorus (P), arsenide (As), indium (In), and germanium (Ge). This is due to the development of a triple-junction solar cell fabricated in Triple junction cells can use 20-30 separate layers of semiconductor in succession on a germanium wafer, which are grown in a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) reactor. GaInP 2 and GaAs doped layers, each type of semiconductor having a unique band gap energy that absorbs sunlight of a particular color most efficiently. These semiconductor layers are carefully selected to generate electricity from as much sunlight as possible by absorbing almost all of the solar spectrum. These multi-junction devices are the most effective solar cells to date, reaching a record high efficiency of 40.7% under moderate sunlight concentration and laboratory conditions. However, these manufactures are expensive and require use in solar power concentrators.
しかし、III族〜V族の太陽電池材料の需要およびコストは急速に上昇している。一例として、12か月(2006年12月〜2007年12月)で、純粋なガリウムのコストは、1kg当たり約350ドルから1kg当たり680ドルに上昇し、ゲルマニウムの価格は、1kg当たり1000ドル〜1200ドルへ実質的に上昇した。2002年に1kg当たり94ドルであったインジウムの価格は、2007年に1kg当たりほぼ1000ドルへと上昇した。また、2007年にいくつかの新規の会社によって開始された薄膜CIGS(CuInGaSe)太陽電池の大規模製造で、インジウムに対する需要が突出して上昇し続けている。さらに、インジウムは、液晶ディスプレイおよび大きなフラットパネルモニタ用のインジウムスズ酸化物の形で透明な電気的コーティングを形成するのに広く使用される希元素である。現実的に、これらの材料は、主要な世界的エネルギー問題を解決する際にテラワットの低コスト電力を供給するのに必要とされる太陽光発電(PV)の実現可能な長期的解決策とは思われない。 However, the demand and cost of group III-V solar cell materials are rising rapidly. As an example, in 12 months (December 2006-December 2007), the cost of pure gallium rose from about $ 350 per kg to $ 680 per kg, and the price of germanium ranges from $ 1000 per kg It rose substantially to $ 1200. The price of indium, which was $ 94 per kg in 2002, rose to nearly $ 1000 per kg in 2007. Also, with the large-scale manufacturing of thin film CIGS (CuInGaSe) solar cells started by several new companies in 2007, the demand for indium continues to rise. In addition, indium is a rare element widely used to form transparent electrical coatings in the form of indium tin oxide for liquid crystal displays and large flat panel monitors. Realistically, these materials are a viable long-term solution for photovoltaic (PV) that is needed to provide terawatts of low-cost power in solving major global energy problems. I don't think so.
0.26685cm2の面積のIII族〜V族の半導体太陽電池が2.6ワットすなわち約10W/cm2の電力を生成することができ、このような技術は、結局8〜10セント/kWhで電気を生成することができると推定されており、従来型電源からの電気の価格に実質的に類似であるが、このような評価を立証するためにさらなる分析が必要と思われる。しかし、VMJ太陽電池は、低コストの製造と共に最も廉価な半導体材料を使用して、太陽強度2500で40W/cm2を上回る出力電力を示した。(この出力電力は400,000W/m2を上回る)。高性能材料に基づいた複雑なPV技術に加えて、Siベースの太陽電池技術は、太陽光発電要素および用途において実質的に主要な技術であり続けている。さらに、世界的な必要性が生じた場合には、シリコンが、予測可能な将来の範囲内で広範な世界的用途に対してテラワットの太陽光発電を供給することができることになる既存の産業基盤を有する唯一の半導体材料である。 Semiconductor solar cell of the group III ~V Group area 0.26685Cm 2 is able to generate power 2.6 watts or about 10 W / cm 2, such techniques, eventually 8-10 cents / kWh Although it has been estimated that electricity can be generated and is substantially similar to the price of electricity from conventional power sources, further analysis may be needed to establish such an assessment. However, the VMJ solar cell showed output power in excess of 40 W / cm 2 at a solar intensity of 2500 using the cheapest semiconductor material with low cost manufacturing. (This output power exceeds 400,000 W / m 2 ). In addition to complex PV technology based on high performance materials, Si-based solar cell technology continues to be a substantially major technology in photovoltaic elements and applications. In addition, if a global need arises, silicon will be able to supply terawatt solar power for a wide range of global applications within a predictable future range. It is the only semiconductor material that has
以下は、本明細書で説明されるいくつかの態様の基本的理解を提供するための簡易化した概要を示す。この概要は広範な概観ではなく、また、重要な要素/決定的な要素を識別したり、本明細書で説明される様々な態様の範囲を線引きしたりするようにも意図されていない。その唯一の目的は、後に示される、より詳細な説明に対して、いくつかの概念を前置きとして簡易化した形で提示することである。 The following presents a simplified summary to provide a basic understanding of some aspects described herein. This summary is not an extensive overview and is not intended to identify key / critical elements or to delineate the scope of the various aspects described herein. Its sole purpose is to present some concepts in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
本発明は、光生成キャリアの再結合損失を緩和する、半導体ベースの光電池およびプロセスを提供するものである。一態様では、再結合損失を低減するために、アクティブな太陽光発電要素の拡散ドーピング層が、金属コンタクトとアクティブなPV素子との間の接触を低減する誘電材料のパターンでコーティングされている。様々なパターンを利用することができ、PV素子の1つまたは複数の表面が1つまたは複数の誘電体でコーティングされていてよい。垂直多重接合(VMJ)の太陽電池は、パターニングされたPV素子またはユニットセルで作製することができる。パターニングされたPV素子によってVMJ太陽電池の直列抵抗が上昇する可能性があり、PV素子の1つまたは複数の表面をパターニングすると、VMJ太陽電池を作製するのに使用されるプロセスがより複雑になるが、拡散ドーピング層のキャリア損失が低減すると太陽電池の効率が向上し、したがって、製造がより複雑になることに勝るPV動作の利点をもたらすことができる。半導体ベースのPV電池の製造を可能にするシステムも提供される。 The present invention provides semiconductor-based photovoltaic cells and processes that mitigate recombination losses of photogenerated carriers. In one aspect, to reduce recombination loss, the diffusion doping layer of the active photovoltaic element is coated with a pattern of dielectric material that reduces the contact between the metal contact and the active PV element. A variety of patterns can be utilized, and one or more surfaces of the PV element can be coated with one or more dielectrics. Vertical multi-junction (VMJ) solar cells can be fabricated with patterned PV elements or unit cells. Patterned PV elements can increase the series resistance of the VMJ solar cell, and patterning one or more surfaces of the PV element makes the process used to make the VMJ solar cell more complex However, reducing the carrier loss of the diffusion doping layer can increase the efficiency of the solar cell and thus provide the advantage of PV operation over manufacturing complexity. A system is also provided that enables the manufacture of semiconductor-based PV cells.
本明細書で説明される態様または特徴、および光生成キャリアの再結合損失の低減などの関連する利点は、太陽電池、熱光電池、またはレーザ源の光子で励起される電池などのあらゆるクラスの光電池で活用することができる。さらに、この本発明は、ベータボルタ電池など他のクラスのエネルギー変換電池で実施することができる。 Aspects or features described herein, and related advantages such as reducing recombination loss of photogenerated carriers, include all classes of photovoltaic cells, such as solar cells, thermophotovoltaic cells, or cells that are excited with laser source photons. Can be used in. Furthermore, the present invention can be practiced with other classes of energy conversion batteries such as beta voltaic batteries.
本発明は、光を受け取る表面上のテクスチャリングによって垂直多重接合(VMJ)電池における大部分の再結合損失を緩和する。テクスチャは、「V」字形断面構成、「U」字形断面構成などの共振器(cavity)の形をした溝の形式であってもよく、このような断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。一態様では、実質的に反復する断面(例えば溝が延在する方向を切断する面)を含む面は、ユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。このような機構により、屈折した光をp+およびn+のVMJの拡散ドープ領域から遠ざかる方向に導くのが容易になり、同時に、低減したボリューム(体積:volume)で所望のキャリアを生成する。したがって、入射光は、この断面構成を含む、ユニットセルが積層された方向に対して実質的に垂直な面で屈折され得る。 The present invention mitigates most recombination losses in vertical multiple junction (VMJ) cells by texturing on the light receiving surface. The texture may be in the form of a groove in the form of a cavity, such as a “V” -shaped cross-sectional configuration, “U” -shaped cross-sectional configuration, and the surface containing such a cross-sectional configuration forms a VMJ. It is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked. In one aspect, a plane that includes a substantially repeating cross-section (eg, a plane that cuts in the direction in which the grooves extend) is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked. Such a mechanism makes it easy to guide the refracted light away from the diffusion doped regions of the p + and n + VMJs, and at the same time generate the desired carriers with a reduced volume. Therefore, incident light can be refracted on a plane that includes this cross-sectional configuration and is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked.
本発明のVMJ用テクスチャリングは、従来型シリコン光電池のテクスチャのための従来技術とは異なることを理解されたい(どちらもPN接合の方向および/または入射光との相互作用に関するものである)。例えば、従来型のシリコン光電池は、一般に、キャリアの電流をよりよく収集するために、より長い波長の光をPN接合(水平に配置されている)のより近くでより多く吸収するように、光の侵入を傾けるためにテクスチャ加工され、したがって太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対してスペクトル応答が不十分であることを緩和する。それと対照的に、垂直接合を含み、したがって太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対して改善されたスペクトル応答を既にもたらしている本発明のVMJでは、このようなことは不要である。 It should be understood that the VMJ texturing of the present invention differs from the prior art for conventional silicon photovoltaic cell texture (both relate to the direction of the PN junction and / or interaction with incident light). For example, conventional silicon photovoltaic cells generally absorb light at longer wavelengths closer to the PN junction (located horizontally) in order to better collect carrier currents. Textured to tilt the penetration of the light, thus mitigating the lack of spectral response to longer wavelength light in the solar spectrum. In contrast, in a VMJ of the present invention that includes a vertical junction and thus already provides an improved spectral response to longer wavelength light in the solar spectrum, this is not necessary.
具体的な態様では、本発明の溝(例えばV字型溝)を実施することの成果は、(反射を低減する、あるいは反射または屈折された光を接合により近づけるテクスチャリングを有する従来型太陽電池の表面とは反対に)バルク(bulk)の体積を低減することにより、バルクの再結合損失を緩和することである。具体的には、VMJ電池は、短波長の光および長波長の光の両方に対してよりよいキャリア電流収集を示し、短波長の光に対する応答は、上面で高濃度ドープされた水平の接合を除去することによるものであり、長波長の光に対する応答は、垂直の接合の改善された収集効率によるものである。別の例として、本発明の共振器(cavity)の形をした溝付きテクスチャの代わりに、例えばランダム、ピラミッド、ドームおよび類似の突起した構成である他のテクスチャをVMJの一部分として実施した場合には、入射光が全方向に屈折されてp+およびn+の拡散領域で光が吸収され、したがって効率が低下する。 In a specific aspect, the result of implementing the groove (eg, V-shaped groove) of the present invention is a conventional solar cell with texturing (which reduces reflection or brings reflected or refracted light closer to the junction). Reducing bulk recombination losses by reducing bulk volume (as opposed to surface). Specifically, VMJ cells show better carrier current collection for both short and long wavelength light, and the response to short wavelength light is a highly doped horizontal junction on the top surface. The response to long wavelength light is due to the improved collection efficiency of the vertical junction. As another example, instead of a grooved texture in the form of a cavity according to the present invention, for example, random, pyramid, dome and other textures with similar protruding configurations are implemented as part of the VMJ. , Incident light is refracted in all directions and light is absorbed in the p + and n + diffusion regions, thus reducing efficiency.
関連した方法によれば、最初に複数のセルユニットを積み重ねることによりVMJを形成することができ、各セルが、それ自体で、互いに積層された複数の平行な半導体の基板または層を含むことができる。各層が、不純物でドープされてPN接合を形成する半導体材料からなることができ、このようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトイン(built-in)の」静電ドリフト電界をさらに含む。後に、複数のこのようなセルユニットが一体化されてVMJを形成する。次に、光を受け取るVMJ電池の表面上に(例えばダイシングソーによって)共振器の形をした溝を形成することができ、断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。したがって、入射光は、反復する断面構成を含む、ユニットセルが積み重なる方向に対して実質的に垂直な面で屈折することができる(例えば、その関係で、所与の深さに対してより高い吸収をもたらす)。さらに、反射コーティングを有する様々な背面および側面を、本発明の様々な態様と共に実施することができる。 According to a related method, a VMJ can be formed by first stacking a plurality of cell units, each cell itself comprising a plurality of parallel semiconductor substrates or layers stacked on top of each other. it can. Each layer can be made of a semiconductor material that is doped with impurities to form a PN junction, and further includes a “built-in” electrostatic drift electric field that enhances the movement of minority carriers toward such a PN junction. Including. Later, a plurality of such cell units are integrated to form a VMJ. Next, a groove in the form of a resonator can be formed on the surface of the VMJ battery that receives the light (eg, by a dicing saw), and the plane including the cross-sectional configuration is in the direction in which the unit cells forming the VMJ are stacked. It is substantially perpendicular to it. Thus, incident light can be refracted in a plane that is substantially perpendicular to the direction of unit cell stacking, including repeated cross-sectional configurations (eg, higher in relation to a given depth in that regard). Bring about absorption). In addition, various backsides and sides with reflective coatings can be implemented with various embodiments of the present invention.
関連した態様では、本発明の溝付き表面は、キャリア収集をさらに改善する一方で大部分の再結合損失を低減する。例えば、V字型溝は、太陽のスペクトル中のより長い波長の光の吸収経路を増大し、また、光吸収が、p+nn+ユニットセルのn型の大部分の領域内に実質的に閉じ込められ得るように、p+nn+(またはn+pp+)ユニットセルに対して垂直に配置することができる。さらに、このようなV字型溝は、セルへの入射光吸収を改善するように与えられた反射防止コーティングを有することができる。 In a related aspect, the grooved surface of the present invention further improves carrier collection while reducing most recombination losses. For example, a V-shaped groove increases the absorption path of longer wavelength light in the solar spectrum, and light absorption can be substantially confined within the n-type majority region of the p + nn + unit cell. Thus, it can be arranged perpendicular to the p + nn + (or n + pp +) unit cell. Furthermore, such a V-shaped groove can have an anti-reflective coating provided to improve the absorption of light incident on the cell.
関連した態様では、本発明は、光を受け取る表面上のテクスチャリングによって垂直多重接合(VMJ)電池における大部分の再結合損失を緩和する。テクスチャは、「V」字形断面構成、「U」字形断面構成などの共振器の形をした溝の形式であってもよく、このような断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。一態様では、実質的に反復する断面(例えば溝が延在する方向を切断する面)を含む面は、ユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。このような機構により、屈折した光をp+およびn+のVMJの拡散ドープ領域から遠ざかる方向に導くのが容易になり、同時に、低減したボリュームで所望のキャリアを生成する。したがって、入射光は、この断面構成を含む、ユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直な面で屈折され得る。 In a related aspect, the present invention mitigates most recombination losses in vertical multiple junction (VMJ) cells by texturing on the light receiving surface. The texture may be in the form of a groove in the form of a resonator, such as a “V” -shaped cross-sectional configuration, a “U” -shaped cross-sectional configuration, etc. It is substantially perpendicular to the stacking direction. In one aspect, a plane that includes a substantially repeating cross-section (eg, a plane that cuts in the direction in which the grooves extend) is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked. Such a mechanism makes it easier to guide the refracted light away from the diffusion doped regions of the p + and n + VMJs, while at the same time producing the desired carriers with a reduced volume. Therefore, incident light can be refracted in a plane that is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked, including this cross-sectional configuration.
本発明のVMJ用テクスチャリングは、従来型シリコン光電池のテクスチャのための従来技術とは異なることを理解されたい(どちらもPN接合の方向および/または入射光との相互作用に関するものである)。例えば、従来型のシリコン光電池は、一般に、キャリアの電流をよりよく収集するために、より長い波長の光をPN接合(水平に配置されている)のより近くでより多く吸収するように、光の侵入を傾けるためにテクスチャ加工され、したがって太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対してスペクトル応答が不十分であることを緩和する。それと対照的に、垂直接合を含み、したがって太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対して改善されたスペクトル応答を既にもたらしている本発明のVMJでは、このようなことは不要である。 It should be understood that the VMJ texturing of the present invention differs from the prior art for conventional silicon photovoltaic cell texture (both relate to the direction of the PN junction and / or interaction with incident light). For example, conventional silicon photovoltaic cells generally absorb light at longer wavelengths closer to the PN junction (located horizontally) in order to better collect carrier currents. Textured to tilt the penetration of the light, thus mitigating the lack of spectral response to longer wavelength light in the solar spectrum. In contrast, in a VMJ of the present invention that includes a vertical junction and thus already provides an improved spectral response to longer wavelength light in the solar spectrum, this is not necessary.
具体的な態様では、本発明の溝(例えばV字型溝)を実施することの成果は、(反射を低減する、あるいは反射または屈折された光を接合により近づけるテクスチャリングを有する従来型太陽電池の表面とは反対に)バルクの体積を低減することにより、バルクの再結合損失を緩和することである。具体的には、VMJ電池は、短波長の光および長波長の光の両方に対してよりよいキャリア電流収集を示し、短波長の光に対する応答は、頂面で高濃度ドープされた水平の接合を除去することによるものであり、長波長の光に対する応答は、垂直の接合の改善された収集効率によるものである。別の例として、本発明の共振器の形をした溝付きテクスチャの代わりに、例えばランダム、ピラミッド、ドームおよび類似の突起した構成である他のテクスチャをVMJの一部分として実施した場合には、入射光が全方向に屈折されてp+およびn+の拡散領域で光が吸収され、したがって効率が低下する。 In a specific aspect, the result of implementing the groove (eg, V-shaped groove) of the present invention is a conventional solar cell with texturing (which reduces reflection or brings reflected or refracted light closer to the junction). Reducing bulk recombination losses by reducing the bulk volume (as opposed to the surface). Specifically, the VMJ cell exhibits better carrier current collection for both short and long wavelength light, and the response to short wavelength light is a highly doped horizontal junction at the top surface. The response to long wavelength light is due to the improved collection efficiency of the vertical junction. As another example, instead of a grooved texture in the form of a resonator of the present invention, incidents may be implemented when other textures, such as random, pyramid, dome and similar protruding configurations are implemented as part of the VMJ. Light is refracted in all directions and is absorbed in the p + and n + diffusion regions, thus reducing efficiency.
関連した方法によれば、最初に複数のセルユニットを積層することによりVMJを形成することができ、各セルが、それ自体で、互いに積層された複数の平行な半導体の基板または層を含むことができる。各層が、不純物でドープされてPN接合を形成する半導体材料からなることができ、このようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトインの」静電ドリフト電界をさらに含む。後に、複数のこのようなセルユニットが一体化されてVMJを形成する。次に、光を受け取るVMJ電池の表面上に(例えばダイシングソーによって)共振器の形をした溝を形成することができ、断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。したがって、入射光は、反復する断面構成を含む、ユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直な面で屈折することができる(例えば、その関係で、所与の深さに対してより高い吸収をもたらす)。さらに、反射コーティングを有する様々な背面および側面を、本発明の様々な態様と共に実施することができる。 According to a related method, a VMJ can be formed by first stacking a plurality of cell units, each cell itself including a plurality of parallel semiconductor substrates or layers stacked together. Can do. Each layer can be made of a semiconductor material that is doped with impurities to form a PN junction, and further includes a “built-in” electrostatic drift electric field that enhances the movement of minority carriers toward such a PN junction. Later, a plurality of such cell units are integrated to form a VMJ. Next, a groove in the form of a resonator can be formed on the surface of the VMJ battery that receives the light (eg, by a dicing saw), and the plane including the cross-sectional configuration is in the direction in which the unit cells forming the VMJ are stacked. It is substantially perpendicular to it. Thus, incident light can be refracted in a plane that is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked, including repeated cross-sectional configurations (eg, more in relation to a given depth in that regard). High absorption). In addition, various backsides and sides with reflective coatings can be implemented with various embodiments of the present invention.
関連した態様では、本発明の溝付き表面は、キャリア収集をさらに改善する一方でバルクの再結合損失を低減する。例えば、V字型溝は、太陽のスペクトル中のより長い波長の光の吸収経路を増大し、また、光吸収が、p+nn+ユニットセルのn型の大部分の領域内に実質的に閉じ込められ得るように、p+nn+(またはn+pp+)ユニットセルに対して垂直に配置することができる。さらに、このようなV字型溝は、セルへの入射光吸収を改善するように与えられた反射防止コーティングを有することができる。 In a related aspect, the grooved surface of the present invention further improves carrier collection while reducing bulk recombination losses. For example, a V-shaped groove increases the absorption path of longer wavelength light in the solar spectrum, and light absorption can be substantially confined within the n-type majority region of the p + nn + unit cell. Thus, it can be arranged perpendicular to the p + nn + (or n + pp +) unit cell. Furthermore, such a V-shaped groove can have an anti-reflective coating provided to improve the absorption of light incident on the cell.
別の態様では、本発明は、高電圧シリコンの垂直多重接合(VMJ)光電池の最終層にバッファゾーンを与え、活性層を保護する一方でオーミックコンタクトをもたらす障壁を設ける。このようなバッファゾーンは、VMJ電池の最終層の上および/または下に付加的に積層された不活性の層の機構の形であり得る。VMJ電池は、それ自体が複数のセルユニットを含むことができ、各セルユニットは、いくつかの(例えば3つの)活性層を使用してPN接合および「ビルトインの」静電ドリフト電界(これがPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する)を形成する。 In another aspect, the present invention provides a buffer zone in the final layer of a high voltage silicon vertical multiple junction (VMJ) photovoltaic cell to provide a barrier that protects the active layer while providing ohmic contact. Such a buffer zone may be in the form of an inert layer feature additionally layered on and / or below the final layer of the VMJ cell. A VMJ battery may itself include multiple cell units, each cell unit using several (eg, three) active layers, using a PN junction and a “built-in” electrostatic drift electric field (which is a PN Strengthen the movement of minority carriers towards bonding).
そのため、VMJ電池の両端に(その電池ユニットの一部分として)配置されたnn+および/またはp+n接合などの様々な活性層を、有害な形態の応力および/またはひずみ(例えば熱的/機械的圧縮、ねじり、モーメント、せん断など、VMJの製造および/または動作の期間中に誘起され得るもの)から保護することができる。さらに、バッファゾーンは、動作状態で光電池内の実質的な直列抵抗損失に寄与しないように、金属または半導体のいずれかにより、実質的に低抵抗率のオーミックコンタクトを有する材料によって形成することができる。例えば、バッファゾーンは、p型にドープされた低抵抗率のシリコンウェーハを使用することによって形成することができ、その結果、VMJ光電池の製造においてアルミニウム合金などの他のp型ドーパントを用いるとき、このバッファゾーンは、目的が実質的に低抵抗率のオーミックコンタクトを生成することであるとき、(望ましくないpn接合を生成する恐れがあるn型ウェーハの使用とは対照的に)自己ドーピング(auto-doping)のリスクを緩和することになる。本発明は、太陽電池または熱光電電池など任意のクラスの光電池の一部分として実施可能であることを理解されたい。さらに、本発明の態様は、ベータボルタ電池など他のクラスのエネルギー変換電池で実施することができる。 As such, various active layers, such as nn + and / or p + n junctions placed on both ends of the VMJ battery (as part of the battery unit) can be subjected to harmful forms of stress and / or strain (eg, thermal / mechanical compression, From torsion, moments, shears, etc. that can be induced during the manufacture and / or operation of the VMJ. Furthermore, the buffer zone can be formed of a material having a substantially low resistivity ohmic contact, either metal or semiconductor, so that it does not contribute to substantial series resistance loss in the photovoltaic cell in the operating state. . For example, the buffer zone can be formed by using a p-type doped low resistivity silicon wafer, so that when using other p-type dopants such as aluminum alloys in the manufacture of VMJ photovoltaic cells, This buffer zone is self-doping (in contrast to the use of n-type wafers, which can create undesirable pn junctions) when the goal is to produce a substantially low resistivity ohmic contact. -doping) risk will be mitigated. It should be understood that the present invention can be implemented as part of any class of photovoltaic cells, such as solar cells or thermal photovoltaic cells. Furthermore, aspects of the invention can be practiced with other classes of energy conversion batteries, such as beta voltaic batteries.
関連した態様では、バッファゾーンは、セルユニットの最終層の表面上の周縁の形であってもよく、これは、このような活性層に対する保護境界として働くことができ、さらにはVMJ電池の取扱いおよび搬送を容易にするための枠をつける。同様に、VMJ電池に対して安全な取手を与えることにより、このような周縁の形成は、反射防止コーティングと関係する動作を容易化する(例えば、コーティングの上に電池を機械的にクランプすることなどにより動作の期間中確実に保持するとき、コーティングを均一に与えることができる)。さらに、バッファゾーン(例えばVMJの最後に配置された不活性層)は、堆積中に他のバッファゾーンに隣接させて物理的に配置することができ、したがって、接触面の下へ偶然侵入するいかなる望ましくない誘電体コーティング材料も、アクティブなユニットセルを損傷することなく容易に除去することができる。バッファゾーンは、実質的に低抵抗率であって高濃度ドープされたシリコン(例えば約0.008インチの厚さ)から形成することができる。このようなバッファゾーンは、後に、VMJ電池を光電池のアレイの中の別のVMJ電池から分割するかまたは分離する導電性リードと接触させることができる。 In a related aspect, the buffer zone may be in the form of a perimeter on the surface of the final layer of the cell unit, which can serve as a protective boundary for such an active layer and even handle the VMJ battery A frame is attached to facilitate transportation. Similarly, by providing a safe handle for the VMJ battery, the formation of such a rim facilitates operations associated with the anti-reflective coating (eg, mechanically clamping the battery over the coating). The coating can be applied evenly when reliably held during operation, for example). In addition, the buffer zone (eg, an inert layer disposed at the end of the VMJ) can be physically positioned adjacent to other buffer zones during deposition, and thus any accidental intrusion underneath the contact surface. Undesirable dielectric coating materials can also be easily removed without damaging the active unit cell. The buffer zone can be formed from substantially low resistivity, highly doped silicon (eg, about 0.008 inches thick). Such a buffer zone can later be contacted with a conductive lead that divides or separates the VMJ cell from another VMJ cell in the array of photovoltaic cells.
さらなる態様によれば、バッファゾーンは、電気コンタクトとVMJ電池の活性層との間に挟むことができる。さらに、このようなバッファゾーンは、活性層の熱膨張特性と実質的に一致する熱膨張特性を有することができ、したがって性能劣化を緩和する(例えば、製造におけるリードの溶接またははんだ付けのときに生じる応力/ひずみを緩和する)。例えば、すべてのアクティブなユニットセルの熱膨張係数(3×10−6/℃)と一致する、高濃度ドープされた低抵抗率のシリコン層を使用することができる。したがって、アクティブなユニットセルに対して実質的に強いオーミックコンタクトを与えることができ、これが、溶接/はんだ付けおよび/または接触材料における熱膨張係数の不適切な組合せから引き起こされる応力の問題をさらに緩和する。他の実施例には、アクティブなシリコン(3×10−6/℃)のp+nn+ユニットセルに対して実質的に類似の熱膨張係数に選択されたタングステン(4.5×10−6/℃)またはモリブデン(5.3×10−6/℃)などの金属層を導入することが含まれる。バッファゾーンの低抵抗率シリコン層の外層またはアクティブなユニットセルの合金になる電極の金属層に適用されるメタライゼーションは、高強度の太陽電池または光電池に対して有害な応力を導入することなく溶接するかまたははんだ付けすることができ、このような外層は、他のユニットセルと直列のユニットセルのセグメントではなくオーミックコンタクトとして働く。 According to a further aspect, the buffer zone can be sandwiched between the electrical contact and the active layer of the VMJ battery. Further, such buffer zones can have thermal expansion properties that substantially match the thermal expansion properties of the active layer, thus mitigating performance degradation (eg, during lead welding or soldering in manufacturing). Mitigates the stress / strain that occurs). For example, a heavily doped low resistivity silicon layer can be used that matches the thermal expansion coefficient (3 × 10 −6 / ° C.) of all active unit cells. Thus, a substantially strong ohmic contact can be provided to the active unit cell, which further mitigates stress problems caused by improper combinations of thermal expansion coefficients in welding / soldering and / or contact materials. To do. Other embodiments include tungsten (4.5 × 10 −6 / ° C.) selected for a thermal expansion coefficient substantially similar to p + nn + unit cells of active silicon (3 × 10 −6 / ° C.). Or introducing a metal layer such as molybdenum (5.3 × 10 −6 / ° C.). Metallization applied to the outer layer of the low resistivity silicon layer in the buffer zone or to the metal layer of the electrode that becomes the alloy of the active unit cell welds without introducing harmful stress to high-strength solar cells or photovoltaic cells Such an outer layer acts as an ohmic contact rather than a segment of unit cells in series with other unit cells.
本発明の様々な態様は、バッファゾーンの関連する結晶面の方位のミラー指数(111)を有するウェーハの一部分として実施することができ、これらは、アクティブなVMJユニットセルを作製するのに一般に用いられる結晶方位シリコン(100)より、機械的に強く、エッチングが遅いと考えられる。したがって、低抵抗率のシリコン層は、アクティブなユニットセルとは異なる結晶方位を有することができ、このような代替方位を使用することにより、改善された機械的強度/最終コンタクトを有するデバイスがもたらされる。換言すれば、配向された不活性の最終層(111)と比較して、配向されたユニットセル(100)の縁部が一般により早くエッチングされ、このような結晶方位を有するアクティブなユニットセルの隅部が本質的に丸くなり、したがって、最終コンタクトを溶接する、または他の方法で接続するためのより高い機械的強度を有するより安定したデバイス構造がもたらされる。 Various aspects of the present invention can be implemented as part of a wafer having a Miller Index (111) of the relevant crystal plane orientation of the buffer zone, which is commonly used to make active VMJ unit cells. It is considered to be mechanically stronger and slower to etch than the crystalline silicon (100) obtained. Thus, the low resistivity silicon layer can have a different crystal orientation than the active unit cell, and using such an alternative orientation results in a device with improved mechanical strength / final contact. It is. In other words, the edge of the oriented unit cell (100) is generally etched faster compared to the oriented inert final layer (111), and the active unit cell having such a crystal orientation The corners are essentially rounded, thus providing a more stable device structure with higher mechanical strength for welding or otherwise connecting the final contacts.
関連した態様では、本発明は、垂直多重接合(VMJ)光電池を使用して、入射光および電解用に発生した電流によって、化合物(例えば水)の電解(例えば水素および酸素の生成)をもたらす。このようなVMJは、電解液に接触する複数のセルユニットを含み、各セルユニットは、いくつかの(例えば3つの)活性層を使用してPN接合および「ビルトインの」静電ドリフト電界(これがPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する)を形成する。VMJは、ガラスまたはプラスチックなどの透明なハウジングの一部分として、部分的に、または完全に水/電解液の中に浸漬することができ、このようなVMJに光が当たるとき、複数の電解電極(陽極/陰極)がVMJを通じて形成され得る。このような電解電極間に流れる電流は、水を通って流れ、電解の閾値電圧に到達している場合は常に、水を水素と酸素に分解する。一般に、このような分解の閾値電圧は、水を分割して水素および酸素を生成するために、1.18ボルトから1.6ボルトの範囲内にある。複数のセルユニットを積層する(例えば複数のセルを直列接続する)ことにより、高電圧に到達することができることを理解されたい。また、水素および酸素の発生効率を向上し、高い電極電位および電解質溶液によって引き起こされる半導体腐食を低減するのに触媒添加物をさらに使用することができる。さらに、電解液は、VMJ電池を形成する積層(例えばイリジウムで作製されたイリジウムベースの材料、その二元合金、またはその酸化物)に悪影響を及ぼさない任意の溶液で形成することができる。 In a related aspect, the present invention uses vertical multiple junction (VMJ) photovoltaic cells to effect electrolysis (eg, production of hydrogen and oxygen) of a compound (eg, water) by incident light and current generated for electrolysis. Such a VMJ includes a plurality of cell units that are in contact with the electrolyte, and each cell unit uses several (eg, three) active layers to form a PN junction and a “built-in” electrostatic drift electric field (which Strengthen the movement of minority carriers toward the PN junction). The VMJ can be partially or fully immersed in water / electrolyte as part of a transparent housing such as glass or plastic, and when such VMJ is exposed to light, a plurality of electrolytic electrodes ( Anode / cathode) can be formed through the VMJ. Such current flowing between the electrolytic electrodes flows through the water and breaks the water into hydrogen and oxygen whenever the threshold voltage for electrolysis is reached. In general, the threshold voltage for such decomposition is in the range of 1.18 volts to 1.6 volts to split the water to produce hydrogen and oxygen. It should be understood that a high voltage can be reached by stacking multiple cell units (eg, connecting multiple cells in series). In addition, catalyst additives can be further used to improve hydrogen and oxygen generation efficiency and reduce semiconductor corrosion caused by high electrode potential and electrolyte solution. Furthermore, the electrolyte can be formed of any solution that does not adversely affect the stack forming the VMJ battery (eg, an iridium-based material made of iridium, its binary alloy, or its oxide).
関連した態様では、VMJは、水/電解液に部分的にまたは完全に浸漬され、またVMJ電池のシリコンの上に突出する突起した金属領域(例えばVMJ電極)を含むことができ、水および電解液との接触面積が増大して水素製造が増強される。このような突出部は、例えば数ミリメートルであり得る。さらなる態様によれば、水素の形成を強化するために、VMJ電池の製造期間中、プラチナ、RuO2、またはチタンなどの電気触媒材料の実質的に薄い層をメタライゼーションに組み込むことができる。さらに、メタライゼーションのn+のマイナス(−)側がp+のプラス(+)側と異なり得るので、電気コンタクト材料を選択する際にかなり融通性がある。当業者なら、水素製造を増強し、安定していて、VMJ電池製造に適合する触媒材料を容易に選択することができることを理解されたい。さらに、電解電極に付着したままの生成された酸素または水素の気泡を解放するのに超音波ユニットを使用することができる。電解液の流れは、このような形成された気泡を除去することもできることを理解されたい。 In a related aspect, the VMJ can be partly or fully immersed in water / electrolyte and can include protruding metal regions (eg, VMJ electrodes) that protrude above the silicon of the VMJ battery, The contact area with the liquid is increased and hydrogen production is enhanced. Such protrusions can be, for example, a few millimeters. According to a further aspect, a substantially thin layer of an electrocatalytic material such as platinum, RuO 2 , or titanium can be incorporated into the metallization during the manufacture of the VMJ cell to enhance hydrogen formation. In addition, since the negative (−) side of metallization can be different from the positive (+) side of p +, there is considerable flexibility in selecting electrical contact materials. One skilled in the art will appreciate that catalyst materials can be easily selected to enhance hydrogen production, be stable, and be compatible with VMJ battery production. Furthermore, an ultrasonic unit can be used to release the generated oxygen or hydrogen bubbles that remain attached to the electrolytic electrode. It should be understood that the electrolyte flow can also remove such formed bubbles.
関連した方法によれば、VMJを含む容器の中に電解質溶液が導入され、VMJは、完全に、または実質的に浸漬される。次いで、このようなシステムは入射光にさらされ、VMJから生成された電流が流れる。VMJ上の入射光は電解質溶液を通じて電流を生成することができ、水の分解のための閾値に到達するかまたは同閾値を上回る(例えば約1.6ボルト)あらゆる位置で水の電気分解が行なわれる。例えば、各ユニットセルの両端に0.6ボルトの電圧を生成することができ(例えば太陽強度1000向けに)、第1のユニットセルの領域と第3のユニットセルの領域との間で電解が行なわれ得る。したがって、生成された酸素および水素のガスを収集するための様々な収集機構(例えば膜、網目プレートなど)を、電圧が水電解の閾値(例えば約1.6ボルト)を超えて水の分解が予期される諸領域の間に配置することができる。このような収集機構は、生成された酸素および水素のガスを収集するように、電解液の流れの下流に配置することもできることを理解されたい。 According to a related method, an electrolyte solution is introduced into a container containing the VMJ, and the VMJ is completely or substantially immersed. Such a system is then exposed to incident light and the current generated from the VMJ flows. Incident light on the VMJ can generate a current through the electrolyte solution, and water electrolysis occurs at any location that reaches or exceeds the threshold for water decomposition (eg, about 1.6 volts). It is. For example, a voltage of 0.6 volts can be generated across each unit cell (eg for solar intensity 1000), and electrolysis can occur between the first unit cell region and the third unit cell region. Can be done. Thus, various collection mechanisms (eg, membranes, mesh plates, etc.) for collecting the generated oxygen and hydrogen gases can be used to break down water when the voltage exceeds the threshold for water electrolysis (eg, about 1.6 volts). It can be placed between the expected areas. It should be understood that such a collection mechanism can also be positioned downstream of the electrolyte flow so as to collect the produced oxygen and hydrogen gases.
前述の目的および関連した目的を達成するために、具体的な例示的態様が、以下の説明および添付図と共に本明細書で説明される。これらの態様は、実施することができる様々なやり方を示しており、それらのすべてが本明細書に対象として含まれるように意図されている。他の利点および斬新な特徴は、図と共に検討されたとき以下の詳細な説明から明らかになり得る。 To the accomplishment of the foregoing and related ends, specific illustrative aspects are described herein in connection with the following description and the annexed drawings. These aspects illustrate the various ways in which they can be implemented, all of which are intended to be included herein. Other advantages and novel features may become apparent from the following detailed description when considered in conjunction with the drawings.
次に、本発明が図を参照しながら説明され、全体にわたって、同じ参照数字は同じ要素を参照するのに用いられる。以下の説明では、説明の目的で、本発明の十分な理解をもたらすために、多くの具体的な詳細が示される。しかし、本発明が、これらの具体的な詳細なしで実行され得ることは明白であり得る。他の例では、本発明の説明を容易にするために周知の構造体およびデバイスがブロック図の形で示される。 The present invention will now be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like elements throughout. In the following description, for the purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. It may be evident, however, that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the present invention.
本発明の説明、添付の特許請求の範囲、または図において、用語「または」は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を意味するように意図されている。すなわち、別段の指定がない限りまたは文脈から明らかでない限り、「XはAまたはBを使用する」は、ありのままの包括的な置換を意味するように意図されている。すなわち、XはAを使用する、XはBを使用する、あるいは、XはAおよびBの両方を使用する、といった場合、「XはAまたはBを使用する」は、前述のあらゆる例の下で満足される。さらに、本明細書および添付図で用いられる冠詞「a」および「an」は、別段の指定がない限りまたは単数形態に導かれることが文脈から明らかでない限り、一般に「1つまたは複数の」を意味するものと解釈されたい。 In the description of the invention, the appended claims, or the drawings, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. That is, unless otherwise specified or apparent from the context, “X uses A or B” is intended to mean an inclusive generic substitution. That is, if X uses A, X uses B, or X uses both A and B, then "X uses A or B" We are satisfied with. Further, the articles “a” and “an” as used herein and in the accompanying drawings generally refer to “one or more” unless the context clearly dictates otherwise. It should be interpreted as meaning.
さらに、本明細書で説明された光電池(photovoltaic cell)の一部分である不純物をドープした材料の用語に関して、ドナー不純物を用いるドーピングについては、用語「n型」と「N型」は互換性があるように用いられ、用語「n+型」と「N+型」についても同様である。アクセプタ不純物を用いるドーピングに関して、用語「p型」と「P型」は、やはり互換性があるように利用され、用語「p+型」と「P+型」についても同様である。理解しやすいように、ドーピングの型は、例えばn型がNとラベルを付けられ、p+型がP+として示されるなど、短縮されて現れることもある。多層の太陽光発電素子またはユニットセルは、1組の文字としてラベルを付けられ、そのそれぞれが層のドーピングの型を示しており、例えば、p型/n型接合はPNとラベルを付けられ、一方、p+型/n型/n+型接合は、P+NN+で示され、他の接合の組合せのラベル付けも、この表記を忠実に守る。 Further, with respect to the terminology of doped materials that are part of the photovoltaic cell described herein, the terms “n-type” and “N-type” are interchangeable for doping with donor impurities. The same applies to the terms “n + type” and “N + type”. With respect to doping with acceptor impurities, the terms “p-type” and “P-type” are still used interchangeably, as are the terms “p + -type” and “P + -type”. For ease of understanding, doping types may appear abbreviated, for example, n-type is labeled N and p + -type is shown as P +. Multi-layer photovoltaic elements or unit cells are labeled as a set of letters, each indicating the layer doping type, for example, a p-type / n-type junction is labeled PN, On the other hand, p + type / n type / n + type junctions are denoted by P + NN +, and the labeling of other junction combinations also adheres to this notation.
図1は、本発明の一態様による垂直多重接合(VMJ:vertical multi junction)電池(cell)120の一部分としての溝付き表面100を示す概略斜視図である。テクスチャリング(texturing)100のこのような機構によって、屈折した光は、p+およびn+の拡散されたドープ領域から遠ざかるように方向付けられる一方で、同時に所望のキャリアを生成することができる。したがって、入射光は、法線ベクトルnを有する面110で屈折され得る。このような面110は、VMJ120のPN接合面と平行であって溝100の断面構成を含むことができる。さらに、電池における入射光の吸収が増加するように、テクスチャリングされた表面100に対して反射防止コーティングを与えることができる。換言すれば、面110の方位は、ユニットセル111、113、115が積層する方向に対して実質的に垂直である。他の非垂直の方位(例えば結晶面が様々な角度で露出されるもの)も企図することができ、すべてのこのような態様は、本発明の範囲内と見なされるべきであることを理解されたい。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a
図2は、光を受け取るVMJの表面に溝を彫るための例示的テクスチャを示す。このような溝は、例えば様々な角度(例えば0°< <180°)を有する「V」字形断面構成、「U」字形断面構成など、共振器(cavity)形状の溝を形成し、断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直であり、かつ/またはVMJのPN接合に対して実質的に平行である。本発明のVMJ用のテクスチャリング210、220、230は、PN接合の方位および/または入射光との相互作用において従来型シリコン光電池のテクスチャ用の従来技術とは異なることを理解されたい。例えば、従来型シリコン光電池は、一般に光の侵入を傾斜(incline)させるようにテクスチャリングされ、その結果、キャリア電流をよりよく収集するために、より長い波長の光がPN接合(水平に配置されている)のより近くでより多く吸収され、したがって太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対してスペクトル応答が不十分であることを緩和する。それと対照的に、垂直接合を含み、太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対して改善されたスペクトル応答を既にもたらしている本発明のVMJでは、このようなことは不要である。
FIG. 2 shows an exemplary texture for carving a groove in the surface of a VMJ that receives light. Such a groove forms a cavity-shaped groove such as a “V” -shaped cross-sectional configuration having various angles (for example, 0 ° <<< 180 °), a “U” -shaped cross-sectional configuration, and the cross-sectional configuration. Is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells forming the VMJ are stacked and / or substantially parallel to the PN junction of the VMJ. It should be understood that the
むしろ、本発明の溝(例えばV字型溝)を実施するための一態様は、(反射が低減するか、あるいは反射光または屈折光が接合により近づくテクスチャリングを有する従来型の太陽電池の表面とは反対に)バルクの体積(bulk volume)を低減することによりバルクの再結合損失を緩和する。具体的には、VMJ電池は、短波長の光および長波長の光の両方に対してより優れたキャリア電流収集を示しており、短波長の光に対する応答は、上面(top surface)において、高濃度ドープされた水平接合を除去することによるものであり、長波長の光に対する応答は、垂直接合の収集効率を強化したことによるものである。別の例として、本発明の共振器の形をした溝付きテクスチャの代わりに、例えばランダム、ピラミッド、ドームおよび類似の突起した構成である他のテクスチャをVMJの一部分として実施した場合には、入射光が全方向に屈折されてp+およびn+の拡散領域で光が吸収され、したがって効率が低下する。このような「U」字形に形成された溝および「V」字形に形成された溝は本来例示であり、他の構成が申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。 Rather, one aspect for implementing the groove (eg, V-shaped groove) of the present invention is the surface of a conventional solar cell (with reduced texturing or texturing where reflected or refracted light approaches the junction) In contrast, the bulk recombination loss is mitigated by reducing the bulk volume. Specifically, the VMJ cell shows better carrier current collection for both short and long wavelength light, and the response to short wavelength light is high on the top surface. This is due to the removal of the lightly doped horizontal junction, and the response to long wavelength light is due to the enhanced collection efficiency of the vertical junction. As another example, instead of a grooved texture in the form of a resonator of the present invention, incidents may be implemented when other textures, such as random, pyramid, dome and similar protruding configurations are implemented as part of the VMJ. Light is refracted in all directions and is absorbed in the p + and n + diffusion regions, thus reducing efficiency. It should be understood that such “U” shaped grooves and “V” shaped grooves are exemplary in nature and that other configurations are well within the scope of the present invention.
図3は、本発明の一態様による面345の溝付きテクスチャを実施することができるユニットセル(unit cell)311、313、317の機構を示す。以前に説明したように、VMJ315は、それ自体が複数(1からk、kは整数)の一体接合されたセルユニット311、313、317から形成され、各セルユニット自体が、積層型の基板または層から形成される(図示せず)。例えば、各セルユニット311は、不純物をドープされた半導体材料からなる互いに積層された複数の平行な半導体基板を含むことができ、同材料は、PN接合およびこのようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトイン(built-in)の」静電ドリフト電界を形成する。様々なN+型およびP型のドーピング層の形成は、セルユニットの一部分として実施することができ、このような機構は申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。
FIG. 3 illustrates the mechanism of
したがって、光を受け取る表面345上のテクスチャにより、屈折光が、p+およびn+の拡散されたドープ領域から遠ざかるように方向付けられるのと同時に所望のキャリアを生成するのが容易になる。したがって、入射光は、断面構成を含む、ユニットセルが積み重なる方向に対して実質的に垂直(例えばベクトルnに対して垂直)な面で屈折され得る。
Thus, the texture on the light-receiving
図4は、そのアレイが、本発明のテクスチャ加工された溝を有するVMJ電池を形成することができるユニットセルの具体的な態様を示している。ユニットセル400は、実質的に平行な配置で互いに積層された層411、413、415を含む。このような層411、413、415は、不純物をドープされた半導体材料をさらに含むことができ、層413は一方の導電タイプであり、層411は反対方向の導電タイプであって、交点412でPN接合を画定する。同様に、層415は、層413と同じ導電タイプではあるが実質的により高い不純物濃度を有することができ、したがってPN接合412に向かう少数キャリアの運動を強化する組込みの静電ドリフト電界を生成する。このようなユニットセルは、VMJを形成するように互いに一体接合することができ、表面は、本発明の様々な態様による溝を彫られる。
FIG. 4 shows a specific embodiment of a unit cell whose array can form a VMJ battery with textured grooves of the present invention. The
さらなる態様によれば、複数のセル400からVMJを製作するために、最初に、約0.008インチの厚さを有する高抵抗率の(例えば100Ωcmを上回る)N型(またはP型)シリコンの平坦なウェーハの中に、約3μmから10μmの深さで同一のPNN+(またはNPP+)接合を形成することができる。続いて、このようなPNN+ウェーハが、その間に挟まれたアルミニウムの薄い層と一緒に積み重ねられ、各ウェーハのPNN+接合および結晶方位は同一の方向に配向することができる。さらに、アルミニウム−シリコン共晶合金(eutectic alloy)、あるいはモリブデンまたはタングステンなどの実質的にシリコンの熱係数と一致する熱係数を有する金属を使用することができる。次に、シリコンウェーハとアルミニウムの境界面は、積層された組立体が互いに結合され得るように一緒に合金になることができる。実質的に低い抵抗率を有するバッファゾーン(buffer zone)を、VMJ電池の最終層の上および/または下に付加的に積み重ねられた不活性層の機構の形で与えることもでき、したがって、有害な形態の応力および/またはひずみ(例えばVMJの製造および/または動作の間、その中で誘起される可能性がある熱的/機械的な圧縮、ねじり、モーメント、せん断など)から活性層を保護する障壁が実施される。次いで、以前に詳細に説明されたように、このようなセルの表面は、バルクの再結合損失を緩和するように溝を彫ることができる。ゲルマニウムおよびチタンなど他の材料も使用することができることを理解されたい。同様に、アルミニウム−シリコン共晶合金も使用することができる。
According to a further aspect, in order to fabricate a VMJ from a plurality of
図5は、光を受け取るVMJの表面に溝を彫る、関連した方法500を示す。例示的方法が、様々な事象および/または行為を表す一連のブロックとして本明細書で図示して説明されるが、本発明が、このようなブロックの示された順序付けによって限定されることはない。例えば、いくつかの行為または事象は、本発明によって本明細書に示された順序付けから離れて、他の行為または事象に対して異なる順序で、かつ/または同時に生じることがある。また、本発明による方法を実施するのに、すべての示されたブロック、事象または行為が必要とされるとは限らない可能性がある。さらに、本発明による例示的方法および他の方法は、本明細書で図示して説明される方法、ならびに図示または説明がなされない他のシステムおよび装置と関連して実施され得ることが理解されよう。
FIG. 5 shows a
最初に、510で、以前に詳細に説明されたように、PN接合を有する複数のセルユニットが形成される。以前に説明されたように、各セルユニットが、それ自体で、互いに積層された複数の平行な半導体の基板または層を含むことができる。各層が、不純物でドープされてPN接合を形成する半導体材料からなることができ、このようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトインの」静電ドリフト電界をさらに含む。続いて、520で、複数のこのようなセルユニットが一体化されてVMJを形成し、このような電池の(例えば製造の期間中、電池上に誘起される応力/ひずみに対する)保護として、バッファゾーンを実施することができる。次に、530で、光を受け取るVMJ電池の表面上に、(例えばダイシングソーによって)共振器(cavity)の形をした溝を形成することができ、この断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直である。続いて、540で、入射光は、この断面構成を含む(かつ/またはPN接合に対して平行である)ユニットセルが積層する方向に対して実質的に垂直な面で、屈折され得る。 Initially, at 510, a plurality of cell units having PN junctions are formed as previously described in detail. As previously described, each cell unit may itself comprise a plurality of parallel semiconductor substrates or layers stacked together. Each layer can be made of a semiconductor material that is doped with impurities to form a PN junction, and further includes a “built-in” electrostatic drift electric field that enhances the movement of minority carriers toward such a PN junction. Subsequently, at 520, a plurality of such cell units are integrated to form a VMJ and buffered as protection (eg against stress / strain induced on the battery during manufacture) of such a battery. Zones can be implemented. Next, at 530, a groove in the shape of a cavity can be formed (eg, by a dicing saw) on the surface of the VMJ cell that receives the light, and the surface including this cross-sectional configuration forms the VMJ. Is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells are stacked. Subsequently, at 540, incident light can be refracted at a plane substantially perpendicular to the direction in which the unit cells comprising this cross-sectional configuration (and / or parallel to the PN junction) are stacked.
図6は、本発明の一態様による垂直多重接合(VMJ)電池の一部分としてのバッファゾーン用の機構の概略ブロック図である。VMJ615は、それ自体が複数(1からn、nは整数)の一体接合されたセルユニット611、617から形成され、各セルユニット自体が、積層型の基板または層から形成される(図示せず)。例えば、各セルユニット611、617は、不純物をドープされた半導体材料からなる互いに積層された複数の平行な半導体基板を含むことができ、同材料は、PN接合およびこのようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトインの」静電ドリフト電界を形成する。したがって、VMJ電池615の両端に(そのセルユニットの一部分として)配置されたnn+および/またはp+n接合、あるいはpp+および/またはpn+接合などの様々な活性層を、有害な形態の応力および/またはひずみ(例えば熱的/機械的圧縮、ねじり、モーメント、せん断など、VMJの製造および/または動作の期間中に誘起され得るもの)から保護することができる。
FIG. 6 is a schematic block diagram of a mechanism for a buffer zone as part of a vertical multiple junction (VMJ) battery according to an aspect of the present invention. The
さらに、バッファゾーン610、612のそれぞれが、実質的に低抵抗率のオーミックコンタクト(例えば上限が約0.5Ωcm未満の任意の範囲)を有する材料によって形成することができ、その一方で、望ましくない自己ドーピング(auto-doping)を緩和し、かつ/または解消する。例えば、自己ドーピングのリスクを緩和するために、アルミニウム合金などの他のp型ドーパントを用いてp型にドープされた低抵抗率ウェーハを使用することにより、(実質的に低抵抗率のオーミックコンタクトを生成することが望まれるとき、望ましくないpn接合を生成する恐れがあるn型ウェーハを使用するのとは対照的に)バッファゾーン610、612を形成することができる。
Further, each of the
図7は、そのアレイがVMJ電池を形成することができるユニットセルの特定の態様を示している。ユニットセル700は、実質的に平行な配置で互いに積層された層711、713、715を含む。このような層711、713、715は、不純物をドープされた半導体材料をさらに含むことができ、層713は一方の導電タイプであり、層711は反対方向の導電タイプであって、交点712でPN接合を画定する。同様に、層715は、層713と同じ導電タイプではあるが実質的により高い不純物濃度を有することができ、したがってPN接合712に向かう少数キャリアの運動を強化するビルトインの静電ドリフト電界を生成する。このようなユニットセルは、VMJを形成するために互いに一体接合することができ、本発明のバッファゾーンは、VMJおよび関連するユニットセルおよび/またはそれらを形成する層を保護するように配置することができる。
FIG. 7 shows a particular embodiment of a unit cell whose array can form a VMJ battery. The
さらなる態様によれば、複数のセル700からVMJを製作するために、最初に、約0.008インチの厚さを有する高抵抗率の(例えば100Ωcmを上回る)N型(またはP型)シリコンの平坦なウェーハの中に、約3μmから10μmまでの深さで同一のPNN+(またはNPP+)接合を形成することができる。続いて、このようなPNN+ウェーハが、各ウェーハの間に挟まれたアルミニウムの薄い層と一緒に積み重ねられ、各ウェーハのPNN+接合および結晶方位は同一の方向に配向することができる。さらに、アルミニウム−シリコン共晶合金、あるいはモリブデンまたはタングステンなどの実質的にシリコンの熱係数と一致する熱係数を有する金属を使用することができる。次に、シリコンウェーハとアルミニウムの境界面は、積層された組立体が互いに結合され得るように一緒に合金になることができる。さらに、アルミニウム−シリコン共晶合金も使用することができる。様々なN+型およびP型のドーピング層は、セルユニットの一部分として実施することができ、このような機構は申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。
According to a further aspect, in order to fabricate a VMJ from a plurality of
実質的に低い抵抗率を有するバッファゾーンを、VMJ電池の最終層の上および/または下に付加的に積み重ねられた不活性層の機構の形で与えることもでき、したがって、有害な形態の応力および/またはひずみ(例えばVMJの製造および/または動作の間、その中で誘起される可能性がある熱的/機械的な圧縮、ねじり、モーメント、せん断など)から活性層を保護する障壁が実施される。 A buffer zone having a substantially low resistivity can also be provided in the form of a passive layer mechanism additionally stacked above and / or below the final layer of the VMJ cell, thus detrimental forms of stress And / or a barrier that protects the active layer from strain (eg thermal / mechanical compression, torsion, moment, shear, etc. that may be induced during the manufacture and / or operation of the VMJ) Is done.
図8は、部分的にVMJ電池800を形成するユニットセル830(840)の最終層831(841)の表面上の周縁形成(rim formation)810(812)の形式でバッファゾーンに関する例示的断面を示す。このような周縁形成810、812は、セルユニットの活性層(active layer)のための保護境界(protective boundary)として働き、さらに、VMJ電池800に対して、その取扱いおよび搬送を容易にするために部分的に枠をつける(例えば低抵抗率のバッファゾーンおよびVMJ電池の縁部または最終コンタクト)。同様に、VMJ電池800に対して安全な取手を与えることにより、周縁の形成は、反射防止コーティングと関係する動作を容易化する(例えば、コーティングの上に電池を機械的にクランプすることなどにより動作の期間中確実に保持するとき、コーティングを均一に与えることができる)。さらに、このような周縁形成は、堆積プロセスの間に、他の周縁形成に隣接して物理的に配置することができ、接触面の下へ偶然侵入するいかなる望ましくない誘電体コーティング材料も、ユニットセル830、840を損傷することなく容易に除去することができる。バッファゾーンを表す周縁形成810(812)は、実質的に低抵抗率であって高濃度ドープされたシリコン(例えば約0.008インチの厚さ)から形成することができ、この周縁形成は、後に、VMJ電池を光電池のアレイの中の別のVMJ電池と区分する導電性リードと接触させることができる。さらに、バッファゾーンの実質的に低い抵抗率のために、バッファゾーンに対する全電気接触を得るのに導電性リードが必要とされない。そのため、それらは点接触などの部分的接触または一連の点接触であってもよく、それにもかかわらず優れた電気接触をもたらす。図8は本来例示であり、他の変形形態(製造で形成されたバッファゾーン810が活性層841にボンディングされてVMJ電池800の表面に到達するものなど)は、申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。例えば、810の形状は、以前に論じられたように、バッファゾーン上のメタライゼーション(metalize)された層への部分的リード接触を意味することができる。
FIG. 8 shows an exemplary cross section for the buffer zone in the form of a rim formation 810 (812) on the surface of the final layer 831 (841) of the unit cell 830 (840) that partially forms the
導電性リードは、基板上に第1の導電材料を堆積することにより形成される電極層の形であってもよく、タングステン、銀、銅、チタン、クロム、コバルト、タンタル、ゲルマニウム、金、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、インジウム、鉄、ニッケル、パラジウム、プラチナ、亜鉛、それらの合金、インジウム−スズ酸化物、他の導電性および半導体の金属酸化物、窒化物および珪化物、ポリシリコン、ドープされたアモルファスシリコン、および様々な金属組成合金を備えることができる。また、PEDOT/PSS、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、それらの派生物など、他のドープされている、または非ドープの導電性または半導体のポリマー、オリゴマーまたはモノマーなどを電極用に使用することができる。さらに、いくつかの金属上にはVMJ電池の性能に悪影響を及ぼす恐れのある酸化物層が形成されることがあるので、無定形炭素などの非金属材料を電極形成用に使用することもできる。図8の周縁形成は本来例示であり、長方形、円形、活性層との様々な表面接触を有する断面など、バッファゾーンのための他の構成は、申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。 The conductive lead may be in the form of an electrode layer formed by depositing a first conductive material on a substrate, tungsten, silver, copper, titanium, chromium, cobalt, tantalum, germanium, gold, aluminum Magnesium, manganese, indium, iron, nickel, palladium, platinum, zinc, alloys thereof, indium-tin oxide, other conductive and semiconducting metal oxides, nitrides and silicides, polysilicon, doped Amorphous silicon and various metal composition alloys can be provided. In addition, other doped or undoped conductive or semiconductive polymers, oligomers or monomers, such as PEDOT / PSS, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, derivatives thereof, etc. can be used for the electrodes. In addition, non-metallic materials such as amorphous carbon can also be used for electrode formation, as oxide layers that can adversely affect the performance of the VMJ battery may be formed on some metals. . It is understood that the perimeter formation in FIG. 8 is exemplary in nature, and other configurations for the buffer zone are well within the scope of the present invention, such as rectangular, circular, cross-section with various surface contacts with the active layer. I want to be.
さらに、本発明の様々な態様は、バッファゾーンの関連する結晶面の方位のミラー指数(111)を有するウェーハの一部分として実施することができ、これらは、アクティブなVMJユニットセルを製造するのに一般に用いられる結晶方位シリコン(100)より、機械的に強く、エッチングが遅いと考えられる。したがって、低抵抗率のシリコン層は、アクティブなユニットセルとは異なる結晶方位を有することができ、このような代替方位を使用することにより、改善された機械的強度/最終コンタクトを有するデバイスがもたらされる。換言すれば、配向された不活性の最終層(111)と比較して、このような結晶方位を有するアクティブなユニットセルの隅部が本質的に丸くなるように、配向されたユニットセル(100)の縁部が一般により早くエッチングされ、したがって、最終接点を溶接する、または他の方法で接続するためのより高い機械的強度を有するより安定したデバイス構造がもたらされる。 Further, various aspects of the present invention can be implemented as part of a wafer having a mirror index (111) of the associated crystal plane orientation of the buffer zone, which can be used to fabricate an active VMJ unit cell. It is considered to be mechanically stronger and slower to etch than commonly used crystal oriented silicon (100). Thus, the low resistivity silicon layer can have a different crystal orientation than the active unit cell, and using such an alternative orientation results in a device with improved mechanical strength / final contact. It is. In other words, the aligned unit cell (100) is such that the corners of the active unit cell having such a crystal orientation are essentially rounded compared to the aligned inactive final layer (111). ) Are generally etched faster, thus providing a more stable device structure with higher mechanical strength for welding or otherwise connecting the final contacts.
図9は、高電圧シリコン垂直多重接合(VMJ)光電池の最終層において、その活性層を保護する障壁を設けるためにバッファゾーンを使用する関連した方法900を示す。例示的方法が、様々な事象および/または行為を表す一連のブロックとして本明細書で図示して説明されるが、本発明は、このようなブロックの示された順序付けによって限定されない。例えば、いくつかの行為または事象は、本発明によって本明細書に示された順序付けから離れて、異なる順序で、かつ/または他の行為または事象と同時に生じることがある。また、本発明による方法を実施するのに、すべての示されたブロック、事象または行為が必要とされるとは限らない可能性がある。さらに、本発明による例示的方法および他の方法は、本明細書で図示して説明される方法、ならびに図示または説明がなされない他のシステムおよび装置と関連して実施され得ることが理解されよう。最初に、910で、以前に詳細に説明されたように、PN接合を有する複数のセルユニットが形成される。以前に説明されたように、各セルユニットが、それ自体で、互いに積層された複数の平行な半導体の基板または層を含むことができる。各層が、不純物でドープされてPN接合を形成する半導体材料からなることができ、このようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトインの」静電ドリフト電界をさらに含む。続いて、920で、複数のこのようなセルユニットが一体化されてVMJを形成する。次に、930で、VMJの最終層(end layer)と接触するバッファゾーンを実装することができ、VMJの活性層を保護する障壁を設ける。このようなバッファゾーンは、VMJ電池の最終層の上および/または下に付加的に積み重ねられた不活性の層の機構の形であり得る。次いで、940で、光電池の一部分としてVMJを実施することができる。
FIG. 9 shows a
図10は、光(PV)電池1023、1025、1027(1からk、kは整数である)のモジュール式機構1020を含む太陽電池組立体の概略断面図1000である。各PV電池が、本発明の一態様によるバッファゾーンを有する複数のVMJを使用することができる。一般に、PV電池(光電池とも称される)1023、1025、1027のそれぞれが光(例えば太陽光)を電気エネルギーに変換することができる。PV電池のモジュール式機構1020は、構築を容易にし、かつ融通のきく機構をもたらす標準化されたユニットまたはセグメントを含むことができる。
FIG. 10 is a schematic
例示的一態様では、光電池1023、1025、1027のそれぞれが、複数のガラス基板(図示せず)を含む色素増感太陽電池(DSC:dye-sensitized solar cell)であってもよく、例えばフッ素をドープされた酸化スズの層などの透明な導電コーティングがその上に堆積される。このようなDSCは、ガラス基板の間に挟むことができるTiO2粒子などの半導体層、増感色素層、電解質、およびPtなどの触媒層(図示せず)を含む。ガラス基板のコーティング上に半導体層をさらに堆積することができ、また、例えば色素層が単一層として半導体層上に吸着され得る。したがって、電極および対極が、その間の電子流を制御するための酸化還元メディエータ(redox mediator)を有して形成され得る。
In an exemplary embodiment, each of the
したがって、電池1023、1025、1027は、例えば電気エネルギーである電子の流れを生成する、励起、酸化、および還元のサイクルを経験する。例えば、入射光1005が色素層の中の色素分子を励起し、光励起された色素分子が、続いて半導体層の伝導帯の中へ電子を注入する。こういったことが、色素分子の酸化を引き起こすことができ、注入された電子が半導体層を通って流れることができて電流を形成する。その後、電子が、触媒層で電解質を還元し、酸化された色素分子を中性の状態へ転換する。このような励起、酸化、および還元のサイクルは、電気エネルギーを供給するために連続的に繰り返すことができる。
Thus, the
図11は、本発明の一態様による電解用の垂直多重接合(VMJ)電池1110を使用する電解システムを示す概略ブロック図である。VMJ1110は、水晶、ガラスまたはプラスチックなどの透明なハウジング1130の一部分として水/電解液の中へ部分的にまたは完全に浸漬することができる。入射光1135がこのようなVMJ1110の表面1137に当たるとき、VMJを通じて、かつ/またはVMJ上の表面1137上に、陽極および/または陰極の形式の複数の電解電極(electrolysis electrodes)を形成することができる。表面1137上に形成されたこのような電解電極間に流れる電流は、次いで水を通って流れ、電解の閾値電圧に到達している場合は常に、水を水素と酸素に分解する。VMJ1110は、複数(1からn、nは整数である)の一体接合されたセルユニット1111、1117を含み、各セルユニット自体が、積層型の基板または層から形成される(図示せず)。例えば、各セルユニット1111、1117は、不純物をドープされた半導体材料からなる互いに積み重ねられた複数の平行な半導体基板を含むことができ、同基板は、PN接合およびこのようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトインの」静電ドリフト電界を形成する。入射光1135が、VMJ1110の様々な領域において表面1137に向かうとき、次いで、後に電解動作のための電極として機能する複数の陰極および陽極が形成され得る。
FIG. 11 is a schematic block diagram illustrating an electrolysis system using a vertical multiple junction (VMJ)
このような電解電極間に流れる電流は、電解液を通って流れ、電解の閾値電圧に到達している場合は常に、水を水素と酸素に分解する。一般に、このような分解の閾値電圧は、水を分解して水素および酸素を生成するために、1.18ボルトから1.6ボルトの範囲内にある。複数のセルユニットを積み重ねる(例えば複数のセルを直列接続する)ことにより、高電圧に到達することができることを理解されたい。また、水素および酸素の発生効率を向上し、高い電極電位および電解質溶液によって引き起こされる半導体腐食を低減するのに触媒材料をさらに使用することができる。さらに、電解質は、VMJ電池を形成する積層(例えばイリジウムで作製されたイリジウムベースの触媒、その二元合金、またはその酸化物)に悪影響を及ぼさない任意の溶液で形成することができる。関連した態様では、超音波トランスデューサが、電解電極に付着したままになっている酸素または水素の気泡を解放するように、電解システムと動作可能に相互作用することができる。 The current flowing between the electrolytic electrodes flows through the electrolytic solution and decomposes water into hydrogen and oxygen whenever the threshold voltage for electrolysis is reached. In general, the threshold voltage for such decomposition is in the range of 1.18 volts to 1.6 volts in order to decompose water to produce hydrogen and oxygen. It should be understood that a high voltage can be reached by stacking multiple cell units (eg, connecting multiple cells in series). Further, the catalyst material can be further used to improve the generation efficiency of hydrogen and oxygen and reduce the semiconductor corrosion caused by high electrode potential and electrolyte solution. Further, the electrolyte can be formed of any solution that does not adversely affect the stack forming the VMJ battery (eg, an iridium-based catalyst made of iridium, its binary alloy, or its oxide). In a related aspect, an ultrasonic transducer can operably interact with the electrolysis system to release oxygen or hydrogen bubbles that remain attached to the electrolysis electrode.
VMJ1110は、VMJ電池の温度勾配を所定のレベル以内に保つために、ホットスポット領域から発生した熱を除去する熱調節アセンブリ1119上にさらに配置され得る。このような熱調節アセンブリ1119は、VMJの背面に表面実装されることになる複数のヒートシンクを含むヒートシンク機構の形であってもよく、各ヒートシンクは、同背面に対して実質的に垂直に延在する複数のフィン(図示せず)をさらに含むことができる。フィンは、冷却媒体(例えば電解質、水などの冷却流体)との接触を増加するようにヒートシンクの表面積を拡大することができ、冷却媒体は、フィンおよび/または光電池から熱を放散するようにさらに用いることができる。そのため、VMJからの熱は、ヒートシンクを通って周囲の電解液および/または電解動作に影響を及ぼさない物質の中へ導かれ得る。さらに、VMJ電池からの熱を、VMJ電池に対するヒートシンクの直接の物理的または熱的な行為を緩和し、かつ電解の適切な動作のためのスケーラブルな解決策をもたらすヒートシンクへ、熱伝導路(例えば金属層)を通して導くことができる。
The
関連した態様では、ヒートシンクは、VMJ電池から流れ去る熱の監視、調節、包括的管理に関する様々な平坦な機構または3次元の機構の中に配置することができる。さらに、各ヒートシンクは、スパイラル、ひねり、らせん状、迷路状、またはある部分ではラインのより密なパターン分布を有し他の部分ではラインの比較的密でないパターン分布を有する他の構造形状を有し得る熱的/電気的構造体(図示せず)をさらに用いることができる。例えば、このような構造体の一部分は、比較的高い等方性の伝導率をもたらす材料で形成することができ、別の部分は、別の方向に高い熱伝導率をもたらす材料で形成することができる。したがって、熱調節アセンブリのそれぞれの熱的/電気的構造体は、ホットスポットからの熱を放散して様々な熱伝導層または関連した熱調節デバイスのヒートシンクの中へ導くことができる熱伝導路をもたらし、したがって電解動作を促進する。ヒートシンクは、電解液媒体とは別の独立した冷却媒体によって冷却することができることを理解されたい。 In a related aspect, the heat sink can be placed in a variety of flat or three-dimensional mechanisms for monitoring, adjusting, and comprehensive management of heat flowing away from the VMJ battery. In addition, each heat sink has a spiral, twist, spiral, labyrinth, or other structural shape that has a denser pattern distribution of lines in some parts and a less dense pattern distribution of lines in other parts. Further possible thermal / electrical structures (not shown) can be used. For example, a portion of such a structure can be formed of a material that provides relatively high isotropic conductivity, and another portion can be formed of a material that provides high thermal conductivity in another direction. Can do. Thus, each thermal / electrical structure of the thermal conditioning assembly provides a thermal conduction path that can dissipate heat from the hot spot and direct it into the various thermal conductive layers or heat sinks of the associated thermal conditioning device. And thus promotes electrolysis. It should be understood that the heat sink can be cooled by an independent cooling medium separate from the electrolyte medium.
図12は、単一のユニットセル1201の電極と関連した金属層の突出部1211、1215を含む本発明のさらなる態様を示す。このような突出部1211、1215は、接触表面積を増大することによって電解プロセスを促進するように、VMJ1200の表面1241から(例えば数ミリメートル)突出する。また、水素の製造を増強するように、VMJ電池の製造の期間中、メタライゼーションの中にプラチナ、RuO2、またはチタンなどの電気触媒材料の実質的に薄い層を組み込むことができる。さらに、メタライゼーションのnのマイナス(−)側1211がメタライゼーションのp+のプラス(+)側1215と異なり得るので、電気触媒材料を選択するのにかなりの融通性がある。当業者なら、水素製造を増強し、安定していて、VMJ電池製造に適合する触媒材料を容易に選択することができることを理解されたい。入射光1235がVMJの表面1241に到達するとき、その上に複数の陰極/陽極が形成され得る。例えば、VMJ上の領域でマイナスに帯電した陰極では還元反応が起こり、陰極からの電子(e-)が水素のキャプション(caption)に与えられて水素ガスを形成する(酸と均衡する半反応(half reaction))。すなわち、
陰極(還元):2H+(aq)+2e−→H2(g)
陰極からの電子(e−)が水素のキャプションに与えられて水素ガスを形成する(酸と均衡する半反応)。
FIG. 12 shows a further aspect of the present invention that includes
Cathode (reduction): 2H + (aq) + 2e − → H 2 (g)
Electrons (e − ) from the cathode are imparted to the hydrogen caption to form hydrogen gas (a half-reaction in equilibrium with the acid).
プラスに帯電した陽極では酸化反応が起こり、酸素ガスを生成し、陰極に電子を与えて回路が完成する。すなわち、
陽極(酸化):2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e−
である。
The positively charged anode undergoes an oxidation reaction to generate oxygen gas and give electrons to the cathode to complete the circuit. That is,
Anode (oxidation): 2H 2 O (l) → O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e −
It is.
以下に列挙されるように、同じ半反応が塩基とも均衡する。一般に、すべての半反応が酸または塩基と均衡することになるとは限らない。一般に、半反応を加えるために、両極は、一般にどちらも酸または塩基のいずれとも均衡するべきである。すなわち、
陰極(還元):2H2O(l)+2e−→H2(g)+2OH−(aq)
陽極(酸化):4OH−(aq)→O2(g)+2H2O(l)+4e−
おのおのの半反応の対を組み合わせると、水から酸素および水素への同じ総合的分解がもたらされる。すなわち、
総合的反応:2H2O(l)→2H2(g)+O2(g)
である。
As listed below, the same half reaction is balanced with the base. In general, not all half reactions will be balanced with acids or bases. In general, to add a half-reaction, both poles should generally be balanced with either acid or base. That is,
Cathode (reduction): 2H 2 O (l) + 2e − → H 2 (g) + 2OH − (aq)
Anode (oxidation): 4OH − (aq) → O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4e −
Combining each half-reaction pair results in the same overall decomposition of water to oxygen and hydrogen. That is,
Overall reaction: 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)
It is.
したがって、上記で示されたように、生成される水素分子の数は酸素分子の数の2倍である。両方のガスに関して等しい温度および圧力を想定すると、したがって、生成される水素ガスは生成される酸素ガスに対して2倍の体積を有する。水に押し通される電子の数は、生成される水素分子の数の2倍であり、また、生成される酸素分子の数の4倍である。以前に説明したように、水溶性の電解質が加えられると、水の導電率がかなり増加する。したがって、電解質がキャプション(caption)と陰イオンとに分離し、陰イオンは陽極の方へ駆り立てられて、そこでプラスに帯電したH+の集積(buildup)を中和(neutralize)し、同様に、キャプション(caption)は陰極の方へ駆り立てられて、そこでマイナスに帯電したOH−の集積を中和する。このようなことが、電気の継続的な流れを可能にする。電解質の選択は、VMJ電池用に使用される材料と共に、その材料および動作に悪影響を及ぼすことのないように検討されるべきであることを理解されたい。電解質を選択するさらなる要因は、電解質からの陰イオンが、電子を手放すように水酸化物イオンと競争するということに関するものである。水酸化物より低い標準電極電位を有する電解質陰イオンは、水酸化物より酸化しやすく、したがって酸素ガスは生成されないことになる。同様に、水素イオンより高い標準電極電位を有する陽イオンは低減することになり、水素ガスは生成されないことになる。このような環境を緩和するために、Li+、Rb+、K+、Cs+、Ba2+、Sr2+、Ca2+、Na+、およびMg2+といったキャプション(caption)はH+より低い電極電位を有し、したがって電解質キャプション(caption)として使用するのに適切である。ナトリウムおよびリチウムも、廉価で可溶性の塩類を形成するので、VMJ電池に悪影響を及ぼさなければ用いることができる。 Thus, as indicated above, the number of hydrogen molecules produced is twice the number of oxygen molecules. Assuming equal temperature and pressure for both gases, the hydrogen gas produced will therefore have twice the volume of the oxygen gas produced. The number of electrons pushed through the water is twice the number of hydrogen molecules produced and four times the number of oxygen molecules produced. As previously described, the conductivity of water increases considerably when a water-soluble electrolyte is added. Thus, the electrolyte separates into captions and anions, which are driven towards the anode where they neutralize the positively charged H + buildup, and similarly Caption is driven towards the cathode, where it neutralizes the accumulation of negatively charged OH − . This allows a continuous flow of electricity. It should be understood that the choice of electrolyte should be considered along with the material used for the VMJ battery so as not to adversely affect the material and operation. A further factor in selecting the electrolyte relates to the fact that the anions from the electrolyte compete with the hydroxide ions to let go of the electrons. Electrolyte anions having a lower standard electrode potential than hydroxide are more likely to oxidize than hydroxide and therefore no oxygen gas is produced. Similarly, cations having a higher standard electrode potential than hydrogen ions will be reduced and no hydrogen gas will be produced. To alleviate such an environment, captions such as Li + , Rb + , K + , Cs + , Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ , Na + , and Mg 2+ have lower electrode potentials than H +. And is therefore suitable for use as an electrolyte caption. Sodium and lithium can also be used as long as they do not adversely affect the VMJ battery because they form inexpensive and soluble salts.
図13は、VMJ1310上の様々なポイントにおける電圧−距離のグラフを示し、ユニットセル1311、1317は、共通の境界と交差するか、または共通の境界を共有する。図示のように、VMJ1310は、直列接続された複数のユニットセル1311、1317を含み、電圧を、(例えば水平軸上で左から右へ)互いに積層されたセルの数の一次関数として増加させることができる。図13に示されるように、セル1の両端間の電圧差は0.6ボルトであり、その上にセル2を積み重ねることによって、組み合わせたセルにおけるこのような電圧差は1.2ボルトまで増加する。同様に、その上にセル3を積み重ねることにより、電圧差を1.8ボルトまで増加させることができる。そのため、水の分解に関する閾値を上回るVMJの表面上のあらゆる2ポイント間に電解が起こり得る。例えば、40個の接合のVMJ電池の開回路電圧の場合、太陽強度1000(1000 suns)で32ボルトを生成することができる(例えば1つのユニットセル当たり0.8ボルト)。1.6ボルトで電解が開始すると想定すると、その電圧を供給するのに2つのユニットセルだけで十分である。別の態様では、負荷電流が増加したとき、太陽強度1000の最大パワーでVMJ電池のI−V特性によって求められる電圧は、24ボルト、すなわち1つのユニットセル当たり0.6ボルトまで低下する。そのため、3つのユニットセルが必要になる可能性があり、これらが電解反応に電力を供給するための1.8ボルトに寄与する。(一般に、より高い電流密度での電解には過電圧が必要とされることもある)。
FIG. 13 shows a graph of voltage-distance at various points on the
電解が1つのVMJの状況で説明されているが、本発明はそのようには限定されず、複数のVMJ電池の一部分として(例えば、並列および/または直列で、あるいは互いに動作可能に分離して)実施され得ることをさらに理解されたい。別々の電圧を示すVMJの様々な領域の中で形成された電流の関係を求めることにより、必要に応じて、より大きな電流を扱うための追加の接触面積をもたらすようにVMJ電池の設計を適合させることができる。例えば、接触電流密度は、必要に応じて様々なポイントでメタライゼーションの厚さを増加することにより低減することができる。さらに、電解効率および/または分解の生成物(例えば水素、酸素)の収集(例えばふるいわけ機構、フィルタリング機構など)を改善するために、様々な形式の加圧を用いることができる。本発明は、水の電解に限定されず、VMJと適切に相互作用することができる他の化合物の電解も申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。 Although electrolysis is described in the context of a single VMJ, the present invention is not so limited and may be part of a plurality of VMJ cells (eg, in parallel and / or in series, or operably separated from each other). It should be further understood that it can be implemented. Adapt VMJ battery design to provide additional contact area to handle larger currents as needed by determining the relationship of currents formed in different regions of the VMJ that exhibit different voltages Can be made. For example, the contact current density can be reduced by increasing the metallization thickness at various points as needed. In addition, various types of pressurization can be used to improve electrolytic efficiency and / or collection of degradation products (eg, hydrogen, oxygen) (eg, sieving mechanisms, filtering mechanisms, etc.). It is to be understood that the present invention is not limited to water electrolysis, and electrolysis of other compounds capable of properly interacting with VMJ is well within the scope of the present invention.
図14は、本発明の一態様によるVMJによる水電解に関連した方法1400を示す。例示的方法が、様々な事象および/または行為を表す一連のブロックとして本明細書で図示して説明されるが、本発明が、このようなブロックの示された順序付けによって限定されることはない。例えば、いくつかの行為または事象は、本発明によって本明細書に示された順序付けから離れて、異なる順序で、かつ/または他の行為または事象と同時に生じることがある。また、本発明による方法を実施するのに、すべての示されたブロック、事象または行為が必要とされるとは限らない可能性がある。さらに、本発明による例示的方法および他の方法は、本明細書で図示して説明される方法、ならびに図示または説明がなされない他のシステムおよび装置と関連して実施され得ることが理解されよう。最初に1410で、VMJを含む容器の中に電解質溶液が導入され、VMJは、完全に、または実質的に浸漬される。次いで、このようなシステムが、1420で入射光にさらされ、VMJから電流が生成される。入射光は、1430で、電解質溶液を通じて水電解を起こすことができ、水の分解のための閾値に到達するかまたは同閾値を上回る(例えば約1.2ボルト)あらゆる位置で電解が起きる。例えば、各ユニットセルの両端に0.6ボルトの電圧を生成することができ(例えば太陽強度1000向けに)、第1のユニットセルの領域と第3のユニットセルの領域との間で電解が行なわれ得る。したがって、領域間の電圧が電解のための閾値(例えば約1.6V)を上回る領域間に様々な収集機構(例えば膜、ふるいわけプレートなど)を配置することができ、したがって、生成された水素ガスを1440で収集する。収集下流などの他の収集機構も使用することができることを理解されたい。
FIG. 14 illustrates a
図15は、本発明の一態様による電解向けに使用することができるVMJ電池を示す。VMJ1515は、それ自体が複数(1からn、nは整数)の一体接合されたセルユニット1511、1517から形成され、各セルユニット自体が、積層型の基板または層から形成される(図示せず)。例えば、各セルユニット1511、1517は、不純物をドープされた半導体材料からなる互いに積み重ねられた複数の平行な半導体基板を含むことができ、同材料は、PN接合およびこのようなPN接合に向かう少数キャリアの運動を強化する「ビルトイン(built-in)の」静電ドリフト電界を形成する。さらに、バッファゾーン1510、1512を実施することにより、VMJ電池1515のいずれかの終端に(その電池ユニットの一部分として)配置されたnn+および/またはp+n接合などの様々な活性層を、有害な形態の応力および/またはひずみ(例えば熱的/機械的圧縮、ねじり、モーメント、せん断など、VMJの製造および/または動作の期間中VMJの中に誘起され得るもの)から保護することができる。このようなバッファゾーン1510、1512のそれぞれが、実質的に低い抵抗率のオーミックコンタクト(例えば上限が約0.5Ωcm未満の任意の範囲)を有する一方で、望ましくない自己ドーピングを解消および/または緩和する材料によって形成することができる。例えば、自己ドーピングのリスクを緩和するために、アルミニウム合金などの他のp型ドーパントを用いてp型にドープされた低抵抗率ウェーハを使用することにより、(実質的に低抵抗率のオーミックコンタクトを生成することが望まれるとき、望ましくないpn接合を生成する恐れがあるn型ウェーハを使用するのとは対照的に)バッファゾーン1510、1512を形成することができる。触媒の材料(例えばプラチナ、チタンなど)を、例えば電解動作を促進するために、VMJの最終コンタクトで使用することもできる。
FIG. 15 illustrates a VMJ battery that can be used for electrolysis according to an aspect of the present invention. The
図16は、ユニットセル1600の特定の態様を示しており、そのアレイは、本発明の電解のためのVMJ電池を形成することができる。ユニットセル1600は、実質的に平行な配置で互いに積み重なった層1611、1613、1615を含む。このような層1611、1613、1615は、不純物をドープされた半導体材料をさらに含むことができ、層1613は一方の導電タイプであり、層1611は反対方向の導電タイプであって、交点1612でPN接合を画定する。同様に、層1615は、層1613と同じ導電タイプではあるが実質的により高い不純物濃度を有することができ、したがってPN接合1612の少数キャリアの運動を強化するビルトインの静電ドリフト電界を生成する。このようなユニットセルは、VMJを形成するために一体化して互いに結合することができ(例えば、電解を強化するために、このような結合に触媒の材料を用いる)、同VMJは、以前に詳細に説明されたように電解を遂行する。
FIG. 16 shows a particular embodiment of a
さらなる態様によれば、複数のセル1600からVMJを製作するために、最初に、約0.008インチの厚さを有する高抵抗率の(例えば100Ωcmを上回る)N型(またはP型)シリコンの平坦なウェーハの中に、約3μmから10μmの深さで同一のPNN+(またはNPP+)接合を形成することができる。続いて、このようなPNN+ウェーハが、各ウェーハの間に挟まれたアルミニウムの薄い層と一緒に積み重ねられ、各ウェーハのPNN+接合および結晶方位は同一の方向に配向することができる。さらに、アルミニウム−シリコン共晶合金を使用することができ、あるいはゲルマニウムおよびチタンなどの金属、またはモリブデンもしくはタングステンなどの実質的にシリコンの熱係数と一致する熱係数を有する金属も使用することができる。次に、シリコンウェーハとアルミニウム合金の境界面は、積み重ねられた組立体が互いに結合され得るように一緒に合金になることができる(例えば触媒材料をさらに含む)。ゲルマニウムおよびチタンなど他の材料も使用することができることを理解されたい。同様に、アルミニウム−シリコン共晶合金も使用することができる。電解質は、VMJの動作に悪影響を及ぼすことおよび/またはVMJに有害な化学反応をもたらすことのないように選択されるべきであることをさらに理解されたい。様々なN+型およびP型のドーピング層の形成は、セルユニットの一部分として実施することができ、このような機構は申し分なく本発明の範囲内に入ることを理解されたい。
According to a further aspect, to fabricate a VMJ from a plurality of
図17は、電解向けに使用される、テクスチャ加工された表面を有するVMJを含む本発明のさらなる態様を示す。本発明の一態様による垂直多重接合(VMJ)電池1720の一部分として溝付き表面1700の概略斜視図が示されている。テクスチャリング1700のこのような機構によって、屈折した光は、p+およびn+の拡散ドープ領域から遠ざかるように方向付けられる一方で、同時に所望のキャリアを生成することができる。したがって、入射光は、法線ベクトルnを有する面1710で屈折され得る。このような面1710は、VMJ1720のPN接合面と平行であって溝1700の断面構成を含むことができる。換言すれば、面1710の方位は、ユニットセル1711、1713、1715が積み重なる方向に対して実質的に垂直である。このような溝付き表面は、電解プロセスの効率を向上することができる。
FIG. 17 shows a further aspect of the present invention comprising a VMJ having a textured surface used for electrolysis. A schematic perspective view of a
図18は、電解液を電解するために光を受け取るVMJの表面に溝を彫るための例示的テクスチャを示す。このような溝は、例えば様々な角度θ(例えば0°<θ<180°)を有する「V」字形断面構成、「U」字形断面構成など、共振器(cavity)形状の溝であってもよく、断面構成を含む面は、VMJを形成するユニットセルが積み重なる方向に対して実質的に垂直であり、かつ/またはVMJのPN接合に対して実質的に平行である。本発明のVMJ用のテクスチャリング1810、1820、1830は、PN接合の方位および/または入射光との相互作用において従来型シリコン光電池のテクスチャ用の従来技術とは異なることを理解されたい。例えば、従来型のシリコン光電池は、一般に、キャリアの電流をよりよく収集するために、より長い波長の光をPN接合(水平に配置されている)のより近くでより多く吸収するように、光の侵入を傾けるためにテクスチャ加工され、したがって太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対してスペクトル応答が不十分であることを緩和する。それと対照的に、垂直接合を含み、太陽のスペクトル中のより長い波長の光に対して改善されたスペクトル応答を既にもたらしている本発明のVMJでは、このようなことは不要である。
FIG. 18 shows an exemplary texture for carving a groove in the surface of a VMJ that receives light to electrolyze the electrolyte. Such a groove may be a cavity-shaped groove such as a “V” -shaped cross-sectional configuration having various angles θ (for example, 0 ° <θ <180 °) or a “U” -shaped cross-sectional configuration. Well, the plane including the cross-sectional configuration is substantially perpendicular to the direction in which the unit cells forming the VMJ are stacked and / or substantially parallel to the PN junction of the VMJ. It should be understood that the
むしろ、図7の溝(例えばV字型溝)を実施するための一態様は、(反射が低減するか、あるいは反射光または屈折光が接合により近づくテクスチャリングを有する従来型の太陽電池の表面とは反対に)バルクの体積(bulk volume)を低減することによりバルクの再結合損失を緩和する。具体的には、VMJ電池は、短波長の光および長波長の光の両方に対してより優れたキャリア電流収集を示しており、短波長の光に対する応答は、上面において、高濃度ドープされた水平接合を除去することによるものであり、長波長の光に対する応答は、垂直接合の収集効率を強化したことによるものである。別の例として、本発明の共振器(cavity)形状の溝付きテクスチャの代わりに、(例えばランダム、ピラミッド、ドームおよび類似の突起した構成である)他のテクスチャをVMJの一部分として実施した場合には、入射光が全方向に屈折されてp+およびn+の拡散領域で光が吸収され、したがって効率が低下する。さらに、光吸収をさらに強化するために、VMJ電池の背面に反射コーティングを与えることができる。 Rather, one aspect for implementing the groove of FIG. 7 (eg, a V-shaped groove) is the surface of a conventional solar cell (with reduced texturing or with texturing where reflected or refracted light approaches the junction) In contrast, the bulk recombination loss is mitigated by reducing the bulk volume. Specifically, the VMJ cell shows better carrier current collection for both short-wavelength light and long-wavelength light, and the response to short-wavelength light is heavily doped on the top surface. The response to long wavelength light is due to the enhanced collection efficiency of the vertical junction. As another example, instead of the cavity shaped grooved texture of the present invention, other textures (eg, random, pyramid, dome and similar protruding configurations) are implemented as part of the VMJ. , Incident light is refracted in all directions and light is absorbed in the p + and n + diffusion regions, thus reducing efficiency. In addition, a reflective coating can be provided on the back of the VMJ cell to further enhance light absorption.
別の態様では、本発明は、光電池、例えば太陽電池、特に高強度の放射レベル下で実質的に高出力を生成することができる、縁部照光型構造体(edge-illuminated structure)または垂直接合構造体(vertical junction structure)などの高強度太陽電池の性能の改善に関する。VMJ光電池を製作するのに使用されるユニットセルを形成するPV素子の様々な設計が、本明細書の、パターニングされたコンタクトによって光生成キャリアの再結合損失を低減するためのユニットで説明される。 In another aspect, the present invention provides an edge-illuminated structure or vertical junction that can produce substantially high power under photovoltaic cells, such as solar cells, particularly high intensity radiation levels. The present invention relates to improvement in performance of high-strength solar cells such as a vertical junction structure. Various designs of PV elements forming unit cells used to fabricate VMJ photovoltaic cells are described herein in units for reducing recombination loss of photogenerated carriers by patterned contacts. .
VMJ電池には、太陽強度1000(1000 suns intensity)で30%を上回る本質的な理論的限界効率があり、そのため、コンピュータシミュレーションおよびモデリング解析からの実験的な理解および洞察を用いて、さらなる性能向上が可能である。従来型の1つの太陽の太陽電池(one-sun solar cells)は、解析方程式を用いて、容易に、好結果を伴ってモデル化されるが、高強度で動作している縁部照光型VMJ電池はそうでなく、というのは、高い強度では、2次的効果さえ、セルの動作効率に対して実質的な影響を及ぼし得るからである。本発明の態様または特徴が太陽電池に関して説明されているが、このような態様または特徴および光生成キャリアの再結合損失の低減などの関連する利点は、例えば熱光電セル、またはレーザ源の光子で励起されるセルといった他の光電池で活用することができる。さらに、本発明の態様は、ベータボルタ電池(betavoltaic cells)など他の諸クラスのエネルギー変換電池で実施することもできる。 The VMJ battery has an intrinsic theoretical limit efficiency of over 30% at 1000 suns intensity, so further performance improvement using experimental understanding and insights from computer simulation and modeling analysis Is possible. Conventional one-sun solar cells are easily modeled with good results using analytical equations, but edge-lit VMJs operating at high intensity Batteries are not, because at high strength, even secondary effects can have a substantial impact on the operating efficiency of the cell. While aspects or features of the present invention have been described with respect to solar cells, related advantages such as such aspects or features and reduced recombination loss of photogenerated carriers can be found in, for example, thermal photocells, or laser source photons. It can be used in other photovoltaic cells such as excited cells. Furthermore, embodiments of the present invention may be practiced with other classes of energy conversion batteries, such as betavoltaic cells.
高強度で太陽電池の中に生成された電子−ホールのキャリア対の物理的特性は、表面再結合速度、キャリアの移動度および濃度、エミッタ(例えば拡散)の逆飽和電流、少数キャリアの寿命、バンドギャップ狭窄、ビルトイン静電界、および様々な再結合機構を含むがこれらに限定されない多くの物理的パラメータが作用するので、かなり複雑である。移動度は、キャリア密度の増加と共に急速に低下し、オージェ再結合は、キャリア密度の3乗としての強度で急速に増加する。このような態様をVMJ太陽電池性能のモデリングの中に組み込むために、コンピュータシミュレーション(例えば半導体中の光生成キャリア移送の計算上の数値的2次元解析)は、垂直接合ユニットセルまたはPV素子の、高強度で動作しているときの物理的パラメータまたは高強度で動作させるための物理的パラメータへの洞察力をもたらすことができる。このようなシミュレーションは、性能効率の可能性のあるソースを理解し、かつ高強度でのVMJ電池の性能を向上するための解析および設計の道具をもたらす。従来型の1つの太陽の太陽電池は、簡単な解析方程式を用いて、容易に、好結果を伴ってモデル化されるが、高い照明強度で動作している縁部照光型VMJ光電池はそうでなく、というのは、高強度では、2次的効果さえ、セルの動作効率に対して劇的な影響を及ぼし得るからであるということを理解されたい。 The physical properties of electron-hole carrier pairs generated in solar cells at high intensity include surface recombination velocity, carrier mobility and concentration, reverse saturation current of the emitter (eg diffusion), minority carrier lifetime, It is quite complex because many physical parameters act on it, including but not limited to band gap narrowing, built-in electrostatic fields, and various recombination mechanisms. Mobility decreases rapidly with increasing carrier density, and Auger recombination increases rapidly with strength as the third power of carrier density. In order to incorporate such aspects into VMJ solar cell performance modeling, computer simulations (e.g., computational numerical two-dimensional analysis of photogenerated carrier transport in semiconductors) can be used for vertical junction unit cells or PV devices. Insights can be provided to physical parameters when operating at high intensity or physical parameters for operating at high intensity. Such simulations provide analytical and design tools to understand potential sources of performance efficiency and improve the performance of VMJ cells at high strength. One conventional solar cell is easily modeled with good results using a simple analytical equation, but not an edge-lit VMJ photovoltaic cell operating at high illumination intensity. It should be understood that at high intensity, even secondary effects can have a dramatic impact on the operating efficiency of the cell.
コンタクト間のVMJユニットセル(contact-to-contact VMJ unit cells)の、数々の半導体物理学を組み込んだモデルに基づく計算上のシミュレーションにより、光生成キャリアの再結合損失が高強度で起こるVMJユニットセルの中の特定の領域が明らかになる。このような領域の少なくともいくつかは、強度に左右される複雑な損失メカニズムを示す。コンピュータシミュレーションによってPV素子またはVMJユニットセルの中の領域が明らかになり、VMJ電池の再結合損失を低減して性能を改善するためにこれらを改善することができる。本発明の諸態様は、このような改善をもたらす。 A VMJ unit cell in which recombination loss of photogenerated carriers occurs at a high intensity by calculation simulation based on a model that incorporates numerous semiconductor physics of contact-to-contact VMJ unit cells. A specific area within is revealed. At least some of these regions exhibit a complex loss mechanism that depends on strength. Computer simulation reveals regions within the PV device or VMJ unit cell that can be improved to reduce VMJ battery recombination loss and improve performance. Aspects of the invention provide such improvements.
直列抵抗は、従来型のコンセントレータ太陽電池(concentrator solar cell)に関する設計課題の重大な問題であると考えられている。この点に関して、太陽強度2500でさえ直列抵抗が問題でないことを示しているVMJ光電池の設計は、この上なく適切であることを証明した。しかし、太陽強度1000の近くで動作する太陽光発電コンセントレータ用のVMJ光電池の効率を改善するために、状況によっては、設計の簡易さを低下させるために直列抵抗の増加という犠牲を払うことが有利になり得る。
Series resistance is considered to be a significant problem in the design challenges associated with conventional concentrator solar cells. In this regard, VMJ photovoltaic cell designs that have shown that series resistance is not a problem even at a solar intensity of 2500 have proven to be exceptionally appropriate. However, in order to improve the efficiency of a VMJ photovoltaic cell for photovoltaic power concentrators operating near
VMJ電池を依然として効率的に動作させることができる、太陽強度2500などの実質的により高い強度の動作のための設計は、いかなるより優れた総合性能または経済的便益にも寄与する可能性が低いにもかかわらず、光学部品、構造体、太陽追跡、および熱制御において、実質的により要求が厳しい上に高くつくコンセントレータシステム工学を要求する可能性があることを理解されたい。したがって、本発明で説明される、太陽電池およびその製造のための関連するプロセスの態様または特徴は、太陽強度1000以上の範囲で動作する高強度VMJ電池の効率性能を向上することができる。VMJ太陽電池または本発明の態様を活用する他の太陽電池は、効率が向上すると、さらなる製造加工および1000を上回る太陽強度に対して直列抵抗が増加する可能性が含まれることがあったとしても、より費用対効果が大きく、かつ実現可能になり得る。本明細書で説明された態様または特徴は、太陽電池またはVMJ電池を用いる太陽光発電コンセントレータシステムを作製するための適切な工学的トレードオフをもたらすことができ、これは、より低いドル/ワット性能をもたらす、より実現可能でより費用対効果が大きい本発明の態様を利用する。
Designs for substantially higher intensity operation, such as
有効なシリコン処理のための現実的なパラメータ(少数キャリアの寿命、表面再結合速度など)を用いた、例えば深い接合を有するP+NN+スラブ(slab)である従来型VMJユニットセル設計の太陽強度500を上回る強度におけるコンピュータモデリング解析により、いくつかの特定の領域に関して、以下の割合の再結合損失が示された。すなわち、
・P+拡散22.7%
・P+コンタクト5.3%
・N+拡散32.8%
・N+コンタクト11.4%
したがって、この解析は、金属コンタクトを有する高濃度ドープされたP+拡散エミッタ領域およびN+拡散エミッタ領域が、VMJ太陽電池を形成するユニットセル内のすべての再結合損失の半分を上回る損失を占めること、また、設計上、部分的には移動度の差により、最適な拡散N+エミッタは、最適な拡散P+エミッタとは異なる可能性があることを示唆している。N+領域およびP+領域から生じる再結合損失の相対的な大きさは、浅いP+N接合を有するN+PP+ユニットセルまたはP+NN+ユニットセルに切り換えられ得る。一態様では、本発明は、VMJ電池の性能を改善するために前述の拡散領域内の再結合損失を低減することを対象とする。
A
・ P + diffusion 22.7%
・ P + contact 5.3%
・ N + diffusion 32.8%
・ N + contact 11.4%
Therefore, this analysis shows that the heavily doped P + and N + diffusion emitter regions with metal contacts account for more than half of all recombination losses in the unit cells forming the VMJ solar cell, Also, the design suggests that the optimal diffuse N + emitter may be different from the optimal diffuse P + emitter due in part to differences in mobility. The relative magnitude of the recombination loss resulting from the N + and P + regions can be switched to an N + PP + unit cell or a P + NN + unit cell with a shallow P + N junction. In one aspect, the present invention is directed to reducing recombination losses in the aforementioned diffusion regions to improve the performance of VMJ batteries.
長い少数キャリア寿命および低い表面再結合速度が、従来型のVMJ電池開発においてうまく達成され、高強度で、1つのユニットセル接合当たり開路電圧(open-circuit voltage)VOC=0.8ボルトであった。VOCは、太陽光で生成された電流および拡散エミッタ逆飽和電流(J0)によって決定され、VMJ太陽電池のユニットセルに存在するP+N接合およびNN+接合の両方が開路電圧に寄与している。電気的な観点から見た最適な接合はJ0=1×10−13Acm−2を用いる最小のJ0であって、これは拡散接合における高品質の低逆飽和電流の代表であり、金属のオーミックコンタクトにおける無限の再結合速度を考慮に入れるときでさえ、約3μmから10μmの拡散深さが、P+拡散およびN+拡散の両方に関して十分な深さであることが解析によって示された。 Long minority carrier lifetimes and low surface recombination rates have been successfully achieved in conventional VMJ cell development, with high strength, open-circuit voltage V OC = 0.8 volts per unit cell junction. It was. V OC is determined by the current generated by sunlight and the diffused emitter reverse saturation current (J 0 ), and both P + N and NN + junctions present in the unit cell of the VMJ solar cell contribute to the open circuit voltage. The optimal junction from an electrical point of view is the minimum J 0 using J 0 = 1 × 10 −13 Acm −2 , which is representative of high quality low reverse saturation current in diffusion junctions, Analysis has shown that a diffusion depth of about 3 μm to 10 μm is sufficient for both P + diffusion and N + diffusion, even when taking into account the infinite recombination velocity in the ohmic contacts.
深く緩やかなNN+拡散プロファイルでさえ、この領域における最高の収集および再結合の低減のための接合障壁に向かう少数キャリアの運動を強化するビルトイン静電ドリフト電界をもたらすはずであり、コンピュータシミュレーションにより、NN+接合の増強は、高強度ではそれほど効果的でなく、このことが、上記で示されたようなN+領域でのより高い再結合をもたらす可能性があることが明らかであることに留意されたい。 Even deep and gradual NN + diffusion profiles should yield a built-in electrostatic drift field that enhances minority carrier motion towards the junction barrier for the best collection and reduced recombination in this region, and computer simulations show that NN + Note that junction enhancement is not as effective at high strength, and it is clear that this may result in higher recombination in the N + region as shown above.
実験ならびに計算上のモデリングおよびシミュレーションにより、性能を改善するための主要な分野は、高強度で動作するVMJユニットセルの高濃度ドープされたP+およびN+の拡散した金属接点領域における再結合損失の低減にあることがつきとめられた。高品質の酸化物で安定化された表面は、金属接点の再結合速度よりかなり低い数cm/秒の再結合速度を有することができるので、また、拡散プロファイルによって生成されたドリフト電界が、高強度ではそれほど効果的でなくなることを考慮すると、本発明の態様は、PV素子またはVMJユニットセルのパターン付き誘電性コーティングによって低減される金属コンタクト面積および拡散面積をもたらし、VMJ太陽電池の性能を改善する。 Through experimentation and computational modeling and simulation, the primary area for improving performance is the reduction of recombination losses in the heavily doped P + and N + diffused metal contact regions of VMJ unit cells operating at high strength. It was discovered that A surface stabilized with high quality oxide can have a recombination rate of several centimeters per second, much lower than the recombination rate of metal contacts, and the drift electric field generated by the diffusion profile is also high. Considering that it is less effective in strength, aspects of the present invention result in reduced metal contact area and diffusion area due to patterned dielectric coatings of PV devices or VMJ unit cells, improving the performance of VMJ solar cells To do.
図面に関して、図19Aは、PV素子の表面のうちの1つと金属コンタクト1925との間にパターニングされた誘電体コーティング1920を有する太陽光発電素子1910の図1900を示す。PV素子1910、誘電体コーティング1920、および金属コンタクト1925の表面は、明確にするために、接触しない状態で示されていることに留意されたい。しかし、本明細書で論じられる太陽電池では、このような表面は接している。パターニングされた誘電性コーティング1920は、周期的なアレイまたは格子状に集合された分離した楕円の領域として示されている。PV素子1910は、一般にN型のスラブの半導体材料であり、半導体材料は、Siと、Geと、GaAs、InAs、または他のIII族〜V族の半導体化合物と、II族〜VI族の半導体化合物と、CuGaSeと、CuInSeと、CuInGaSeとのうちの1つである。スラブは、スラブの第1の表面上のドープされたP+拡散領域1916(P+とラベルが付いている)、および第1の表面と実質的に平行な第2の表面上のドープされたN+拡散領域1914(N+とラベルが付いている)を含むことができる。アクティブなPV素子1910の厚さは、ドープされた拡散層1914と1916の間にN型(N)層1912を持つ余裕がある。拡散層1914および1916の厚さは、3〜10μmの範囲であってもよく、N型材料(例えばスラブ1912)のスラブの中へキャリアを導入するのに用いられるドーピングプロセスによって決定される。ドープされた拡散層の含有は、例えば半導体プロセスで一般に用いられる技術、ドーパント材料といった、実質的に任意のドーピング手段で遂行することができる。ドーパント材料には、N+およびP+のドーピング向けに、リンおよびホウ素がそれぞれ含まれ得る。説明の目的で、N+拡散層1914およびP+拡散層1916とN型(N)層1912との間の両境界面は、濃度が急峻に変化するはっきりとした境界として理想化されているが、このような境界面は、中性の材料とドープされた材料間の混合領域で不規則になり得る。混合の程度は、ドープされた拡散領域を生成するのに使用される機構または手段によって少なくとも部分的に規定される。
With reference to the drawings, FIG. 19A shows a diagram 1900 of a
本発明の態様または特徴が、PV素子1910のプリカーサー(precursor:前駆物質)として、最初に半導体材料のN型スラブに関して示されているが、このような態様または特徴も、最初に真性の、例えば名目上非ドープのPV素子1910のプリカーサーで実施または達成することができる。さらに、代替または追加のシナリオでは、P型のプリカーサーを使用することができ、PV素子1910は、以前に説明されたように、スラブの第1の表面上およびその近傍のP+拡散層1916、ならびに第1の表面に対して実質的に平行な第2の表面上およびその近傍のN+でドープされた拡散層1914を含むことができるP型のドープされた半導体材料のスラブであり得る。
Although aspects or features of the present invention are first shown with respect to an N-type slab of semiconductor material as a precursor of
本発明の一態様では、パターニングされた誘電体コーティング1920が、アクティブなPV素子1910をメタライゼーションしたときの金属拡散ドーピング層境界面(例えば金属とN+層1914との境界面)の形成を低減し、パターニングされた誘電体コーティングの開口は、金属と拡散ドーピング層とが境界面を形成する領域である。このような境界面が高い再結合損失を有するので、したがって金属拡散ドーピング層の接触を低減すると、光生成キャリア(例えば電子および正孔)の非放射の損失が緩和され、結果としてPV素子1910の太陽光発電効率が向上する。また、PV素子、例えば1910を誘電材料でコーティングすると、表面状態のパッシベーションをもたらし、したがって表面の再結合損失が低減する。誘電体コーティングのパターニングは、フォトリソグラフィ技術、または実質的に誘電性表面の制御されたパターニングを可能にする他の技術、例えばウェットエッチングによって達成することができる。このようなフォトリソグラフィ技術は、一般に誘電体コーティング中の誘電材料のマスキングおよび除去の複数の処理ステップによってパターン形成をもたらす。その代わりに、もしくはそれに加えて、誘電体コーティングのパターニングは、特定のパターンを規定するために堆積された材料を覆うマスクの存在下で、堆積技術、例えば化学的気相成長法(CVD)のような気相コーティングおよびその変形形態のプラズマ促進CVD(PECVD)、分子線エピタキシャル法(MBE)などによって達成することができる。
In one aspect of the invention, the patterned
誘電体コーティング層1920は、N+ドーピング拡散層1914と金属コンタクト1925の間の電気接触をもたらす様々な平面状の結合構造および構成を取り入れることができることを理解されたい。以前に示されたように、実施例の1920の図で、誘電体コーティング1920は、楕円の分離した領域の正方格子の配置を採用している。誘電体領域の他の格子も形成することができる。このような格子は、三角格子、単斜晶系の格子、面心の正方格子などを含むことができる。パターニングされた誘電体コーティングの中の誘電材料の一部分の代替または追加の機構は、誘電材料の分離したストライプまたは結合したストライプを含むことができる。金属コンタクト1935とP+拡散ドーピング層1916の間にコーティング1920などのパターニングされた誘電体コーティングを配置することができることに留意されたい(例えば図19Bを参照されたい)。パターニングされた誘電体コーティング1920の位置は、ソーラーコンセントレータまたは他のソーラー−電気エネルギー変換の装置またはデバイスにおける動作中の放射強度の主要な損失が起きる中性にドープされた接合によって規定される。例えば、PV素子1910(例えばP+NN+ユニットセル)では、N+拡散領域(または層)、および金属1925への拡散領域の接触は、高い電磁放射強度で実質的により大きな損失が生じることがあり、したがって、1900の図に示された構成におけるパターニングされた誘電体コーティング1920は、特に高強度で、再結合(例えば放射性のものおよび非放射性のもの)損失を低減し、かつPV素子1910の性能を改善するために実質的に最も廉価な構成である。
It should be understood that the
実質的に任意のパターンの誘電材料(例えば誘電体コーティング1920中の誘電性の楕円の領域間の空間などの開口の分離したアレイ(disconnected array))が、単一の拡散層(例えばN+層1914)で再結合損失を低減することができ、というのは、後のステップで適用されるメタライゼーションにより、すべて、または実質的にすべての開いている接触領域が、VMJ電池構造体の内部で次の平面状のユニットセルに完全に結合されたとき、互いに接続されることを保証され得るためであることを理解されたい。本明細書で説明された、VMJ光電池を作製するのに使用されるユニットセルは、以前に説明されたように、誘導体のパターンでコーティングしてメタライゼーションされたPV素子1910からなる。したがって、このようなユニットセルは、従来型のVMJ太陽電池の製造向けに使用される従来型のユニットセルとは異なる。金属とドープされた層の間の接触面積がより小さいと、太陽電池を形成するPV素子1910などの積層における直列抵抗が増加する一因となる可能性があり、したがって、接触面積の比率を低減するための有利なパターンは、所与の強度に対して性能を最適化するために密接な間隔で配置された高密度のより小さな開口であることが注目される。再結合損失は、光生成キャリアの放熱性または非放射性の再結合を含むことができ、非放射性再結合は、オージェ散乱、キャリア−フォノン緩和(carrier-phonon relaxation)などを備えることができる。オージェ再結合の割合は、キャリア密度、例えば光生成キャリアの密度の3乗として増加し、太陽光発電デバイスのボリュームを2倍にすると、大部分のオージェ散乱が原因であるとき、再結合損失の16倍の増加をもたらすことがある。したがって、より薄いスラブ1910、あるいは、テクスチャ加工された表面を用いた光の捕捉の使用など、V字型溝付き表面、U字型溝付き表面、...、または後方反射器などのPV素子1910を実質的により薄くする任意の設計変更形態が、VMJ光電池を形成するユニットセルの厚さを低減することによって高強度における大部分のオージェ再結合を緩和するのに利用され得る。本明細書で説明される態様によって設計されたVMJユニットセルが再結合損失の50%を低減することができると、PV電池の収集効率はかなり向上され得る。
A substantially arbitrary pattern of dielectric material (eg, a disconnected array of openings such as spaces between dielectric elliptical regions in the dielectric coating 1920) can be used to form a single diffusion layer (eg, N +
誘電体コーティング1920用に実質的に任意の誘電材料を使用することができることを理解されたい。一態様では、誘電体コーティングは熱酸化物層であってもよく、これは低い表面再結合速度を有する。誘電体の中にパターニングされた開口を有する半導体ベース(例えばSiベース)のVMJ光電池のユニットセル(またはPV素子)の終端に電気コンタクトを作製するには、ユニットセルの熱膨張係数と熱的に一致するかまたは実質的に一致する低抵抗率シリコン、あるいはシリコンの熱係数とほぼ一致する熱係数を有するモリブデンまたはタングステンなどの金属によって設けることができる全電気コンタクト(full electrical contact)が必要になることがあることをさらに理解されたい。同様に、半導体材料またはシリコン以外の化合物に基づくVMJ太陽電池に関して、パターニングされた誘電体コーティング、例えば1920または1960のメタライゼーションは、導電材料、例えば金属またはVMJ太陽電池を形成するユニットセルの半導体材料の熱係数とほぼ一致する熱係数を有する低抵抗率のドープされた半導体で達成することができる。
It should be understood that virtually any dielectric material can be used for the
金属層に関して、金属コンタクト層1925と金属コンタクト層1935は異なるものであり得る。例えば、自己ドーピングを緩和するために、第1の金属コンタクト層(例えば層1925)はドーパントを含むことができ、第2のコンタクト層(例えば層1935)は拡散バリアを組み込むことができる。
With respect to the metal layer, the
図19Bは、両方の拡散ドーピング領域にパターニングされた誘電体コーティングを有する太陽光発電要素1910の図1950である。図1950では、N+拡散ドーピング層1914と第1の金属コンタクト1925との間の第1のパターニングされた誘電体コーティング1920、およびP+拡散ドーピング層1916と第2の金属コンタクト1935との間の第2のパターニングされた誘電体コーティング1960が見られる。誘電体コーティング1960の態様は、誘電体コーティング1920のものと実質的に同一である。前述のように、金属コンタクト層1925と1935は異なるものであり得る。
FIG. 19B is a diagram 1950 of a
第2のパターニングされた誘電体コーティングの導入によってもたらされる、光生成キャリアの再結合損失の緩和、およびその結果としてのPV素子の性能向上は、第2のパターニングされた誘電体コーティングの作製に関連して複雑さが増すことおよび追加の処理行為の追加費用の可能性に勝ることに留意されたい。 Mitigation of recombination loss of photogenerated carriers, and resulting performance improvement of PV devices, resulting from the introduction of the second patterned dielectric coating is related to the creation of the second patterned dielectric coating. Note that this adds to the complexity and the potential for additional processing costs.
太陽光発電デバイスのPV素子1910の効率的動作を保証するために、誘電体コーティング1920における第1のパターンは、コーティング1960の第2のパターンが、1つまたはそれ以上の開口と、金属層1925の領域とが対向する組を有するように、第2のパターンと互いに関係付けられるべきである。パターニングされた誘電体コーティング1920がパターニングされた誘電体コーティング1960に関して「異相(out-of-phase)」であって両誘導体コーティングが互いにそれぞれの金属層1925の部分を閉塞すると、PV素子1910の積層におけるユニットセル間の抵抗が増加してVMJ太陽電池の効率が低下する。
To ensure efficient operation of the
それに加えて、もしくはその代わりに、パターンニングされた誘電体コーティング1920によって形成される開口は、誘電体コーティング1960によって生成される開口と、サイズ、例えば面積が異なることがあり得る。例えば、より効果的に総合損失を低減するために、特にN+拡散領域と金属コンタクトとの間により大きな損失がある場合、PV素子1910またはP+NN+ユニットセルにおいて、N+接触用の開口面積がP+接触用の開口面積より広い方が望ましいものであり得る。前述のように、開口サイズ間のこのような差異は、誘電体コーティングの特定のパターンに関係なく実施または利用することができる。
In addition or alternatively, the opening formed by the patterned
図19Cは、本明細書で説明された態様によるドーピングによって作製することができるプリカーサー(前駆物質:precursor)および得られたPV素子の組の実施例を示す。以前に示されたように、本明細書で説明されたパターン付き誘電体コーティングおよび金属コンタクトを導入するように処理されるPV素子を生成するのに、(i)N型にドープされたプリカーサー1980、(ii)P型にドープされたプリカーサー1985、および(iii)真性(intrinsic)のプリカーサー1990の3つのプリカーサーのタイプを使用することができる。プリカーサーは、Siと、Geと、GaAs、InAs、または他のIII族〜V族の半導体化合物と、II族〜VI族の半導体化合物と、CuGaSeと、CuInSeと、CuInGaSeなどの半導体材料である。ドーピングに際して、N型プリカーサー1980が、N+型拡散ドーピング領域およびP+型ドーピング領域を含むPV素子1982をもたらすことができ、このようなPV素子はPV素子1910である。また、プリカーサー1980をドーピングすると、N型およびP型の拡散ドーピングの層または領域を有するPV素子1984をもたらすことができる。プリカーサー1985によって、N+拡散ドーピング層およびP+拡散ドーピング層を有するPV素子1986、ならびにN+拡散ドーピング層およびP型ドーピング層を有するPV素子1988を形成することができる。真性のプリカーサー1990の様々なドーピングがPV素子1992〜1998をもたらす。PV素子1992は、P型ドーピング領域およびN型ドーピング領域を含み、PV素子1994は、N+型ドーピング層およびP型ドーピング層を含み、PV素子1996は、N型ドーピング層およびP+型ドーピング層を含み、PV素子1998は、N+型ドーピング層およびP+型ドーピング層を含む。様々なドーピング領域が導入されたプリカーサー1980、1985、および1990は、延在する領域として示されているが、このような領域は、本明細書で説明されたように、空間的に限定するかまたはほぼ限定することができる。本明細書で示された様々なPV素子は、本発明の態様によるモノリシック光電池を作製するために積層され得るユニットセルを形成するために、本明細書で説明されたように、パターンニングされた誘電材料でコーティングし、かつメタライゼーションすることができる。一態様では、P+NN+のPV要素またはユニットセルのパターンニングされた誘電材料を用いるコーティングによって形成されたパターンニングされたコンタクトは、地上のPVコンセントレータ向けに使用され得るのに対して、P+PN+のPV素子またはユニットセルは、より放射線に対して強固にされ、したがって宇宙空間用途向けに利用される。
FIG. 19C shows an example of a set of precursors and resulting PV devices that can be made by doping according to the embodiments described herein. As previously indicated, (i) an N-type doped
図20Aは、誘電体コーティングによりパターニングされた1つの表面を有するPV素子の断面図2000である。誘電材料のパターンは、N+拡散ドーピング層2014の上に堆積された誘電体の部分2005をもたらす。P+拡散ドーピング層2016上のパターニングされた誘電体コーティングを有する追加または代替のPV素子の構成が可能であることに留意されたい。図2000に示されたPV素子では、拡散ドーピング領域2014と2016とが、N型領域2012によって分離される。上記で論じたように、このような構成は、高強度でのPV素子の動作に関連した再結合損失の緩和において効果的であり得る。
FIG. 20A is a
図20Bは、金属コンタクト2025および2035でメタライゼーションしたときのPV素子の図2030を示す。N+拡散層2014上のパターニングされた誘電体コーティング領域2005の存在により、電気コンタクト2025と2035の間の電気的結合が低減する。上記で論じたように、金属コンタクト層は異なるものであり得る。
FIG. 20B shows a
図20Cは、構成ユニットセル(constituent unit cells)20701〜2070M(Mは正の整数である)が方向2080に沿って積層されているVMJ光電池2060の一実施形態を示し、これらは、片側面に、N+拡散ドーピング層上の非対称にパターニングされた誘電体コーティング(例えば誘電体領域2005を有するコーティング)を利用する。PV素子であるユニットセル2070λ(λ=1、2、...、M)の積層から得られるVMJ太陽電池は、モノリシックの(例えば一体接合された)軸方向に配向された構造体である。一態様では、ユニットセルの半導体材料に基づいて、(a)均質および(b)不均質の2つのクラスのVMJ光電池を形成することができる。(a)では、ユニットセル20701〜2070Mは、同一または実質的に同一のプリカーサーに基づくものであるのに対して、(b)では、ユニットセルは異なるプリカーサーに基づくものである。異なるプリカーサーは、同一の半導体化合物に基づくものであってもよく、例えばSiと、Geと、GaAs、InAs、または他のIII族〜V族の半導体化合物と、II族〜VI族の半導体化合物と、CuGaSeと、CuInSeと、CuInGaSeではあるがドーピング型が異なるか、または合金化合物については合金化の濃度が異なるものとがある。不均質VMJ光電池は、電磁放射(例えば太陽光のスペクトル)のソースの発光スペクトルの様々な部分を利用することができる。VMJ太陽電池は、方向2080に沿った直列電圧ΔV≒M・ΔVCを生成することができ、ΔVCは、構成するPV素子(constituent PV element)2070λの電圧である。一態様では、VMJ太陽電池を形成するのに、一般にM〜40が利用される。M〜40を有する1cm2のVMJは、入射する光子束、放射波長、温度などの一般的な動作条件下でほぼ25ボルトを出力することができる。最も性能が劣るPV素子が直列接続における電流出力のボトルネックであり、すなわち電流出力は最も性能が劣るユニットセルのものになるので、PV素子の積層の性能はこのような素子によって制約されることを理解されたい。したがって、性能を最適化するために、VMJ光電池を形成するアクティブなPV素子の積層またはユニットセルは、フィールドにおけるソーラーコレクタシステムの通常の動作条件下で予期される諸条件に実質的に類似の条件(例えば放射の波長、集中強度)の下で試験台において行なわれた性能の特徴付けに基づいて、電流を一致させるかまたは電流をほぼ一致させることができる。一致した電流は、PV素子またはユニットセルによるソーラー−電気エネルギー変換で生成された電流である。
Figure 20C is a configuration unit cells (constituent unit cells) 2070 1 ~2070 M (M is a positive integer) shows an embodiment of a VMJ
また、VMJ太陽電池を作製するPV素子20701〜2070Mのモノリシックスタックは、VMJ太陽電池がPVモジュールまたはPVデバイスの一部分であるとき、整数のミラー指数q、r、sを有する特定の結晶面(qrs)を太陽光に露出するかまたはほぼ露出するために、例えばソー加工、カット、エッチング、剥離などの処理を施すことができる。一態様では、表面状態の本質的なパッシベーションを達成するために、具体的な結晶面は面(100)であり得る。図20Dは、図20Cに示されたようなパターンニングされたコンタクトを有するPV素子2092、またはユニットセルの積層によって生成されたVMJ PV電池2090を示し、VMJ PV電池は、法線ベクトル2094が方向<qrs>に配向されて示されている特定の結晶表面(qrs)を露出するように処理されている。本明細書で説明されたパターニングされたコンタクトを有するあらゆるPV素子が、結晶面(qrs)を露出するVMJ PV電池を形成するように利用され得ることが注目される。また、処理の一部分として、PVデバイスまたはモジュールのVMJ PV電池の利用を容易にするかまたは可能にする平坦な表面を生成するために、方向<qrs>に基づいてVMJ PV電池の一部分2096を除去することができる。
Also, the monolithic stack of
図21Aは、PV素子に対する例示の誘電体コーティングのパターンを示す図である。パターン2130および2140は、PV素子の第1および第2の表面用のパターンに相当する。誘電体コーティングの開口は、画定された幅w2135および互いのピッチ間隙wP2145を有するラインまたはストライプである。一態様では、パターニングされた誘電体コーティングの開口のこのような構造は、(1+w/wP)−1の接触面積の低減をもたらし、例えばw=wPのとき、接触面積の低減は50%である。しかし、接触面積がより小さいと直列抵抗が増加する一因となる可能性があるので、接触面積の割合を低減するために好ましいラインまたはストライプのパターンは、密接な間隔で配置された、より小さなラインまたはストライプの高密度の開口である。この密度は、PVモジュールの太陽電池またはPV電池の一部分としてPV素子が動作すると予期される所与の放射強度に対する性能を最適化するように変化させることができる。PV素子1910、またはウェーハの向かい合わせの両表面上の追加または代替のパターンも可能であり、有利でもある。図示のように、ラインまたはストライプ、開口は、各PV素子1910、またはウェーハの両側に作製して、一方の側から他方に対して方向を90度ずらすことができ、すなわち、パターニングされた誘電体コーティング2130のストライプは<100>の方向に対して1935度の角度で配向される一方で、パターニングされた誘電体コーティング2140のストライプは<100>に対して45度の角度で整列される。他の相対的方向ずれも可能であって有利であることが注目される。さらに、上記で示されたように、パターニングされた誘電体コーティング2130によって形成される開口は、誘電体コーティング2140によって生成される開口と、サイズが異なる、例えば面積が異なることがあり得る。例えば、より効果的に総合損失を低減するために、特にN+拡散領域と金属コンタクトとの間により大きな損失があるとき、P+NN+ユニットセルを有するPV素子において、N+接触用の開口面積がP+接触用の開口面積より広い方が一般に望ましいものであり得る。代替形態では、N+PP+ユニットセル(例えばPV素子1986)の再結合損失を緩和するように、P+接触用の開口領域をN+接触用のものより広く実施するのが望ましいことがある。
FIG. 21A illustrates an exemplary dielectric coating pattern for a PV device.
本明細書で説明された、表面をパターニングされたPV素子の積層および合金化を含む垂直多重接合太陽電池の製造では、異なるように配向され誘導体の領域がメタライゼーションと接合されたとき、画定されたパターンの中に低抵抗接触ポイントを形成することができる。一態様では、誘導体コーティング2130および2140の開口によって容易になる接触ポイントは、完成したVMJ電池の直列抵抗を低く保つために、直接整列して制御されたパターンで互いに隣接し、1つのウェーハのP+接触が、次のウェーハのN+接触へのポイントで接続する。以前に説明されたように、一態様では、製作されたVMJ電池は、パッシベーション用の低水準の表面状態を確立するために、照光された表面で好ましい結晶方位<100>を有するようにソー加工することができる。したがって、図21Aに示されるように、パターニングされたPV素子の第1の表面上のラインまたはストライプの相対的配向は、第2の表面のラインまたはストライプから90度などの角度γでずらして配向することができ、第1および第2の表面は、結晶方位<100>を含み、例えば結晶面(100)に対して垂直である。ラインまたはストライプの他の配向も可能であって有利である。同様に、様々な表面のラインまたはストライプの相対的にずれた配向γを実施することができる。一態様では、ずれた配向γは有限の実数であり、例えば、誘電体コーティングパターンは、互いに異なる表面では整列しない。さらに、本明細書で説明したVMJ光電池は、任意の結晶面(qrs)を露出するかまたは実質的に露出するように処理することができ、誘電体コーティングのストライプは、q、r、およびsのミラー指数を有する結晶方向<qrs>に対してある角度で配向することができる。具体的には、第1の表面上のパターニングされた誘電体コーティングのストライプは、<qrs>に対して第1の角度αで配向されたストライプを含むことができる一方で、第2の表面のパターニングされた誘電体コーティングのストライプは、<qrs>に対して第2の角度β(α≠β)で配向することができ、したがって、ずれた配向γ=α−βがもたらされる。
In the manufacture of vertical multi-junction solar cells described herein, including the lamination and alloying of surface-patterned PV elements, they are defined when the differently oriented and dielectric regions are joined to the metallization. Low resistance contact points can be formed in the pattern. In one aspect, the contact points facilitated by the openings in the
図21Bは、P+拡散ドーピング層2176およびN+拡散ドーピング層2174の両方の上に堆積された誘電体コーティングパターンを有するPV素子2150の断面図を示す。PV素子2150では、拡散ドーピング領域2014と2016とが、N型領域2172によって分離される。示された断面は、第1の表面上の誘電体領域(例えば誘電体領域2155)の、第2の表面上の誘電体領域(例えば誘電体領域2165)に対するアライメントを示すカットである。他の断面のカットは、誘電材料のずれて整列された領域である第1の表面および第2の表面を示すことができることを理解されたい。上記で論じたように、このような整列により、図21Cに示されるように、VMJ太陽電池を形成するように積み重ねられたとき、P+拡散ドーピング層の金属コンタクトを、続いて積み重ねられるN+拡散ドーピング層の金属コンタクトと一致させることができるので、PV素子2150間の直列抵抗を保つのが容易になる。上記で示されたように、誘電体領域2155の間隔が、誘電体領域2165の間隔とは異なり得ることを理解されたい。
FIG. 21B shows a cross-sectional view of a
図22は、パターニングされた誘電体コーティング2202の堆積によって作り出された諸誘電体コーティング領域2205を有する例示的PV素子2200の断面図を示し、これらにより、同PV素子をメタライゼーションしたときその表面の金属コンタクト領域の少なくとも1つを低減することが容易になるかまたは可能になる。PV素子2200では、N+拡散領域2214は、ドーピング層の体積(volume)を低減し、したがって光生成キャリアの再結合損失を緩和するように構成される。N+ドーピングの領域は、パターニングされた誘電体コーティングの開口構造体によって決定することができ、例えば、N+拡散領域2214は、誘電体コーティング2202のストライプのあるパターンのピッチの間隔に沿って配向されたストライプであり得る。このような領域は、誘電体コーティング領域2205を利用することにより、N+ドーピングを制御するかまたは操作するためのマスクとして形成される。パターニングされた誘電体コーティング2202および堆積された領域2205のトポロジに少なくとも部分的に基づいて、N+拡散ドーピング面積または体積2214は、完全に、または疑似的に制限することができ、例えば2つ以下の方向では制限されて(閉じこめられて:confine)第3の方向に延在する。PV素子2200の特徴では、N型材料2212の領域はN+拡散ドーピング領域2214と折り交ぜられる(intersperse)。また、P+拡散ドーピング領域2216は、パターニングされた誘電材料でコーティングされていない。
FIG. 22 shows a cross-sectional view of an
メタライゼーションしたとき、例えば、P+拡散層2216の表面および制限(confine)され分離(disconnect)されたN+拡散ドーピング領域のパターニングされた表面(例えば領域2214の組)は、金属コンタクトでコーティングされ、1組のメタライゼーションされたPV素子が積み重ねられ、処理、例えば高温製造ステップによってはんだ付けまたは合金化することができ、本明細書で説明された態様によって再結合損失が低減されたVMJ光電池を形成する。
When metallized, for example, the surface of the P +
図23Aは、向かい合った拡散ドーピング領域上に堆積された誘電体コーティングパターンを有するPV素子2300の断面図を示す。一態様では、第1の誘電体コーティングパターン(例えば、結晶方向<100>に対して135度回転した方向に沿って配向された、ストライプパターン2330)は、第1の拡散ドーピング領域で金属コンタクト表面を低減するのに利用され、一方、第2の誘電体コーティングパターン(例えば、結晶方向<100>に対して45度に配向されたストライプパターン2340)。N+拡散ドーピング領域およびP+拡散ドーピング領域は、それぞれ2つ以上の方向で制限(confine)されたドーピング領域2314および2316を含むことができる。誘電体コーティングパターンの諸開口は、体積が低減されたドーピング拡散層を生成するマスクとして働くことができ、これらの開口は、コーティングされた誘電体の領域2305と2325との間に形成される。金属コンタクト表面および両方の拡散ドーピング層のドーピング領域の体積を低減すると、1つのドーピング領域の誘電体コーティングおよびドーピング体積の縮小に関して、キャリア再結合損失の緩和の改善強化をもたらすことができる。上記で論じたように、パターニングされたPV素子、またはユニットセルで作製されたVMJの改善されたPV性能の利益は、表面パターニングに関連した追加処理の複雑さおよびコストに勝る。さらに、パターニングされた誘電体コーティング2330によって形成される開口は、拡散ドーピング領域から生じる再結合損失をさらに制御するために、誘電体コーティング2340によって生成された開口と、サイズが異なる、例えば面積が異なることがあり得る。例えば、より効果的に総合損失を低減するために、特にN+拡散領域と金属接点との間により大きな損失があるとき、より大きなN+ドーピング領域を作製する開口を、P+ドーピング領域を作製する開口より大きくする方が望ましいことがあり得る。
FIG. 23A shows a cross-sectional view of a
図23Bは、上記で論じたように互いに異なるものであり得る金属コンタクト層2365および2375を有するパターニングされたPV素子2350の断面を示す。図示された断面カットは、P+拡散ドーピング層の表面上の金属領域2375(例えば誘電材料の空間の間の領域)と整列したN+拡散ドーピング層の表面上の金属領域2365(例えば誘電材料の空間の間にある)を示す。PV素子2350では、N型プリカーサーの中にドーピング領域が形成される。性能が改善されたVMJ太陽電池を形成するために、1組のパターニングされたPV素子2350を積み重ねて処理することができる。
FIG. 23B shows a cross-section of a
図24は、テクスチャ加工された表面を有するテクスチャ加工された垂直多重接合(VMJ)光電池2405の一実施例を示す斜視図であり、これは、ユニットセル24101〜241010を、ユニットセルの面に対して垂直な方向に沿って積み重ねることにより形成され、各ユニットセル2410κ(κ=1、2、...、10)は、本明細書で説明されたように、パターニングされた誘電体コーティングおよび金属コンタクトを有するPV素子からなる。この例では、テクスチャ加工されたPV電池2405は10個のユニットセルの組で示されているが、テクスチャ加工されたVMJ光電池はM個のユニットセルを備えることができ、Mは正の整数であることが注目される。テクスチャ加工されたVMJ光電池のユニットセル、例えば2410κは、ユニットセル2070λ、2180λ、または2350、あるいは本明細書で説明したように作製された任意の他のユニットセルで実施することができる。光電池2405では、テクスチャ加工された表面2412はV字型溝の表面であるが、例えばU字型溝といった他の溝または様々な形状の共振器(cavity)を形成することができる。テクスチャ加工された表面は、ユニットセルのモノリシックスタックまたは本明細書で説明されたパターン付き金属コンタクトを有するPV素子を処理した結果として電磁放射に露出されるかまたは実質的に露出される面(qrs)の上に形成され、例えば図20Dを参照されたい。入射光は、法線ベクトルn2432を有する面2430で屈折され得る。このような面2430は、ユニットセル2410κのパターニングされた誘電材料がコーティングされている表面と平行であって、溝2415の断面構成を含むことができ、ユニットセル2410κを積層する方向に対して実質的に垂直である。ユニットセル2410κのモノリシックスタックの表面のテクスチャリングは、テクスチャ加工された表面2412をもたらし、これによって、屈折した光を、キャリアの光発電を妨げることなくP+およびN+の拡散ドーピング領域から遠ざかるように方向付けることができ、したがって、テクスチャ加工された光電池2405を構成するユニットセルをより薄くすることができ、また、以前に示されたように再結合損失を効果的に低減する。さらに、電池における入射光の吸収を増加するために、テクスチャリングされた表面2410に対して反射防止コーティングを与えることができる。
FIG. 24 is a perspective view illustrating one embodiment of a textured vertical multi-junction (VMJ)
上記で説明された例示的システムおよび要素を考慮して、開示された本発明によって実施することができる例示的方法は、図25〜図28の流れ図を参照すると一層よく理解することができる。説明の簡易さのために、本明細書で説明された方法が、一連の処理として示され、かつ説明されているが、いくつかの処理は、本明細書で示され説明された他の処理と異なる順序で、かつ/または同時に行なうことができるので、説明され、かつ請求される本発明は、処理の順序によって限定されないことを理解されたい。例えば、本明細書で説明された方法は、あるいは、状態図または相互作用図などにおける一連の相互関係がある状態または事象として表すことができることを理解されたい。さらに、本発明の明細書による例示的方法を実施するのに、すべての示された処理が必要とされるとは限らない可能性がある。さらに、本明細書で説明された例示的方法は、1つまたは複数の特徴または利点を実現するために連結して実施することができる。 In view of the exemplary systems and elements described above, exemplary methods that can be implemented in accordance with the disclosed invention can be better understood with reference to the flowcharts of FIGS. For ease of explanation, the methods described herein are shown and described as a series of processes, although some processes are other processes shown and described herein. It should be understood that the invention as described and claimed is not limited by the order of processing, as they may be performed in a different order and / or simultaneously. For example, it should be understood that the methods described herein can alternatively be represented as a state or event having a series of interrelationships, such as in a state diagram or interaction diagram. Moreover, not all illustrated treatments may be required to implement an exemplary method in accordance with the specification of the present invention. Moreover, the exemplary methods described herein can be implemented in conjunction to achieve one or more features or advantages.
図25は、本明細書で開示された態様によってキャリア再結合損失が低減されるVMJ太陽電池を作製する例示的方法2500を示す流れ図である。本発明の例示的方法は、太陽電池に限定されず、任意の、または実質的に任意の光電池を作製するようにも達成され得る。本明細書で説明された1つまたは複数のコンポーネントまたはモジュールは、本発明の例示的方法2500を達成することができる。処理2510で、太陽光発電要素(例えばPV素子1910)の1組の表面は、誘電体コーティングでパターニングされる。PV素子の誘電体コーティングによるパターニングは、以前に論じられた1つまたは複数の誘導体コーティングを作製するために任意の適切な技術を利用することを含む。一例として、パターニングは、堆積およびフォトリソグラフィ技術によって進められ得る。別の例として、採用されたパターニングプロトコルを補完または補足するためにエッチング技術も使用することができる。表面の組をコーティングするのに、実質的に任意の、または任意の誘電材料を使用することができる。処理2520で、PV要素のパターン付き表面の1つまたは複数の上に金属コンタクトが堆積される。処理2530の代替または追加の実現は、PV素子の1つまたは複数のパターン付き表面の上にオーミックコンタクトまたは導電性接触を堆積することを含むことができる。金属コンタクトまたはオーミックコンタクト用の材料は、例えば低抵抗率のドープされた半導体または金属である、実質的に任意の、または任意の導電材料で実施することができる。一態様では、導電材料は、好ましくはPV素子の半導体材料の熱係数とほぼ一致する熱係数を有する。別の態様では、導電材料は、パターニングされメタライゼーションされたPV素子の積み重ねを容易にする結合特性を有する。さらに別の態様では、誘電材料コーティングのパターンは、向かい合った表面(opposing surface)のメタライゼーションが、異なる表面上の金属領域を整列させることにより、低抵抗の領域をもたらすことを保証する(例えば、パターン2330および2340における90度ずれた方向のストライプの開口が、積層方向(例えばz方向2080)に沿って整列した金属コンタクト領域をもたらす)。処理2530で、1組のパターニングされメタライゼーションされた太陽光発電素子が積層されてVMJ太陽電池を形成する。このようなPV素子は、上記で論じたように、制限(confine)された拡散ドーピング領域を含み得ることを理解されたい。処理2540で、形成されたVMJ太陽電池は、PVデバイス内の配置を容易にするため、太陽光発電性能を最適化するため、またはそれらの組合せのために処理される。このような処理は、切断処理、研磨処理、清掃処理、一体化処理などの様々な製造のステップまたは処理を含むことができる。このような処理は、形成されたVMJ太陽電池がPVデバイスの中に配置されるときに、特定の結晶面を日光に露出することを少なくとも部分的に対象とすることができる。一例では、処理は、パッシベーション用の最も低品位の表面状態を確立するために、結晶面<100>を日光に露出するかまたは実質的に露出するようにカッティングを形成されたVMJ電池(cutting formed VMJ cell)を備える。
FIG. 25 is a flow diagram illustrating an
図26は、本明細書で説明された態様によってキャリア再結合損失が低減される太陽電池を作製する例示的方法2600を示す流れ図である。本発明の例示的方法2600は、太陽電池の製造に限定されず、例示的方法2600は、任意の、または実質的に任意の光電池を作製するようにも達成され得る。本明細書で説明された1つまたは複数のコンポーネントまたはモジュールは、本発明の例示的方法2600を達成することができる。処理2610で、太陽光発電素子(例えばPV素子1910)の1組の表面は、誘電体コーティングでパターニングされる。PV素子の誘電体コーティングによるパターニングは、以前に論じられた1つまたは複数の誘導体コーティングを作製するために任意の適切な技術を利用することを含む。一例として、パターニングは、堆積およびフォトリソグラフィ技術によって進めることができる。別の例として、採用されたパターニングプロトコルを補完または補足するためにエッチング技術も使用することができる。表面の組をコーティングするのに、実質的に任意の、または任意の誘電材料を使用することができる。処理2620で、パターニングされた誘電体コーティングは、PV素子の中に制限(confine)された拡散ドーピング領域を生成するのに利用され得る。パターニングされた誘電体コーティングは、ドーピング領域の制限(閉じこめ:confinement)の程度を規定するマスクとして使用することができる。一態様では、ドーピング領域の制限は、ほぼ2次元であってもよく、ドーピングは、実質的に1つの次元に沿って延在し、かつ2つの異なる方向に沿って制限され得る。ドーピング領域の制限は、ほぼ3次元でもあってもよく、PV素子のドーピングは、PV素子のサイズより実質的に小さな1組の1つまたは複数の局部領域に限定される(例えば図22を参照されたい)。一例として、誘電材料のストライプパターン(例えばパターン2330)は、ドーピング用のマスクとして利用されたとき、例えば名目上ドープされていない半導体材料のスラブの中心へ向かう拡散方向、およびパターニングされたコーティングにおけるピッチまたはストライプに対して垂直な方向といった2つの方向で実質的に制限される拡散ドーピング層をもたらすことができる。拡散ドーピング領域の制限された領域は、その体積が低減して光生成キャリア再結合損失が緩和される。
FIG. 26 is a flow diagram illustrating an
処理2630で、1つまたは複数のPV素子のパターニングされた表面の上にオーミックコンタクトが堆積される。オーミックコンタクト用の材料は、例えば低抵抗率のドープされた半導体または金属である、実質的に任意の、または任意の導電材料で実施することができる。一態様では、この導電材料は、PV素子の半導体材料、例えばSiと、Geと、GaAs、InAs、または他のIII族〜V族の半導体化合物と、II族〜VI族の半導体化合物と、CuGaSeと、CuInSeと、CuInGaSe、...、とに熱係数がほぼ一致し、合金化に適している。以前に示されたように、誘電材料コーティングのパターンは、向かい合ったパターニングされた表面上へのオーミックコンタクトの堆積が、異なる表面上のメタライゼーション領域を整列させることにより、低い電気抵抗の領域をもたらすことを保証する(例えば、パターン2330および2340における90度ずれた方向にストライプがある開口が、積層方向(例えばz方向2080)に沿って整列した金属コンタクト領域をもたらす)。
At
処理2640で、1組のパターニングされメタライゼーションされた太陽光発電素子が積層されて太陽電池を形成する。太陽電池を形成する太陽光発電素子の組は、M個の素子にわたり、Mは、太陽電池の目標動作電圧によって少なくとも部分的に決定される自然数である。一態様では、PV素子の組は、均質でも不均質でもあり得る。均質の組では、組の中の各素子またはユニットセルは、同一または実質的に同一のプリカーサーに基づくものであり、不均質の組では、各素子は、異なるプリカーサーに基づくものである。異なるプリカーサーは、同一の半導体化合物に基づくものであってもよく、例えばSiと、Geと、GaAs、InAs、または他のIII族〜V族の半導体化合物と、II族〜VI族の半導体化合物と、CuGaSeと、CuInSeと、CuInGaSeではあるがドーピング型が異なるか、または合金化合物については合金化の濃度が異なるものとがある。また、このようなパターニングされメタライゼーションされたPV素子は、上記で論じたように、制限された拡散ドーピング領域を含む。2650で、太陽電池は、PVデバイス内の配置を容易にするため、太陽光発電性能を最適化するため、またはそれらの組合せのために処理される。処理は、切断処理、研磨処理、清掃処理、一体化処理などの様々な製造のステップまたは処理を含むことができる。このようなステップは、形成された太陽電池がPVデバイス内に配置されるときに、特定の結晶面を太陽光に露出することを少なくとも部分的に意図することができる。一例では、処理は、パッシベーション用の最も低品位の表面状態を確立するために、結晶面(100)を太陽光に露出するかまたは実質的に露出するようにカッティングを形成された太陽電池を備える。太陽電池は、例えば(311)などの(qrs)面である他の結晶面を露出するかまたは実質的に露出するように処理することができることを理解されたい。
In
図27は、本明細書で説明された態様による太陽電池の製造を可能にする例示的システム2700のブロック図である。堆積反応器(deposition reactor)2710によって、本明細書で説明されたように、例えばVMJ太陽電池である太陽電池を構成するPV素子またはユニットセルを作製するために半導体ベースのウェーハを処理することができる。堆積反応器2710およびその中のモジュールは、様々なハードウェアコンポーネント、ソフトウェアコンポーネント、またはそれらの組合せ、ならびに処理を達成するための関連した電気回路または電子回路を含む。態様では、コーティングモジュール2712により、誘電体コーティングを用いて半導体ウェーハまたは基板の表面をパターニングすることができる。ウェーハまたは基板は、名目上非ドープであるかまたドープされたものであってもよく、太陽電池の製造に利用されるPV素子のプリカーサーである。上記で示されているように、パターニングは、適切なマスク、フォトリソグラフィ、またはエッチングによる誘電材料の堆積に基づくものであり得る。堆積反応器2710は、PV素子の半導体プリカーサーの中にドーパントを含むことを可能にするドーピングモジュール2714も含む。前述のように、ドーパントは拡散ドーピング層を形成する(例えば図19または図23を参照されたい)ことができるが、ドーピングモジュール2714は、例えばデルタドーピングといった実質的にエピタキシベースのドーピングなどの任意のタイプのドーピングももたらす。また、ドーピングモジュール2714により、自己ドーピングを防止することができる拡散バリアの形成が可能になる。
FIG. 27 is a block diagram of an
前述のように、誘電材料を用いたPV素子のコーティングは、ドーピングの以前または以後に行なうことができる。パターニングされた誘電体コーティングの後に続くドーピングは、制限されたドーピング領域またはほぼ制限されたドーピング領域を生成するためのマスクとしてこのようなコーティングを利用する(例えば図22を参照されたい)。 As described above, the coating of the PV element with the dielectric material can be performed before or after doping. Doping that follows the patterned dielectric coating utilizes such a coating as a mask to create a limited or nearly limited doping region (see, eg, FIG. 22).
メタライゼーションモジュール2716により、延在するドーピング領域または制限されたドーピング領域およびパターニングされた誘電体コーティングを含むPV素子への金属層の堆積が可能になる。メタライゼーションは、後続のドーピングを伴う半導体材料の堆積または金属材料の堆積によって達成することができる。一態様では、このような材料は、ドーピング領域を有するPV素子の熱係数と一致するかまたはほぼ一致する熱係数を有する。
The
堆積反応器2710は、スパッタリングチャンバと、エピタキシチャンバと、気相成長チャンバと、電子ビーム銃と、原材料保持具と、ウェーハ収納場所と、サンプル基板と、オーブンと、例えばターボ分子ポンプ、拡散ポンプなどの真空ポンプとを含むことができる。また、堆積反応器2710は、プロセッサおよび揮発性または不揮発性のメモリを含むコンピュータと、プログラマブルロジックコントローラと、特定目的用チップセットなどの専用プロセッサとを含むことができる。堆積反応器2710は、オペレーティングシステム、または少なくとも以前に説明されたものを含む1つまたは複数の処理動作を達成するためのコード命令などのソフトウェアアプリケーションも含むことができる。説明されたハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せにより、堆積反応器2710およびそのモジュールの機能の少なくとも一部分が容易になるかまたは可能になる。バス2718により、堆積反応器2710内の様々なハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せの間で、例えばデータまたはコード命令、材料の移送、処理された要素の交換などといった情報の連絡が可能になる。
The
太陽光発電素子は、さらなる処理のためのパッケージプラットフォーム2730に供給され得る。例えばコンベアリンクである交換リンク、または交換チャンバおよびその電気機械コンポーネントが、PV素子を供給することができ、交換リンクまたは交換チャンバのうち少なくとも1つが矢印2720で示されている。組立てモジュール2732は、太陽電池、例えばVMJ太陽電池を作製するために、1組のPV素子を収集することができ、高温のプロセスまたはステップによって諸PV素子のそれぞれを積み重ねることを可能にする。スタックは、決められた規格に対して太陽電池を完成する規格モジュール2734に移送され、例えば、スタックは、太陽電池を形成するスタックのPV素子の特定の結晶面の露出を可能にするためにソー加工される。このような処理は、太陽電池の中のPV素子またはユニットセルの結晶方位を求めることができる試験モジュール2760によって少なくとも部分的に容易にするかまたは可能にすることができ、このような割出しは、X線分光学、例えば回折スペクトルおよびロッキングカーブスペクトルによって確立することができる。
The photovoltaic elements can be supplied to a
品質を保証するかまたは仕様を満たすために、試験モジュール2760は、太陽電池製造の様々な段階で、プリカーサー材料または処理された材料を調査することができる。一例として、試験モジュール2760は、PV素子のパターニングされた誘電体コーティングの開口の密度がソーラーコンセントレータにおける予期された太陽光強度、または光子束に対して適切であるかどうか求めるために、このような密度を調査することができる。別の例として、試験モジュールは、メタライゼーションのために利用された材料またはプロセスが適切かどうか確証するために、金属層を有するPV素子の熱サイクルから発生し得る欠陥の密度を求めることができる。少なくともこのような目的のために、試験モジュール2760は、少数キャリアの寿命測定、X線分光学、走査電子顕微鏡検査、トンネル電子顕微鏡検査、トンネル走査顕微鏡検査、電子エネルギー損失分光法などを実施するかまたは可能にすることができる。試験モジュール2760によって実施される調査は、in situまたはex situであり得る。処理された材料のプリカーサーまたは例えば太陽電池であるデバイスのサンプルが、交換リンク2740および2750を介して試験モジュールに供給され得る。
To ensure quality or meet specifications, the
処理ユニット(図示せず)は、システム2700の動作に関連して、本明細書で説明された様々なプロセスの少なくとも一部分を制御するためのロジックを達成することができる。このような処理ユニット(図示せず)は、制御ロジックを達成するコード命令を実行するプロセッサを含むことができ、例えばプログラムモジュールまたは諸ソフトウェアアプリケーションといったコード命令は、プロセッサに機能的に結合されたメモリ(図示せず)に記憶することができる。
A processing unit (not shown) may achieve logic to control at least a portion of the various processes described herein in connection with the operation of
上記で説明されてきたことは、本発明の利点をもたらすシステムおよび方法の実施例を含んでいる。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法のあらゆる考えられる組合せを説明するのは不可能であるが、当業者なら、特許請求されている主題の多数のさらなる組合せおよび並べ換えが可能であることを理解することができる。さらに、用語「含む(include)」、「有する(has)」、「有する(possess)」などが、詳細な説明、特許請求の範囲、付表および図で用いられる限り、このような用語は、「備える(comprising)」が請求項で移行句(transitional word)として使用されたとき解釈されるように、用語「備える(comprising)」と同様に包括的であることが意図されている。 What has been described above includes examples of systems and methods that provide the advantages of the present invention. Of course, it is not possible to describe every possible combination of components or methods for purposes of describing the present invention, but those skilled in the art will be able to do many additional combinations and permutations of the claimed subject matter. I can understand that. Further, as long as the terms “include”, “has”, “possess” and the like are used in the detailed description, claims, appendix and figures, such terms are “ It is intended to be as inclusive as the term “comprising”, as “comprising” is construed when used in the claims as a transitional word.
Claims (44)
少なくとも1つの前記P型拡散ドーピング領域または前記N型拡散ドーピング領域上に堆積され、パターニングされた誘電体コーティングと、
前記複数の半導体ベースPV素子の素子間の境界面における金属層と
を備える光電池。 A monolithic stack of a plurality of semiconductor-based photovoltaic (PV) elements, wherein each element of the plurality of semiconductor-based PV elements includes at least one of a P-type diffusion doping region or an N-type diffusion doping region (Monolithic stack)
A dielectric coating deposited and patterned on at least one of the P-type diffusion doping region or the N-type diffusion doping region;
And a metal layer at a boundary surface between the plurality of semiconductor-based PV elements.
前記PV素子における第2拡散ドーピング層は、誘電材料の第2パターンでコーティングされる、請求項5の光電池。 The first diffusion doping layer in the PV device is coated with a first pattern of dielectric material;
6. The photovoltaic cell of claim 5, wherein the second diffusion doping layer in the PV device is coated with a second pattern of dielectric material.
誘電体コーティングを有する太陽光発電(PV:photovoltaic)素子の表面の組をパターニングすることと、
前記PV素子の前記パターニングされた表面の1つ以上の上にオーミックコンタクトを堆積することと、
オーミックコンタクトを有するパターニングされたPV素子の組を積層して、垂直多重接合(VMJ:vertical multi-junction)光電池を形成することと、
前記形成されたVMJ光電池を、PVデバイス内の配置を容易にするため、太陽光発電性能を最適化するため、またはそれらの組合せのために処理することと
を備える方法。 A method of manufacturing a photovoltaic cell with reduced recombination loss of photogenerated carriers, the method comprising:
Patterning a set of surfaces of a photovoltaic (PV) device having a dielectric coating;
Depositing ohmic contacts on one or more of the patterned surfaces of the PV element;
Stacking patterned PV device sets having ohmic contacts to form a vertical multi-junction (VMJ) photovoltaic cell;
Treating the formed VMJ photovoltaic cell to facilitate placement within a PV device, to optimize photovoltaic performance, or a combination thereof.
を更に備える請求項15の方法。 Using a patterned dielectric coating as a mask in the photovoltaic device to produce confined regions of diffusion doping;
16. The method of claim 15, further comprising:
前記PV素子の前記パターニングされた表面の1つ以上の上に金属コンタクトを堆積する手段と、
金属コンタクトを有するパターニングされたPV素子の組を積層して、垂直多重接合(VMJ:vertical multi-junction)光電池を形成する手段と、
前記形成されたVMJ光電池を、PVデバイス内の配置を容易にするため、太陽光発電性能を最適化するため、またはそれらの組合せのために処理する手段と
を備える装置。 Means for patterning a set of surfaces of a photovoltaic (PV) device having a dielectric coating;
Means for depositing metal contacts on one or more of the patterned surfaces of the PV element;
Means for stacking a set of patterned PV elements having metal contacts to form a vertical multi-junction (VMJ) photovoltaic cell;
Means for processing the formed VMJ photovoltaic cells to facilitate placement in a PV device, to optimize photovoltaic performance, or a combination thereof.
前記VMJのバルク(bulk)の再結合損失を緩和するためにテクスチャ加工された、光を受光するための前記VMJの表面と
を備える光電池。 A vertical multi junction (VMJ) photovoltaic cell comprising a plurality of integrally bonded cell units stacked along the stacking direction;
A photocell comprising: the VMJ surface for receiving light, textured to mitigate bulk recombination losses of the VMJ.
入射光を受光する前記VMJのテクスチャ加工された表面によって、前記VMJ電池におけるバルク(bulk)の損失を緩和することと
備えるVMJの製造方法。 Integrating and bonding a plurality of active layers to form a VMJ battery;
A method of manufacturing a VMJ comprising: mitigating bulk loss in the VMJ battery by a textured surface of the VMJ that receives incident light.
を更に備える請求項29の方法。 30. The method of claim 29, further comprising refracting incident light at a plane parallel to the PN junction of the VMJ cell.
前記光電池についてのバルク(bulk)の結合損失を緩和する手段と
を備える光電池。 Means for improving the spectral response to wavelength in a photovoltaic cell;
Means for mitigating bulk coupling losses for the photovoltaic cell.
前記VMJ光電池に対して誘起された応力および歪みの少なくとも1つから、前記複数の層を保護するバッファゾーン(buffer zone)と
を備える光電池。 A vertical multi junction (VMJ) photovoltaic cell comprising a plurality of integrally bonded cell units, each having a plurality of layers forming a PN junction;
A photovoltaic cell comprising: a buffer zone that protects the plurality of layers from at least one of stress and strain induced on the VMJ photovoltaic cell.
前記活性層を、バッファゾーンを介して、VMJ電池に対して誘起される応力、せん断、モーメント、およびねじりの少なくとも1つから保護することと
を備える、VMJ電池の活性層を保護する方法。 Forming a VMJ battery by integrally bonding a plurality of active layers;
Protecting the active layer of the VMJ cell through at least one of stress, shear, moment and torsion induced to the VMJ cell via the buffer zone.
を更に備える請求項35の方法。 36. The method of claim 35, further comprising forming a buffer zone having a substantially low resistivity as part of an end layer of the VMJ cell.
を更に備える請求項35の方法。 36. The method of claim 35, further comprising incorporating ohmic contacts between outer layers of the unit cell.
前記VMJ光電池に対して誘起された応力または歪みから複数の活性層(active layer)を保護する手段と
を備える光電池。 Means for forming a PN junction in a vertical multi junction (VMJ) photovoltaic cell;
Means for protecting a plurality of active layers from stress or strain induced on the VMJ photovoltaic cell.
前記VMJ光電池によって生成された電流を受ける電解液と
を備え、前記電流が電解液を分解する、電解システム。 A vertical multi junction (VMJ) photovoltaic cell comprising a plurality of integrally bonded cell units, each having a plurality of layers forming a PN junction;
An electrolytic solution that receives an electric current generated by the VMJ photovoltaic cell, wherein the electric current decomposes the electrolytic solution.
前記VMJ電池から、電解液を電解するための電流を生成することと
を備える、電解液を電解する方法。 Integrating and bonding a plurality of active layers to form a VMJ battery;
Generating an electric current for electrolyzing the electrolytic solution from the VMJ battery.
を更に備える請求項41の方法。 42. The method of claim 41, further comprising cooling the VMJ battery with a thermal conditioning assembly.
を更に備える請求項41の方法。 42. The method of claim 41, further comprising forming a plurality of anodes and cathodes on a surface of the VMJ cell.
前記分解手段を冷却する手段と
を備える電解システム。 Decomposition means for decomposing the electrolyte solution by incident light;
An electrolysis system comprising: means for cooling the decomposition means.
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TWI420782B (en) * | 2010-12-06 | 2013-12-21 | Mh Solar Co Ltd | A electronic device with self power generation |
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CN102437208B (en) * | 2011-12-08 | 2013-11-20 | 上海太阳能电池研究与发展中心 | Mechanically assembled solar cell |
TWI506801B (en) * | 2011-12-09 | 2015-11-01 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | Solar battery |
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CN103165742B (en) * | 2011-12-16 | 2016-06-08 | 清华大学 | The preparation method of solar cell |
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CN103178137B (en) * | 2011-12-22 | 2016-04-13 | 清华大学 | Solar battery group |
RU2487437C1 (en) * | 2012-02-02 | 2013-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский Электротехнический институт им. В.И. Ленина" (ФГУП ВЭИ) | Photoelectronic element |
DE102012205258A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-02 | Evonik Industries Ag | Photoelectrochemical cell, system and method for light-driven generation of hydrogen and oxygen with a photo-electrochemical cell and method for producing the photo-electrochemical cell |
WO2014100707A1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-06-26 | The Trustees Of Boston College | Methods and systems for controlling phonon-scattering |
TWI513017B (en) * | 2013-06-28 | 2015-12-11 | Mh Gopower Company Ltd | Solar cell having a passivation layer and method of manufacturing the same |
TWI513018B (en) * | 2013-06-28 | 2015-12-11 | Mh Gopower Company Ltd | Solar cell having an anti-reflective layer and method of manufacturing the same |
US9786800B2 (en) * | 2013-10-15 | 2017-10-10 | Solarworld Americas Inc. | Solar cell contact structure |
CN106328643A (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-11 | 美环能股份有限公司 | Energy conversion device and power transistor module using the same |
US10553736B2 (en) * | 2015-07-01 | 2020-02-04 | Mh Go Power Company Limited | Photovoltaic power converter receiver |
CN105261659A (en) * | 2015-11-12 | 2016-01-20 | 天津三安光电有限公司 | Solar cell and manufacturing method thereof |
US11431280B2 (en) * | 2019-08-06 | 2022-08-30 | Tesla, Inc. | System and method for improving color appearance of solar roofs |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0595125A (en) * | 1991-10-01 | 1993-04-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Photoelectric conversion element |
JP2002170980A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Rasa Ind Ltd | Photoelectric cell for electrolysis of aqueous solution |
JP2003124481A (en) * | 2001-10-11 | 2003-04-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solar battery |
WO2007144944A1 (en) * | 2006-06-14 | 2007-12-21 | Kyosemi Corporation | Rod-type semiconductor device |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4332973A (en) * | 1974-11-08 | 1982-06-01 | Sater Bernard L | High intensity solar cell |
US4516314A (en) * | 1974-11-08 | 1985-05-14 | Sater Bernard L | Method of making a high intensity solar cell |
US4082570A (en) * | 1976-02-09 | 1978-04-04 | Semicon, Inc. | High intensity solar energy converter |
US4193081A (en) * | 1978-03-24 | 1980-03-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Means for effecting cooling within elements for a solar cell array |
US4996577A (en) * | 1984-01-23 | 1991-02-26 | International Rectifier Corporation | Photovoltaic isolator and process of manufacture thereof |
US4634641A (en) * | 1985-07-03 | 1987-01-06 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Superlattice photoelectrodes for photoelectrochemical cells |
JP2784841B2 (en) * | 1990-08-09 | 1998-08-06 | キヤノン株式会社 | Substrates for solar cells |
US5261969A (en) * | 1992-04-14 | 1993-11-16 | The Boeing Company | Monolithic voltage-matched tandem photovoltaic cell and method for making same |
US5266125A (en) * | 1992-05-12 | 1993-11-30 | Astropower, Inc. | Interconnected silicon film solar cell array |
JP3152328B2 (en) * | 1994-03-22 | 2001-04-03 | キヤノン株式会社 | Polycrystalline silicon device |
JPH08125210A (en) * | 1994-10-24 | 1996-05-17 | Jiyousuke Nakada | Photodetector, photodetector array, and electrolysis device using them |
JP2762993B2 (en) * | 1996-11-19 | 1998-06-11 | 日本電気株式会社 | Light emitting device and method of manufacturing the same |
DE69818449T2 (en) * | 1998-01-23 | 2004-07-08 | Nakata, Josuke, Joyo | DEVICE FOR OPTICAL ELECTROLYSIS |
US6611085B1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-08-26 | Sandia Corporation | Photonically engineered incandescent emitter |
RU2210142C1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр завода "Красное знамя" | Solar cell manufacturing process |
CN1177375C (en) * | 2003-01-14 | 2004-11-24 | 河北科技大学 | Solar energy conversion photocell with multi-junction and poles joined |
US7812249B2 (en) * | 2003-04-14 | 2010-10-12 | The Boeing Company | Multijunction photovoltaic cell grown on high-miscut-angle substrate |
US7718888B2 (en) * | 2005-12-30 | 2010-05-18 | Sunpower Corporation | Solar cell having polymer heterojunction contacts |
CN100463231C (en) * | 2007-07-13 | 2009-02-18 | 南京大学 | Setup method for indium-gallium-nitride p-n node type multi-node solar battery structure |
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Patent Citations (4)
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---|---|---|---|---|
JPH0595125A (en) * | 1991-10-01 | 1993-04-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Photoelectric conversion element |
JP2002170980A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Rasa Ind Ltd | Photoelectric cell for electrolysis of aqueous solution |
JP2003124481A (en) * | 2001-10-11 | 2003-04-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solar battery |
WO2007144944A1 (en) * | 2006-06-14 | 2007-12-21 | Kyosemi Corporation | Rod-type semiconductor device |
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