RU2472251C2 - Photoelectric cells with treated surfaces and use thereof - Google Patents
Photoelectric cells with treated surfaces and use thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472251C2 RU2472251C2 RU2011109164/28A RU2011109164A RU2472251C2 RU 2472251 C2 RU2472251 C2 RU 2472251C2 RU 2011109164/28 A RU2011109164/28 A RU 2011109164/28A RU 2011109164 A RU2011109164 A RU 2011109164A RU 2472251 C2 RU2472251 C2 RU 2472251C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vmj
- elements
- photovoltaic
- structured
- photovoltaic cell
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 119
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 113
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 99
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 77
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims abstract description 63
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 78
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 60
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 51
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 44
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 31
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 165
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 51
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 49
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 46
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 23
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 23
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 19
- 238000013461 design Methods 0.000 description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 16
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 description 13
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 description 12
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 10
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 8
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 6
- 229940021013 electrolyte solution Drugs 0.000 description 6
- 229910000743 fusible alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 4
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 229910021422 solar-grade silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005430 electron energy loss spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- -1 hydrogen cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical group 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 231100000817 safety factor Toxicity 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004574 scanning tunneling microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/047—PV cell arrays including PV cells having multiple vertical junctions or multiple V-groove junctions formed in a semiconductor substrate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications
Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США с серийным номером 61/089,389, поданной 15 августа 2008 года и озаглавленной «СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СО СТРУКТУРИРОВАННЫМИ КОНТАКТАМИ», которая испрашивает приоритет по заявке на патент США с серийным номером 12/535,952, озаглавленной «ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ С ТЕКСТУРИРОВАННЫМИ КОНТАКТАМИ», поданной 5 августа 2009 года; по заявке на патент США с серийным номером 12/536,982, поданной 6 августа 2009 года, озаглавленной «МНОГОПЕРЕХОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ С ТЕКСТУРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ», которая испрашивает приоритет по предварительной заявке США с серийным номером 61/088,921, поданной 14 августа 2008 года, озаглавленной «МНОГОПЕРЕХОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ С ТЕКСТУРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ»; по заявке на патент США с серийным номером 12/536,987, поданной 6 августа 2009 года, озаглавленной «ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ С БУФЕРНОЙ ЗОНОЙ», которая испрашивает приоритет по предварительной заявке США с серийным номером 61/088,936, поданной 14 августа 2008 года, озаглавленной «СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С БУФЕРНОЙ ЗОНОЙ»; и по заявке на патент США с серийным номером 12/536,992, поданной 6 августа 2009 года, озаглавленной «ЭЛЕКТРОЛИЗ ПОСРЕДСТВОМ МНОГОПЕРЕХОДНОГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ», которая испрашивает приоритет по предварительной заявке США с серийным номером 61/092,531, поданной 28 августа 2008 года, озаглавленной «ЭЛЕКТРОЛИЗ ПОСРЕДСТВОМ МНОГОПЕРЕХОДНОГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ». Содержание вышеуказанных заявок в полном объеме включено сюда в качестве ссылки.This application claims priority for a provisional US application with serial number 61 / 089,389, filed August 15, 2008 and entitled "SUNNY ELEMENT WITH STRUCTURED CONTACTS", which claims priority for a US patent application with serial number 12 / 535,952, entitled "PHOTOELECTRIC TEXTURED CONTACTS ”, filed August 5, 2009; U.S. Patent Application Serial Number 12 / 536,982, filed August 6, 2009, entitled "MULTI-TRANSITION ELEMENT WITH VERTICAL TRANSITIONS WITH A TEXTURED SURFACE," which claims priority for provisional US application Serial Number 61 / 088,921, filed August 14, 2008, entitled “MULTI-TRANSITION ELEMENT WITH VERTICAL TRANSITIONS WITH A TEXTURED SURFACE”; US Patent Application Serial Number 12 / 536,987, filed August 6, 2009, entitled “PHOTOELECTRIC ELEMENT WITH BUFFER ZONE”, which claims priority on US provisional application Serial Number 61 / 088,936, filed August 14, 2008, entitled “SUNNY” ELEMENT WITH BUFFER ZONE ”; and U.S. Patent Application Serial Number 12 / 536,992, filed August 6, 2009, entitled "ELECTROLYZES BY MULTI-TRANSITION PHOTO-ELECTRIC ELEMENTS WITH VERTICAL TRANSITIONS," which claims priority for a provisional US application with serial number 61 / 092,531 2008 entitled “ELECTROLYSIS BY MEANS OF MULTI-TRANSITION PHOTOELECTRIC CELL WITH VERTICAL TRANSITIONS”. The contents of the above applications in full are hereby incorporated by reference.
Уровень техникиState of the art
Ограниченная поставка и увеличивающаяся потребность в ископаемом топливе и связанный с этим урон окружающей среде глобального масштаба привели к всеобщим попыткам разнообразить источники используемой энергии и связанные с этим технологии. Одним из таких источников является солнечная энергия, которая задействует фотоэлектрическую (ФЭ) технологию для преобразования света в электричество. Кроме того, солнечная энергия может быть использована для генерации тепла (например, в солнечных печах, парогенераторах и им подобном). Солнечная технология обычно осуществляется с помощью ряда ФЭ элементов или солнечных элементов, или их панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют солнечный свет в электричество, которое может быть далее передано в электроэнергетическую систему. Значительный прогресс был достигнут в области разработки и производства панелей солнечных элементов, что позволило эффективно увеличить эффективность при уменьшении стоимости их производства. С разработкой более высокоэффективных солнечных элементов размер элементов уменьшается, что ведет к увеличению целесообразности использования панелей солнечных элементов для обеспечения конкурентоспособной основанной на возобновляемой энергии замены истощающимся и высоковостребованным не возобновляемым ресурсам. С этой целью системы для сбора солнечной энергии, такие как концентратор солнечной энергии, могут быть развернуты для преобразования солнечной энергии в электричество, которое может быть передано в электрические сети, и также для сбора тепла. Кроме развития технологии концентраторов солнечной энергии, преследовалась цель улучшения солнечных элементов, направленного на их использование в концентраторах солнечной энергии.The limited supply and increasing demand for fossil fuels and the resulting environmental damage on a global scale have led to universal efforts to diversify the sources of energy used and related technologies. One such source is solar energy, which utilizes photovoltaic (PV) technology to convert light into electricity. In addition, solar energy can be used to generate heat (for example, in solar furnaces, steam generators and the like). Solar technology is usually carried out using a series of PV elements or solar cells, or their panels, which absorb sunlight and convert sunlight into electricity, which can then be transferred to the electric power system. Significant progress has been made in the development and production of solar cell panels, which has effectively increased efficiency while reducing the cost of their production. With the development of more highly efficient solar cells, the size of the cells decreases, which leads to an increase in the feasibility of using solar cell panels to provide competitive renewable energy-based replacements for depleted and highly demanded non-renewable resources. To this end, systems for collecting solar energy, such as a solar energy concentrator, can be deployed to convert solar energy into electricity, which can be transferred to electrical networks, and also to collect heat. In addition to the development of technology for solar energy concentrators, the aim was to improve solar cells aimed at their use in solar energy concentrators.
Технология солнечных элементов для преобразования высокоинтенсивного излучения, называемых многопереходными (VMJ) солнечными элементами, представляет собой интегрально связанную последовательно соединенную структуру миниатюрных отдельных элементов с вертикальными переходами, которая освещается с краев, с электрическими контактами на концах. Специфическая конструкция VMJ элемента может, по сути, предоставить выходные характеристики высокого напряжения и малого последовательного сопротивления, делая его идеально подходящим для высокой производительности в фотоэлектрических концентраторах высокоинтенсивного излучения. Другой ключевой особенностью VMJ элемента является простота его конструкции, что приводит к низкой стоимости производства.The technology of solar cells for converting high-intensity radiation, called multi-junction (VMJ) solar cells, is an integrally connected series-connected structure of miniature individual cells with vertical transitions, which is illuminated from the edges, with electrical contacts at the ends. The specific design of the VMJ cell can, in essence, provide the output characteristics of high voltage and low series resistance, making it ideal for high performance in high-intensity photoelectric concentrators. Another key feature of the VMJ element is the simplicity of its design, which leads to low production costs.
Эффективность VMJ может быть подтверждена на основании рабочей характеристики, снятой с экспериментального VMJ элемента с 40 последовательными переходами в интервале от 100 до 2500 интенсивностей солнечного излучения, в которой плотность выходной мощности превышает 400000 ватт/м2 при 25 вольтах с эффективностью, близкой к 20%. Следует оценить, что вышеупомянутая производительность в VMJ солнечных элементах получена при низкой стоимости производства и низкой степени сложности производства. Считается, что эти аспекты являются необходимыми путями достижения реальной технической производительности и экономической эффективности, необходимых для того, чтобы сделать системы фотоэлектрического концентратора более эффективными с точки зрения стоимости и жизнеспособными в плане решения глобальных энергетических проблем. Кроме того, любое увеличение производительности элемента (например, больше ватт на выходе) должно напрямую привести к уменьшению размера системы концентратора (например, меньшие затраты, связанные со списком используемых материалов), что приведет к меньшей стоимости $/ватт фотоэлектрической энергии.The effectiveness of the VMJ can be confirmed on the basis of the performance data taken from the experimental VMJ element with 40 consecutive transitions in the range from 100 to 2500 solar radiation intensities, in which the output power density exceeds 400,000 watts / m 2 at 25 volts with an efficiency close to 20% . It should be appreciated that the aforementioned performance in VMJ solar cells was obtained at a low production cost and low degree of production complexity. It is believed that these aspects are necessary ways to achieve real technical productivity and economic efficiency, necessary in order to make photovoltaic concentrator systems more cost-effective and viable in solving global energy problems. In addition, any increase in cell performance (for example, more watts at the output) should directly lead to a reduction in the size of the hub system (for example, lower costs associated with the list of materials used), which will lead to a lower cost of $ / watts of photovoltaic energy.
Следует отметить, что более низкая стоимость $/ватт очень существенна для принятия и внедрения на рынок технологии солнечных элементов, так как мировые потребности в энергии постоянно увеличиваются не только в развивающихся, но также и в развитых странах, в то время как цены на традиционное ископаемое топливо растут. Также имеет место широко распространенное усиление беспокойства в связи со всеми связанными проблемами, такими как загрязнение окружающей среды, глобальное потепление, и национальная безопасность, и экономические опасности, связанные с зависимостью от заграничных поставщиков топлива. Эти факторы окружающей среды, экономические факторы и факторы безопасности вкупе с растущим вниманием общественности обеспечивают повышенный интерес к нахождению более эффективных с точки зрения стоимости и безопасных для окружающей среды решений, связанных с возобновляемой энергией. Из всех доступных источников возобновляемой энергии солнечная энергия имеет наибольший потенциал в удовлетворении потребности в эффективности и экологической безопасности. Фактически Земля получает больше энергии в виде солнечного света в каждые несколько минут, чем человечество может потребить из всех ресурсов за целый год.It should be noted that a lower cost of $ / watt is very essential for the adoption and introduction of solar cell technology on the market, as world energy requirements are constantly increasing not only in developing, but also in developed countries, while prices for traditional minerals fuel is growing. There is also widespread widespread concern over all related issues, such as environmental pollution, global warming, and national security, and the economic dangers associated with dependence on foreign fuel suppliers. These environmental, economic, and safety factors, coupled with growing public attention, have increased interest in finding more cost-effective and environmentally friendly renewable energy solutions. Of all the available renewable energy sources, solar energy has the greatest potential in meeting the need for efficiency and environmental safety. In fact, the Earth receives more energy in the form of sunlight every few minutes than humanity can consume from all resources in a whole year.
Хотя фотоэлектрическая энергия широко известна как идеальная технология, связанная с возобновляемой энергией, связанные с ней затраты могут быть основной преградой принятию и внедрению на рынок. До получения доли рынка и принятия основанная на фотоэлектричестве энергия должна стать конкурентоспособной с точки зрения цены с традиционными источниками энергии, включая энергию на основе сжигания угля, технология производства которой хорошо развита и которая принята среди потребителей и имеет хорошую эффективность с точки зрения стоимости. Более того, доступ к дешевой электрической энергии считается определяющим фактором в глобальной экономике; таким образом, тераватты (например, тысячи гигаватт) мощности систем на основе фотоэлектрической энергии могут потребоваться. Изучение рынка показывает, что установленные системы на основе фотоэлектрической энергии должны снизить ориентировочную цену до 3 $/ватт или менее, до того как они станут конкурентоспособными без субсидий в широкомасштабной области применения. Так как стоимость для установленных систем на основе фотоэлектричества в данный момент превышает 6 $/ватт, все еще необходимо существенное улучшение с точки зрения стоимости.Although photovoltaic is widely known as an ideal renewable energy technology, the associated costs can be a major barrier to adoption and market adoption. Prior to gaining market share and adoption, photovoltaic-based energy should become competitive in terms of price with conventional energy sources, including coal-based energy, whose production technology is well developed and accepted among consumers and has good cost-effectiveness. Moreover, access to cheap electric energy is considered a determining factor in the global economy; therefore, terawatts (for example, thousands of gigawatts) of power from photovoltaic systems may be required. Market research shows that installed systems based on photovoltaic energy should lower the estimated price to $ 3 / watt or less before they become competitive without subsidies in a wide area of application. Since the cost for installed photovoltaic systems currently exceeds $ 6 / watt, a significant improvement in terms of cost is still needed.
Попытка получить меньшую характеристику $/ватт была основной целью большего числа исследований и улучшений в фотоэлектрической технологии в течение последних нескольких десятилетий. Несмотря на то что промышленность тратит миллиарды долларов, разрабатывая различные технологии с целью получения более эффективной с точки зрения стоимости фотоэлектрической энергии, существующая фотоэлектрическая промышленность все еще требует значительных субсидий для поддержки объема продаж, что может являться индикатором вредных условий для развития рынка и развития промышленности.Trying to get a lower $ / watt characteristic has been the primary goal of more research and improvement in photovoltaic technology over the past few decades. Despite the fact that industry spends billions of dollars developing various technologies in order to obtain more cost-effective photovoltaic energy, the existing photovoltaic industry still requires significant subsidies to support sales, which can be an indicator of the adverse conditions for market development and industrial development.
В настоящее время кремниевые солнечные элементы, которые остаются практически такими же, как во время их первоначального открытия и разработки в 1960-х, преобладают, составляя ~93% фотоэлектрического рынка. Существующая фотоэлектрическая промышленность в попытке снизить стоимость в основном положилась на пригодность дешевого полупроводникового кремния низкого качества для производства традиционных солнечных элементов. Следует отметить, что такой кремний низкого качества, часто называемый кремнием солнечного качества, в основном является головными и задними частями слитков, оставшимися после производства пластин, и материалом, не отвечающим техническим требованиям, отбракованным производителями полупроводниковых устройств, которым необходимы более качественные кремниевые пластины высшего качества. Хотя фотоэлектрические продажи быстро увеличились, вырастая ~ на 40% ежегодно в течение последнего десятилетия с объемом производства, оцененным в 3,8 гигаватт (ГВт) в 2007 году, продажи сейчас затруднены в связи с нехваткой и более высокими ценами на кремний солнечного качества. Хотя кремний высшего качества и доступен, он не рассматривается как вариант, так как он увеличит уровень стоимости производства.Silicon solar cells, which remain almost the same as during their initial discovery and development in the 1960s, currently dominate, accounting for ~ 93% of the photovoltaic market. The existing photovoltaic industry, in an attempt to reduce cost, relied heavily on the suitability of low-cost low-quality silicon semiconductor for the production of traditional solar cells. It should be noted that such low-quality silicon, often called solar-grade silicon, is mainly the head and back parts of the ingots left after the wafer production, and the material that does not meet the technical requirements rejected by the manufacturers of semiconductor devices that need higher-quality silicon wafers of the highest quality . Although photovoltaic sales have grown rapidly, growing ~ 40% annually over the past decade, with production estimated at 3.8 gigawatts (GW) in 2007, sales are now hampered by shortages and higher prices for solar-grade silicon. Although superior quality silicon is available, it is not considered an option, as it will increase the level of production cost.
Для обычных традиционных солнечных элементов более половины стоимости производства составляет необработанный полупроводниковый поликремний, используемый для производства пластин для солнечных элементов. В результате, обычный солнечный элемент с эффективностью 14% рассчитан на 0,014 Вт/см2 и имеет стоимость кремниевой пластины более 3 $/ватт (или 0,042 $/см2) до какого-либо дополнительного производственного процесса. Следовательно, существующая фотоэлектрическая промышленность вынуждена обратить внимание и принимать решение относительно того факта, что только начальная стоимость кремниевого материала уже превышает ориентировочную цену, которая нужна предприятиям для реализации в более крупном масштабе. Для сравнения, полупроводниковые производители, изготовляющие микропроцессорные чипы, которые продаются по цене более 100 $/см2, исходя из оценки по площади, могут себе позволить затраты, связанные с использованием кремниевых пластин высшего качества.For conventional conventional solar cells, more than half the cost of production is the raw semiconductor polysilicon used to produce wafers for solar cells. As a result, a conventional solar cell with an efficiency of 14% is designed for 0.014 W / cm 2 and has a silicon wafer cost of more than $ 3 / watt (or $ 0.042 / cm 2 ) before any additional manufacturing process. Consequently, the existing photovoltaic industry is forced to pay attention and make a decision regarding the fact that only the initial cost of silicon material already exceeds the estimated price that enterprises need to sell on a larger scale. For comparison, semiconductor manufacturers manufacturing microprocessor chips, which are sold at a price of more than $ 100 / cm 2 , based on an area estimate, can afford the costs associated with using superior quality silicon wafers.
Нехватка кремния солнечного качества и неспособность фотоэлектрической промышленности достичь важной ориентировочной цены, вкупе с пришествием новых более эффективных солнечных элементов с тремя переходами, недавно вызвало значительный возобновившийся интерес к фотоэлектрическим концентраторам. Очевидным преимуществом фотоэлектрических концентраторов является потенциальная выгода в цене, получающаяся из-за использования больших площадей недорогих материалов (стеклянных зеркальных отражателей или пластиковых линз), чтобы сконцентрировать солнечный свет на значительно меньших площадях дорогих солнечных элементов, таким образом, используя дешевые материалы в качестве замены для дорогих материалов. Разработка конструкции фотоэлектрических концентраторов для 1000-кратной интенсивности солнечного излучения значительно уменьшит потребность в дорогом полупроводниковом кремнии на ~99,9%, что VMJ элементы на 1000 МВт могут использовать такое же количество дорогого полупроводникового кремния, которое в настоящее время нужно для традиционных солнечных элементов на 1 МВт. Фактически это считается практичным подходом для смягчения любых проблем, связанных с нехваткой кремния.The shortage of solar-grade silicon and the inability of the photovoltaic industry to reach an important estimated price, coupled with the advent of new, more efficient three-junction solar cells, has recently sparked significant renewed interest in photovoltaic concentrators. The obvious advantage of photovoltaic concentrators is the potential price advantage resulting from the use of large areas of inexpensive materials (glass reflectors or plastic lenses) to concentrate sunlight on much smaller areas of expensive solar cells, thus using cheap materials as a replacement for expensive materials. Development of the design of photovoltaic concentrators for 1000 times the intensity of solar radiation will significantly reduce the need for expensive semiconductor silicon by ~ 99.9%, that VMJ 1000 MW cells can use the same amount of expensive semiconductor silicon that is currently needed for traditional solar cells on 1 MW. In fact, this is considered a practical approach to mitigate any problems associated with a lack of silicon.
Основная работа над солнечными концентраторами главным образом была сосредоточена на улучшении конструкций солнечных элементов кремниевых концентраторов для высокой интенсивности; много существенной работы было проделано в период энергетического кризиса 1970-х, которая в тот период времени продемонстрировала скромные неудовлетворительные результаты относительно затрат. Были проведены исследования и улучшения, первоначально нацеленные на солнечные элементы для систем концентратора для работы при 500 интенсивностях солнечного излучения; тем не менее, цель была снижена до 250 интенсивностей солнечного излучения, когда столкнулись с неразрешимыми проблемами улучшения, связанными с попыткой решить проблему последовательного соединения в конструкции исследуемого солнечного элемента. Например, высокие потери последовательного соединения в солнечных элементах концентратора стали очевидной основной проблемой, которую технология традиционного VMJ солнечного элемента приняла во внимание и решила. Следует отметить, что значительная часть солнечных элементов, разработанных для технологии концентратора, является довольно сложной и дорогой с точки зрения производства, с 6 или 7 высокотемпературными этапами (>1000°С) и 6 или 7 этапами фотолитографического маскирования. Эта сложность относится к попыткам на уровне конструкции минимизировать потери последовательного соединения, которые изначально ограничивали работу при максимальной интенсивности, в лучших из этих конструкций, равной не более 250 интенсивностей солнечного излучения. Такая сложность и связанные с ней затраты препятствовали значительному развитию технологии концентратора и связанной с ней технологии солнечных элементов и способствовали развитию альтернативных технологий, таких как технология тонкопленочных солнечных элементов.The main work on solar concentrators was mainly focused on improving the designs of solar cells of silicon concentrators for high intensity; a lot of significant work was done during the energy crisis of the 1970s, which at that time showed modest unsatisfactory results regarding costs. Research and improvement has been carried out, initially targeting solar cells for concentrator systems to operate at 500 solar intensities; Nevertheless, the goal was reduced to 250 solar radiation intensities when faced with insoluble improvement problems associated with an attempt to solve the problem of series connection in the design of the solar cell under study. For example, the high series losses in the solar cells of the concentrator became an obvious main problem that the technology of the traditional VMJ solar cell took into account and solved. It should be noted that a significant part of the solar cells developed for the technology of the concentrator is rather complicated and expensive in terms of production, with 6 or 7 high-temperature stages (> 1000 ° C) and 6 or 7 stages of photolithographic masking. This complexity refers to attempts at the design level to minimize losses of series connection, which initially limited operation at maximum intensity, in the best of these structures, equal to no more than 250 solar radiation intensities. Such complexity and associated costs hindered the significant development of hub technology and related solar cell technology and contributed to the development of alternative technologies such as thin-film solar cell technology.
Технология многопереходных (VMJ) солнечных элементов с вертикальными переходами существенно отличается от традиционных солнечных элементов концентратора. Технология VMJ солнечных элементов обеспечивает, по меньшей мере, два преимущества относительно других технологий: (1) она не требует фотолитографии, и (2) один этап высокотемпературной диффузии, при температурах более 1000°С, может быть применен для формирования обоих переходов. Следовательно, задается меньшая стоимость производства. Кроме того, VMJ солнечные элементы могут работать при высоких интенсивностях, например, работать при 2500 интенсивностях солнечного излучения. Сразу понятно из таких условий работы, что сопротивление последовательного соединения не является проблемой для конструкции VMJ элемента; даже при интенсивностях с порядком величины, большей традиционно предлагаемой из соображений целесообразности, она не была жизнеспособна с точки зрения экономики. Также плотность тока в отдельном VMJ элементе при 2500 интенсивностях солнечного излучения обычно порядка 70А/см2, что составляет уровень излучения, который может причинить существенный ущерб большинству солнечных элементов, основанных на других технологиях.The technology of multi-junction (VMJ) solar cells with vertical transitions is significantly different from traditional solar cells of the concentrator. VMJ technology of solar cells provides at least two advantages relative to other technologies: (1) it does not require photolithography, and (2) one stage of high-temperature diffusion, at temperatures above 1000 ° C, can be used to form both transitions. Therefore, a lower production cost is set. In addition, VMJ solar cells can operate at high intensities, for example, at 2500 intensities of solar radiation. It is immediately clear from such operating conditions that the resistance of the series connection is not a problem for the design of the VMJ element; even at intensities with an order of magnitude greater than traditionally proposed for reasons of expediency, it was not viable from the point of view of the economy. Also, the current density in a single VMJ cell at 2500 solar radiation intensities is usually about 70 A / cm 2 , which is the level of radiation that can cause significant damage to most solar cells based on other technologies.
Как указано выше, возобновленный интерес к фотоэлектрическим концентраторам разрастается в связи с разработкой солнечных элементов с тремя переходами, изготовленных с использованием материалов III-V групп, включающих галлий (Ga), фосфор (P), арсенид (As), индий (In) и германий (Ge). Элемент с тремя переходами может задействовать от 20 до 30 различных полупроводниковых слоев, соединенных последовательно над пластиной из германия: легированные слои GaInP2 и GaAs, выращенные в реакторе для химического осаждения из паров металлоорганических соединений (MOCVD), где каждый полупроводник будет иметь характерную ширину запрещенной энергетической зоны, что приведет к тому, что он будет поглощать солнечный свет наиболее эффективно при определенном цвете. Полупроводниковые слои выбираются аккуратно с целью поглощения практически всего спектра солнечного излучения, таким образом, генерируя столько электричества из света, сколько возможно. Эти многопереходные устройства являются наиболее эффективными солнечными элементами на сегодняшний день, достигая высокой отметки в 40,7% эффективности при умеренной концентрации солнечного света и лабораторных условиях. Но, так как они дорогие с точки зрения производства, необходимо их использование в фотоэлектрических концентраторах.As indicated above, renewed interest in photovoltaic concentrators is growing due to the development of solar cells with three transitions made using materials of groups III-V, including gallium (Ga), phosphorus (P), arsenide (As), indium (In) and germanium (Ge). An element with three transitions can involve from 20 to 30 different semiconductor layers connected in series over a germanium wafer: doped GaInP 2 and GaAs layers grown in a reactor for chemical vapor deposition of organometallic compounds (MOCVD), where each semiconductor will have a characteristic forbidden width energy zone, which will lead to the fact that it will absorb sunlight most effectively with a certain color. The semiconductor layers are carefully selected to absorb almost the entire spectrum of solar radiation, thus generating as much electricity from the light as possible. These multi-junction devices are the most efficient solar cells to date, reaching a high of 40.7% efficiency with moderate sunlight concentration and laboratory conditions. But, since they are expensive in terms of production, their use in photovoltaic concentrators is necessary.
Тем не менее, потребность в материалах и стоимость материалов солнечных элементов III-V групп быстро увеличивается. Например, за 12 месяцев (12/2006-12/2007) стоимость чистого галлия увеличилась с порядка $350 за кг до $680 за кг, а цены на германий значительно увеличились до $1000-$1200 за кг. Цена на индий, которая была равна $94 за кг в 2002, увеличилась до практически $1000 за кг в 2007. Кроме того, потребность в индии по прогнозам продолжит увеличиваться в связи с большим объемом производства тонкопленных (CuInGaSe) солнечных элементов, начатым несколькими новыми компаниями в 2007 году. Более того, индий является редким элементом, который широко используется для формирования прозрачного электрического покрытия в виде оксида индия и олова для жидкокристаллических дисплеев и больших мониторов с плоской панелью. Фактически эти материалы оказываются нежизнеспособны с точки зрения долгосрочных фотоэлектрических (ФЭ) решений, необходимых для предоставления тераватт дешевой энергии в решении глобальных энергетических проблем.Nevertheless, the need for materials and the cost of materials of solar cells of groups III-V are rapidly increasing. For example, over 12 months (12 / 2006-12 / 2007), the cost of pure gallium increased from about $ 350 per kg to $ 680 per kg, and prices for germanium increased significantly to $ 1000- $ 1200 per kg. The price of indium, which was $ 94 per kg in 2002, increased to almost $ 1,000 per kg in 2007. In addition, demand for India is projected to continue to increase due to the large volume of production of thin-walled (CuInGaSe) solar cells launched by several new companies in 2007 year. Moreover, indium is a rare element that is widely used to form a transparent electric coating in the form of indium and tin oxide for liquid crystal displays and large flat panel monitors. In fact, these materials are not viable in terms of long-term photovoltaic (PV) solutions needed to provide terawatts of cheap energy to solve global energy problems.
При том, что полупроводниковые солнечные элементы III-V групп с площадью 0,26685 см2 могут генерировать энергию, равную 2,6 ваттам или порядка 10 Вт/см2, и было предварительно оценено, что такая технология может в итоге производить электричество по цене 8-10 центов/кВт·ч, практически равной цене за электричество от традиционных источников, дальнейший анализ может потребоваться для подтверждения такой оценки. Тем не менее, VMJ солнечные элементы продемонстрировали выходную мощность, превышающую 40 Вт/см2 при 2500 интенсивностях солнечного излучения с использованием наименее дорогого полупроводникового материала с низкой стоимостью производства. (Эта выходная мощность превышает 400000 Вт/м2.) Наряду с комплексом ФЭ технологий, основанных на улучшенных материалах, технология солнечных элементов на основе Si остается в целом преобладающей в фотоэлектрических элементах и областях применения. Более того, в случае возникновения глобальной потребности, кремний является единственным полупроводниковым материалом с существующей промышленной базой, которая будет способна предоставить тераватты фотоэлектрической энергии в обозримом будущем для широкого глобального применения.Despite the fact that semiconductor solar cells of III-V groups with an area of 0.26685 cm 2 can generate energy equal to 2.6 watts or about 10 W / cm 2 , and it was previously estimated that such a technology can ultimately produce electricity at a price 8-10 cents / kWh, almost equal to the price of electricity from traditional sources, further analysis may be required to confirm this estimate. However, VMJ solar cells have demonstrated an output power exceeding 40 W / cm 2 at 2500 solar intensities using the least expensive semiconductor material with a low manufacturing cost. (This output power exceeds 400,000 W / m 2. ) Along with a complex of PV technologies based on advanced materials, the technology of solar cells based on Si remains generally predominant in photovoltaic cells and applications. Moreover, in the event of a global need, silicon is the only semiconductor material with an existing industrial base that will be able to provide terawatts of photovoltaic energy in the foreseeable future for widespread global use.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Приведенное ниже описание представляет упрощенную сущность изобретения с целью предоставления базового понимания некоторых аспектов, здесь описанных. Описание сущности изобретения не является подробным описанием и не предназначено для выявления ключевых/важнейших элементов или для ограничения объема различных аспектов, здесь описанных. Его единственной целью является предоставить некоторые концепции в упрощенной форме в качестве вступления к более подробному описанию, которое представлено за ним.The following description is a simplified summary of the invention in order to provide a basic understanding of some of the aspects described here. The description of the invention is not a detailed description and is not intended to identify key / critical elements or to limit the scope of the various aspects described herein. Its sole purpose is to provide some concepts in a simplified form as an introduction to the more detailed description that is presented behind it.
Данное изобретение предоставляет фотоэлектрические элементы на основе полупроводников, которые уменьшают рекомбинационные потери фотогенерированных носителей. В аспекте для уменьшения рекомбинационных потерь диффузные легированные слои в активных фотоэлектрических элементах покрываются структурой диэлектрического(их) материала(ов), что уменьшает контакт между металлическими контактами и активным ФЭ элементом. Различные структуры могут быть использованы, и одна или более поверхности ФЭ элемента может быть покрыта одним или более диэлектриками. Многопереходные (VMJ) солнечные элементы с вертикальным переходом могут быть произведены со структурированными ФЭ элементами или отдельными элементами. Структурированные ФЭ элементы могут увеличить сопротивление последовательного соединения VMJ солнечных элементов, и структурирование одной или более поверхностей ФЭ элемента может увеличить сложность процесса, задействованного при производстве VMJ солнечных элементов; тем не менее, уменьшение потерь носителей в диффузных легированных слоях может увеличить эффективность солнечных элементов и, таким образом, предоставить ФЭ рабочие преимущества, которые перевешивают увеличение сложности производства. Система, которая делает возможным производство ФЭ элементов на основе полупроводников, также предоставляется.The present invention provides semiconductor-based photovoltaic cells that reduce the recombination losses of photogenerated carriers. In an aspect, in order to reduce recombination losses, the diffuse doped layers in the active photovoltaic cells are coated with the structure of the dielectric material (s), which reduces the contact between the metal contacts and the active PV element. Various structures can be used, and one or more surfaces of the PV element can be coated with one or more dielectrics. Multi-junction (VMJ) vertical transition solar cells can be produced with structured PV elements or individual cells. Structured PV cells can increase the series resistance of the VMJ solar cells, and structuring one or more surfaces of the PV cells can increase the complexity of the process involved in manufacturing VMJ solar cells; however, a decrease in carrier loss in diffuse alloyed layers can increase the efficiency of solar cells and thus provide PV with operational advantages that outweigh the increase in manufacturing complexity. A system that makes possible the production of PV elements based on semiconductors is also provided.
Аспекты или особенности, здесь описанные и связанные с ними преимущества, такие как уменьшение рекомбинационных потерь фотогенерированных носителей, могут быть использованы в любом классе фотоэлектрических элементов, таких как солнечные элементы, термофотоэлектрические элементы, или элементы, возбуждаемые лазерными источниками или фотонами. Кроме того, аспекты данного изобретения также могут быть осуществлены в другом(их) классе(ах) элементов, преобразующих энергию, таких как бета-электрические элементы.Aspects or features described here and their associated benefits, such as reducing the recombination losses of photogenerated carriers, can be used in any class of photovoltaic cells, such as solar cells, thermophotovoltaic cells, or cells excited by laser sources or photons. In addition, aspects of the present invention may also be practiced in another class (s) of energy converting elements, such as beta electric elements.
Данное изобретение уменьшает основную часть рекомбинационных потерь в многопереходном (VMJ) элементе с вертикальными переходами посредством текстурирования поверхностей, принимающих свет. Текстуры могут быть в виде имеющих форму углублений бороздок, такими как конфигурации c поперечным сечением в форме «V», конфигурации c поперечным сечением в форме «U» и им подобными, где плоскость, которая включает конфигурации с таким поперечным сечением, практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ. В одном аспекте плоскость, которая включает в основном периодически повторяющиеся поперечные сечения (например, при рассмотрении поперечного сечения в направлении, в котором по ней проходят бороздки), практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов. Такое расположение способствует направлению преломленного света от p+ и n- диффузных легированных областей VMJ, при этом в то же время создавая желательные носители в уменьшающемся объеме. Соответственно, падающий свет может быть преломлен на плоскости, которая включает конфигурацию с поперечным сечением и которая является практически перпендикулярной направлению наложения отдельных элементов.This invention reduces the bulk of the recombination loss in a multi-junction (VMJ) element with vertical transitions by texturing the light receiving surfaces. Textures can be in the form of grooved grooves, such as configurations with a cross section in the shape of a “V”, configurations with a cross section in the shape of a “U” and the like, where a plane that includes configurations with such a cross section is almost perpendicular to the direction of application the individual elements that form the VMJ. In one aspect, a plane that includes substantially periodically repeating cross sections (for example, when considering a cross section in the direction in which grooves pass along it) is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements. This arrangement facilitates the direction of the refracted light from the p + and n- diffuse doped regions of VMJ, while at the same time creating the desired carriers in a decreasing volume. Accordingly, incident light can be refracted on a plane that includes a cross-sectional configuration and which is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements.
Следует оценить, что текстурирование для VMJ данного изобретения отличается от известного уровня техники для текстур традиционных кремниевых полупроводниковых элементов, как в вопросе ориентации PN переходов, так и/или в вопросе взаимодействия с падающим светом. Например, традиционные кремниевые фотоэлектрические элементы обычно текстурированы так, чтобы отклонить проникающий свет таким образом, чтобы больше волн, имеющих большую длину волны, поглощалось ближе к PN переходам (расположенным горизонтально) для лучшего токосъема носителями, и, следовательно, смягчить низкую спектральную чувствительность к большим длинам волн в спектре солнечного излучения. И напротив, это не требуется в VMJ данного изобретения, который включает вертикальные переходы и, следовательно, уже обеспечивает увеличенную спектральную чувствительность к более длинным волнам в спектре солнечного излучения.It should be appreciated that the texturing for the VMJ of the present invention differs from the prior art for the textures of traditional silicon semiconductor elements, both in the orientation of the PN junctions and / or in the interaction with incident light. For example, traditional silicon photovoltaic cells are typically textured so as to deflect penetrating light so that more waves having a longer wavelength are absorbed closer to the PN junctions (horizontally) for better current collection by carriers, and therefore mitigate low spectral sensitivity to large wavelengths in the spectrum of solar radiation. Conversely, this is not required in the VMJ of the present invention, which includes vertical transitions and, therefore, already provides increased spectral sensitivity to longer waves in the spectrum of solar radiation.
В отдельном аспекте результат применения бороздок в соответствии с данным изобретением (например, бороздок в форме V) заключается в уменьшении основной части рекомбинационных потерь путем уменьшения объема основной части (по сравнению с поверхностями традиционных солнечных элементов с текстурой, которая уменьшает отражение или приближает отраженный или преломленный свет к переходам). В частности, VMJ элементы продемонстрировали лучший токосъем носителями как для коротких длин волн, так и для длинных длин волн, где чувствительность к коротким длинам волн наблюдается за счет исключения сильнолегированных горизонтальных переходов на верхней поверхности, а чувствительность к длинным длинам волн наблюдается в связи с увеличенной эффективностью сбора вертикальных переходов. В качестве другого примера, если вместо текстуры в виде бороздок в форме углублений в соответствии с данным изобретением другие текстуры (например, со случайной, пирамидальной, куполообразной или схожей выступающей конфигурацией) были бы использованы как часть VMJ, падающий свет начал бы преломляться во всех направлениях, что привело бы к поглощению света в p+ и n+ диффузных областях и, следовательно, к уменьшенной эффективности.In a separate aspect, the result of the use of grooves in accordance with this invention (for example, grooves in the form of V) is to reduce the main part of the recombination losses by reducing the volume of the main part (compared to surfaces of traditional solar cells with a texture that reduces reflection or approximates reflected or refracted light to the transitions). In particular, VMJ elements have demonstrated better carrier current collection for both short wavelengths and long wavelengths, where sensitivity to short wavelengths is observed due to the exclusion of heavily doped horizontal transitions on the upper surface, and sensitivity to long wavelengths is observed due to the increased the efficiency of collecting vertical transitions. As another example, if instead of a grooved grooved texture in accordance with this invention, other textures (for example, with a random, pyramidal, domed or similar protruding configuration) would be used as part of the VMJ, the incident light would begin to refract in all directions , which would lead to the absorption of light in p + and n + diffuse regions and, consequently, to reduced efficiency.
В соответствии со связанным способом на начальном этапе VMJ может быть сформирован путем наложения (в виде пакета) множества отдельных элементов, где каждый элемент сам может включать множество параллельных полупроводниковых подложек или слоев, которые сложены вместе. Каждый слой может состоять из нечистого легированного полупроводникового материала, который формирует PN переход, а также включать «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое облегчает перемещение неосновных носителей в сторону такого PN перехода. Затем множество таких отдельных элементов объединяется, чтобы сформировать VMJ. Далее на поверхности VMJ элемента, которая принимает свет, могут быть сформированы бороздки в форме углублений (например, посредством установки для резки полупроводниковых пластин), где плоскость, которая включает поперечное сечение конфигурации, практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ. Соответственно, падающий свет может быть преломлен в плоскости, которая включает повторяющиеся конфигурации с поперечным сечением и которая практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов (например, таким образом, обеспечивая более сильное поглощение для заданной глубины). Более того, различная(ые) задняя(задние) поверхность(и) и боковая(ые) поверхность(и) с отражающим покрытием могут быть использованы в сочетании с различными аспектами данного изобретения.According to a related method, at the initial stage, the VMJ can be formed by overlaying (as a packet) a plurality of individual elements, where each element itself can include a plurality of parallel semiconductor substrates or layers that are folded together. Each layer may consist of an unclean doped semiconductor material that forms a PN junction, and also include a “built-in” electrostatic drift field that facilitates the movement of minority carriers toward such a PN junction. Then many of these individual elements are combined to form a VMJ. Further, grooves in the form of recesses can be formed on the surface VMJ of the element that receives the light (for example, by means of a semiconductor wafer cutting machine), where a plane that includes a cross section of the configuration is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements that form the VMJ. Accordingly, incident light can be refracted in a plane that includes repeating configurations with a cross section and which is almost perpendicular to the direction of application of the individual elements (for example, thus providing stronger absorption for a given depth). Moreover, the various rear (s) surface (s) and side (s) with a reflective coating can be used in combination with various aspects of the present invention.
В связанном аспекте поверхность с бороздками по данному изобретению также улучшает съем носителей, при этом уменьшая большую часть рекомбинационных потерь. Например, бороздки в форме V могут быть расположены перпендикулярно p+nn+ (или n+pp+) отдельным элементам, чтобы увеличить оптическую длину путей поглощения более длинных длин волн в спектре солнечного излучения и сделать поглощение света практически целиком ограниченным внутри основного объема области n-типа p+nn+ отдельных элементов. Более того, такие бороздки в форме V могут иметь антиотражающее покрытие, примененное для улучшенного поглощения падающего света элементом.In a related aspect, the grooved surface of the present invention also improves carrier removal, while reducing most of the recombination loss. For example, V-shaped grooves can be arranged perpendicular to p + nn + (or n + pp +) individual elements in order to increase the optical length of the absorption paths of longer wavelengths in the solar spectrum and make light absorption almost entirely limited inside the main volume of the n-type region p + nn + individual elements. Moreover, such V-shaped grooves may have an antireflection coating used to improve the absorption of incident light by the element.
В связанном аспекте данное изобретение уменьшает основную часть рекомбинационных потерь в многопереходном (VMJ) элементе с вертикальными переходами посредством структурирования его принимающей свет поверхности. Текстуры могут иметь форму углубленных бороздок, таких как конфигурации с поперечным сечением в форме «V», конфигурации с поперечным сечением в форме «U» и им подобными, где плоскость, которая включает такую конфигурацию с поперечным сечением, является практически перпендикулярной направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ. В одном аспекте плоскость, которая включает постоянно повторяющиеся поперечные сечения (например, создающая поперечное сечение в направлении, в котором проходят бороздки), практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов. Такое расположение способствует направлению преломленного света от p+ и n- диффузных легированных областей VMJ, при этом в то же время создавая желательные носители в уменьшающемся объеме. Соответственно, падающий свет может быть преломлен на плоскости, которая включает конфигурацию с поперечным сечением и которая является практически перпендикулярной направлению наложения отдельных элементов.In a related aspect, the invention reduces the bulk of the recombination losses in a multi-junction (VMJ) element with vertical transitions by structuring its light-receiving surface. The textures can take the form of recessed grooves, such as configurations with a cross section in the shape of “V”, configurations with a cross section in the shape of “U” and the like, where a plane that includes such a configuration with a cross section is almost perpendicular to the direction of application of the individual elements that form VMJ. In one aspect, a plane that includes constantly repeating cross sections (for example, creating a cross section in the direction in which the grooves extend) is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements. This arrangement facilitates the direction of the refracted light from the p + and n- diffuse doped regions of VMJ, while at the same time creating the desired carriers in a decreasing volume. Accordingly, incident light can be refracted on a plane that includes a cross-sectional configuration and which is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements.
Следует оценить, что текстурирование для VMJ данного изобретения отличается от известного уровня техники для текстур традиционных кремниевых полупроводниковых элементов как в вопросе ориентации PN переходов, так и/или в вопросе взаимодействия с падающим светом. Например, традиционные кремниевые фотоэлектрические элементы обычно текстурированы так, чтобы отклонить проникающий свет таким образом, чтобы больше волн, имеющих большую длину волны, поглощалось ближе к PN переходам (расположенным горизонтально) для лучшего токосъема носителями, и, следовательно, смягчить низкую спектральную чувствительность к большим длинам волн в спектре солнечного излучения. И напротив, это не требуется в VMJ данного изобретения, который включает вертикальные переходы и, следовательно, уже обеспечивает увеличенную спектральную чувствительность к более длинным волнам в спектре солнечного излучения.It should be appreciated that the texturing for the VMJ of the present invention differs from the prior art for the textures of traditional silicon semiconductor elements, both in the orientation of the PN junctions and / or in the interaction with incident light. For example, traditional silicon photovoltaic cells are typically textured so as to deflect penetrating light so that more waves having a longer wavelength are absorbed closer to the PN junctions (horizontally) for better current collection by carriers, and therefore mitigate low spectral sensitivity to large wavelengths in the spectrum of solar radiation. Conversely, this is not required in the VMJ of the present invention, which includes vertical transitions and, therefore, already provides increased spectral sensitivity to longer waves in the spectrum of solar radiation.
В отдельном аспекте результат применения бороздок в соответствии с данным изобретением (например, бороздки в форме V) заключается в уменьшении основной части рекомбинационных потерь путем уменьшения объема основной части (по сравнению с поверхностями традиционных солнечных элементов со структурой, которая уменьшает отражение или приближает отраженный или преломленный свет к переходам). В частности, VMJ элементы продемонстрировали лучший токосъем носителями как для коротких длин волн, так и для длинных длин волн, где чувствительность к коротким длинам волн наблюдается за счет исключения сильнолегированных горизонтальных переходов на верхней поверхности, а чувствительность к длинным длинам волн наблюдается в связи с увеличенной эффективностью сбора вертикальных переходов. В качестве другого примера, если вместо структуры бороздок углубленной формы в соответствии с данным изобретением другие структуры (например, со случайной, пирамидальной, куполообразной или схожей выступающей конфигурацией) были бы использованы как часть VMJ, падающий свет начнет преломляться во всех направлениях, что приведет к поглощению света в p+ и n+ диффузных областях и, следовательно, к уменьшенной эффективности.In a separate aspect, the result of the use of grooves in accordance with this invention (for example, grooves in the form of V) is to reduce the main part of the recombination losses by reducing the volume of the main part (compared with the surfaces of traditional solar cells with a structure that reduces reflection or approximates reflected or refracted light to the transitions). In particular, VMJ elements have demonstrated better carrier current collection for both short wavelengths and long wavelengths, where sensitivity to short wavelengths is observed due to the exclusion of heavily doped horizontal transitions on the upper surface, and sensitivity to long wavelengths is observed due to the increased the efficiency of collecting vertical transitions. As another example, if instead of the structure of the grooves of the deepened shape in accordance with this invention, other structures (for example, with a random, pyramidal, domed or similar protruding configuration) would be used as part of the VMJ, the incident light will begin to refract in all directions, which will lead to light absorption in p + and n + diffuse regions and, therefore, to reduced efficiency.
В соответствии со связанным способом на начальном этапе VMJ может быть сформирован путем наложения множества отдельных элементов, где каждый элемент сам может включать множество параллельных полупроводниковых подложек или слоев, которые сложены вместе. Каждый слой может состоять из нечистого легированного полупроводникового материала, который формирует PN переход, а также включать «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость носителя в сторону такого PN перехода. Затем множество таких отдельных элементов объединяется, чтобы сформировать VMJ. Далее на поверхности VMJ элемента, которая принимает свет, могут быть сформированы бороздки в форме углублений (например, посредством установки для резки полупроводниковых пластин), где плоскость, которая включает поперечное сечение конфигурации, практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ. Соответственно, падающий свет может быть преломлен в плоскости, которая включает повторяющиеся конфигурации с поперечным сечением и которая практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов (например, таким образом, обеспечивая более сильное поглощение для заданной глубины). Более того, различная(ые) задняя(задние) поверхность(и) и боковая(ые) поверхность(и) с отражающим покрытием могут быть использованы в сочетании с различными аспектами данного изобретения.According to a related method, at the initial stage, the VMJ can be formed by superimposing a plurality of individual elements, where each element itself can include a plurality of parallel semiconductor substrates or layers that are folded together. Each layer can consist of an unclean doped semiconductor material that forms a PN junction, and also include a “built-in” electrostatic drift field, which increases the low carrier velocity towards such a PN junction. Then many of these individual elements are combined to form a VMJ. Further, grooves in the form of recesses can be formed on the surface VMJ of the element that receives the light (for example, by means of a semiconductor wafer cutting machine), where a plane that includes a cross section of the configuration is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements that form the VMJ. Accordingly, incident light can be refracted in a plane that includes repeating configurations with a cross section and which is almost perpendicular to the direction of application of the individual elements (for example, thus providing stronger absorption for a given depth). Moreover, the various rear (s) surface (s) and side (s) with a reflective coating can be used in combination with various aspects of the present invention.
В связанном аспекте поверхность с бороздками по данному изобретению также улучшает съем носителей, при этом уменьшая большую часть рекомбинационных потерь. Например, бороздки в форме V могут быть расположены перпендикулярно p+nn+ (или n+pp+) отдельным элементам, чтобы увеличить оптическую длину путей поглощения более длинных длин волн в спектре солнечного излучения и сделать поглощение света практически целиком ограниченным внутри основного объема области n-типа p+nn+ отдельных элементов. Более того, такие бороздки в форме V могут иметь антиотражающее покрытие, примененное для улучшенного поглощения падающего света элементом.In a related aspect, the grooved surface of the present invention also improves carrier removal, while reducing most of the recombination loss. For example, V-shaped grooves can be arranged perpendicular to p + nn + (or n + pp +) individual elements in order to increase the optical length of the absorption paths of longer wavelengths in the solar spectrum and make light absorption almost entirely limited inside the main volume of the n-type region p + nn + individual elements. Moreover, such V-shaped grooves may have an antireflection coating used to improve the absorption of incident light by the element.
В другом аспекте данное изобретение предоставляет буферную(ые) зону(ы) на конце слоев кремниевого многопереходного (VMJ) фотоэлектрического элемента с вертикальными переходами высокого напряжения, чтобы обеспечить барьер, который защищает активные слои, в то же время обеспечивая омический контакт. Такая(ие) буферная(ые) зона(ы) может быть в форме структуры неактивного(ых) слоя(ев), которая дополнительно накладывается на и/или под концевые слои VMJ элемента. VMJ элемент сам по себе может включать множество отдельных элементов, где каждый отдельный элемент задействует несколько активных слоев (например, три), чтобы сформировать PN переход и «встроенное» электростатическое дрейфовое поле (которое увеличивает малую скорость перемещения носителя в сторону PN перехода).In another aspect, the invention provides buffer zone (s) at the end of the layers of a silicon multi-junction (VMJ) photovoltaic cell with high voltage vertical junctions to provide a barrier that protects the active layers while providing ohmic contact. Such buffer zone (s) may be in the form of a structure of inactive layer (s), which is additionally superimposed on and / or under the end layers of the VMJ element. The VMJ element itself can include many separate elements, where each individual element uses several active layers (for example, three) to form a PN junction and an “built-in” electrostatic drift field (which increases the low velocity of the carrier toward the PN junction).
Соответственно, различные активные слои, такие как nn+ и/или p+n переходы, расположенные на обоих концах VMJ элемента (и являющиеся частями его отдельных элементов), могут быть защищены от неблагоприятных видов давления и/или растяжения (например, от термического/механического сжатия, скручивания, напряжения, деформации и им подобного, которые могут быть приложены к VMJ в процессе его производства и/или работы). Более того, буферная зона может быть сформирована с использованием материалов, которые имеют омический контакт очень малого сопротивления, как металлов, так и полупроводников, такого, что он не приведет к каким-либо значительным потерям последовательного сопротивления в фотоэлектрическом элементе при рабочих условиях. Например, буферная зона может быть сформирована путем использования легированных кремниевых пластин p-типа с низким сопротивлением таким образом, что при использовании других легирующих примесей p-типа, таких как сплавы алюминия при производстве VMJ фотоэлектрического элемента, она снизит опасность автолегирования (в сравнении с использованием пластин n-типа, которые могут создать нежелательные pn переходы), когда целью является создание омического контакта очень малого сопротивления. Следует оценить, что данное изобретение может быть использовано как часть любого класса фотоэлектрических элементов, таких как солнечные элементы и термофотоэлектрические элементы. Кроме того, аспекты данного изобретения также могут быть применены в преобразующих энергию элементах другого(их) класса(ов), таких как бета-электрические элементы.Accordingly, various active layers, such as nn + and / or p + n junctions located at both ends of the VMJ element (and which are parts of its individual elements), can be protected from adverse types of pressure and / or tension (for example, from thermal / mechanical compression, twisting, stress, deformation and the like, which can be applied to VMJ in the process of its production and / or operation). Moreover, the buffer zone can be formed using materials that have an ohmic contact of very low resistance, both metals and semiconductors, such that it does not lead to any significant losses in series resistance in the photovoltaic cell under operating conditions. For example, a buffer zone can be formed by using low-resistance p-type doped silicon wafers in such a way that when using other p-type dopants, such as aluminum alloys in the production of a VMJ photovoltaic cell, it will reduce the risk of self-alloying (compared to using n-type plates, which can create unwanted pn junctions), when the goal is to create an ohmic contact of very low resistance. It should be appreciated that this invention can be used as part of any class of photovoltaic cells, such as solar cells and thermophotovoltaic cells. In addition, aspects of the present invention can also be applied to energy converting elements of another class (s), such as beta-electric elements.
В связанных аспектах буферная зона может быть в форме бандажа на поверхности концевого слоя отдельного элемента, которая выступает в роли защитной границы для такого активного слоя и также обрамляет VMJ элемент для простоты обращения и транспортировки. Также путем обеспечения защитного захвата VMJ элемента конструкция такого бандажа также облегчает процедуру, связанную с антиотражающим покрытием (например, покрытие может быть нанесено равномерно, когда элемент надежно удерживается в процессе обработки, например, с помощью механического зажима). Более того, буферные зоны (например, неактивные слои, расположенные на концах VMJ) могут быть физически расположены рядом с другими буферными зонами в процессе отложения, и, следовательно, любой нежелательный диэлектрический материал покрытия, который неблагоприятно проникает ниже на контактные поверхности, может быть легко удален, не повреждая активные отдельные элементы. Буферная зона может быть сформирована из сильнолегированного кремния очень низкого сопротивления (например, толщиной порядка 0,008”). Такая буферная зона может в целом контактировать с проводниками, которые отгораживают или разделяют VMJ элемент от другого VMJ элемента в структуре фотоэлектрического элемента.In related aspects, the buffer zone may be in the form of a bandage on the surface of the end layer of an individual element, which acts as a protective border for such an active layer and also frames the VMJ element for ease of handling and transportation. Also, by providing a protective grip of the VMJ element, the design of such a band also facilitates the anti-reflection coating procedure (for example, the coating can be applied evenly when the element is held securely during processing, for example, by means of a mechanical clamp). Moreover, buffer zones (for example, inactive layers located at the ends of VMJ) can be physically located next to other buffer zones during deposition, and therefore, any unwanted dielectric coating material that adversely penetrates lower onto contact surfaces can be easily deleted without damaging active individual items. The buffer zone can be formed from highly doped silicon of very low resistance (for example, a thickness of the order of 0.008 ”). Such a buffer zone may generally be in contact with conductors that enclose or separate the VMJ element from another VMJ element in the structure of the photoelectric element.
В соответствии со следующим аспектом буферная зона может быть расположена между электрическим контактом и активными слоями VMJ элементов. Более того, такие буферные зоны могут иметь характеристики теплового расширения, которые практически совпадают с характеристиками активных слоев, таким образом снижая ухудшение эффективности (например, снижение давления/растяжения, прилагаемых, когда проводники привариваются или припаиваются в процессе производства). Например, сильнолегированные слои кремния малого сопротивления могут быть использованы, которые совпадают по значению коэффициента теплового расширения (3×10-6/°С) со всеми активными отдельными элементами. Соответственно, очень хороший омический контакт может быть обеспечен активными отдельными элементами, что дополнительно уменьшает проблемы, связанные с давлением, вызванные сваркой/припоем и/или несовпадением коэффициентов теплового расширения контактных материалов. Другие примеры включают металлические слои, такие как из вольфрама (4,5×10-6/°С) или молибдена (5,3×10-6/°С), которые выбраны за их коэффициенты теплового расширения, практически равные коэффициенту активного кремния (3×10-6/°С) p+nn+ отдельных элементов. Металлизация, примененная ко внешним слоям кремниевых слоев малого сопротивления буферной зоны или к металлическим слоям электродов, которые сплавляют с активными отдельными элементами, может быть проведена с помощью сварки или припоя без оказания опасного давления на солнечный элемент высокой интенсивности или фотоэлектрический элемент, где такие внешние слои служат в роли омических контактов, а не части отдельных элементов, соединенные последовательно с другими отдельными элементами.In accordance with a further aspect, a buffer zone may be located between the electrical contact and the active layers of the VMJ cells. Moreover, such buffer zones may have thermal expansion characteristics that substantially coincide with the characteristics of the active layers, thereby reducing performance degradation (for example, the reduction in pressure / tension applied when conductors are welded or brazed during production). For example, heavily doped silicon layers of low resistance can be used, which coincide in value of the coefficient of thermal expansion (3 × 10 -6 / ° C) with all active individual elements. Accordingly, a very good ohmic contact can be provided by the active individual elements, which further reduces the problems associated with pressure caused by welding / solder and / or mismatch of the thermal expansion coefficients of the contact materials. Other examples include metal layers, such as tungsten (4.5 × 10 -6 / ° C) or molybdenum (5.3 × 10 -6 / ° C), which are selected for their thermal expansion coefficients that are almost equal to the coefficient of active silicon (3 × 10 -6 / ° C) p + nn + of individual elements. Metallization applied to the outer layers of silicon layers of low resistance of the buffer zone or to the metal layers of the electrodes, which are fused with the active individual elements, can be carried out by welding or solder without exerting dangerous pressure on a solar cell of high intensity or a photovoltaic cell, where such outer layers serve as ohmic contacts, rather than parts of individual elements connected in series with other individual elements.
Различные аспекты данного изобретения могут быть применены в качестве части пластины, имеющей миллеровские индексы (111) для ориентации связанных кристаллических плоскостей буферной зоны, которая считается более механически прочной и более стойкой к травлению по сравнению с (100) кремнием с кристаллической ориентацией, обычно используемым для изготовления активных VMJ отдельных элементов. Соответственно, слои кремния малого сопротивления могут иметь кристаллическую ориентацию, отличную от ориентации активных отдельных элементов, где путем применения такой альтернативной ориентации обеспечивается устройство с улучшенными механической прочностью/концевыми контактами. Другими словами, края (100) ориентированных отдельных элементов обычно вытравливаются быстрее и существенно скругляют углы активных отдельных элементов с такой кристаллической ориентацией, по сравнению с неактивными (111) ориентированными концевыми слоями, таким образом, получается более надежная структура устройства с большей механической прочностью для сварки или иного способа присоединения концевых контактов.Various aspects of the present invention can be applied as part of a wafer having (111) Miller indices for orienting the bound crystal planes of the buffer zone, which is considered more mechanically strong and more resistant to etching compared to (100) silicon with a crystalline orientation commonly used for manufacturing active VMJ single elements. Accordingly, silicon layers of low resistance can have a crystalline orientation different from the orientation of the active individual elements, where by applying such an alternative orientation, a device with improved mechanical strength / end contacts is provided. In other words, the edges of (100) oriented individual elements are usually etched faster and substantially rounded off the corners of the active individual elements with such a crystalline orientation as compared with inactive (111) oriented end layers, thus obtaining a more reliable structure of the device with greater mechanical strength for welding or another way to attach the terminal contacts.
В связанном аспекте в данном изобретении используется многопереходный (VMJ) фотоэлектрический элемент с вертикальными переходами, чтобы обеспечить электролиз на соединения (например, воды) посредством падающего света и генерации тока для электролиза (например, генерации водорода и кислорода). Такой VMJ включает множество отдельных элементов, находящихся в контакте с электролитом, где каждый отдельный элемент задействует несколько активных слоев (например, три), чтобы сформировать PN переход и «встроенное» электростатическое дрейфовое поле (которое увеличивает малую скорость перемещения в сторону PN перехода). VMJ может быть частично или полностью погружен в воду/электролиты как часть прозрачного корпуса, из такого материала как стекло или пластик, где, когда свет воздействует на такой VMJ, множество электродов для электролиза (анодов/катодов) может быть сформировано через VMJ. Ток, проходящий между такими электродами для электролиза, течет через воду и разлагает воду на водород и кислород, когда достигается пороговое значение напряжения электролиза. Обычно такое пороговое значение напряжения разложения находится в интервале от 1,18 вольт до 1,6 вольт, чтобы расщепить воду и создать водород и кислород. Следует оценить то, что большие значения напряжения могут быть достигнуты путем наложения множества отдельных элементов (например, множество элементов, соединенных последовательно). Кроме того, добавление катализаторов может также быть применено с целью увеличения эффективности выделения водорода и кислорода и уменьшения коррозии полупроводника, вызванной высоким потенциалом электрода и растворами электролитов. Более того, электролит может быть сформирован из любых растворов, которые не влияют неблагоприятно на наложенные слои, которые формируют VMJ элемент (например, материал на основе иридия, сделанный из иридия, его бинарного сплава или его оксида).In a related aspect, the present invention uses a multi-junction (VMJ) vertical junction photoelectric cell to provide electrolysis to compounds (e.g., water) through incident light and current generation for electrolysis (e.g., hydrogen and oxygen generation). Such a VMJ includes many individual cells in contact with the electrolyte, where each individual cell uses several active layers (for example, three) to form a PN junction and an “built-in” electrostatic drift field (which increases the low velocity toward the PN junction). A VMJ can be partially or completely immersed in water / electrolytes as part of a transparent casing made of a material such as glass or plastic, where when light is applied to such a VMJ, a plurality of electrolysis electrodes (anodes / cathodes) can be formed through the VMJ. The current passing between such electrodes for electrolysis flows through the water and decomposes the water into hydrogen and oxygen when the threshold value of the electrolysis voltage is reached. Typically, this threshold value for the decomposition voltage is in the range of 1.18 volts to 1.6 volts in order to break down water and create hydrogen and oxygen. It should be appreciated that large voltage values can be achieved by superimposing a plurality of individual elements (eg, a plurality of elements connected in series). In addition, the addition of catalysts can also be used to increase the efficiency of hydrogen and oxygen evolution and reduce semiconductor corrosion caused by the high electrode potential and electrolyte solutions. Moreover, the electrolyte can be formed from any solutions that do not adversely affect the superimposed layers that form the VMJ element (for example, iridium-based material made from iridium, its binary alloy or its oxide).
В связанном аспекте VMJ частично или полностью погружен в воду/электролит и может включать выступающие металлические области (например, VMJ электроды), которые выступают над кремнием VMJ элемента, чтобы увеличить площадь контакта с водой и электролитом и ускорить получение водорода. Такие выступы могут быть порядка нескольких миллиметров, например. В соответствии с другим аспектом, очень тонкие слои материалов, являющихся электрокатализаторами, таких как платина, RuO2 или титан, могут быть включены в металлическое покрытие в процессе производства VMJ элемента, чтобы ускорить образование водорода. Более того, существует хорошая возможность выбора материала, являющегося электрокатализатором, так как n+ отрицательная (-) сторона металлического покрытия может отличаться от металлического покрытия p+ положительной (+) стороны. Следует оценить, что специалист в данной области техники может легко выбрать материалы, являющиеся катализаторами, которые ускорят получение водорода и являются стойкими и совместимыми с производством VMJ элемента. Более того, ультразвуковые установки могут быть использованы для того, чтобы высвободить образовавшиеся пузырьки кислорода и водорода, которые остаются прикрепленными к электродам для электролиза. Следует оценить то, что поток электролита также может удалить такие сформировавшиеся пузырьки.In a related aspect, the VMJ is partially or completely immersed in water / electrolyte and may include protruding metal regions (e.g., VMJ electrodes) that protrude above the silicon of the VMJ cell to increase the contact area with water and electrolyte and accelerate the production of hydrogen. Such protrusions may be of the order of several millimeters, for example. In accordance with another aspect, very thin layers of electrocatalyst materials, such as platinum, RuO 2 or titanium, can be incorporated into the metal coating during the manufacturing of the VMJ cell to accelerate the formation of hydrogen. Moreover, there is a good opportunity to choose a material that is an electrocatalyst, since the n + negative (-) side of the metal coating may differ from the metal coating p + of the positive (+) side. It should be appreciated that one skilled in the art can easily select catalyst materials that will accelerate hydrogen production and are stable and compatible with the production of a VMJ cell. Moreover, ultrasonic devices can be used to release the resulting oxygen and hydrogen bubbles that remain attached to the electrodes for electrolysis. It should be appreciated that the electrolyte flow can also remove such formed bubbles.
В соответствии со связанным способом раствор электролита вводится в контейнер, который включает VMJ, в котором он полностью или практически полностью погружен. Такая система затем помещается под падающий свет, и электрический ток генерируется в VMJ. Падающий свет на VMJ может генерировать электрический ток через раствор электролита, и в любом месте, где пороговое значение для разложения воды достигается или превышается (например, порядка 1,6 вольт), происходит электролиз воды. Например, на каждом отдельном элементе может генерироваться напряжение, равное 0,6 вольтам (например, для 1000 интенсивностей солнечного излучения), и между областями первого отдельного элемента и третьего отдельного элемента может произойти электролиз. Соответственно, различные механизмы сбора (например, мембраны, решетчатые пластины и им подобные) для сбора полученных газообразных кислорода и водорода могут быть помещены между областями, где напряжение превышает пороговое значение для электролиза воды (например, порядка 1,6 вольт), и предполагается разложение воды. Следует оценить то, что такие механизмы сбора могут также быть расположены далее по ходу движения потока электролита для сбора полученных газообразных кислорода и водорода.According to a related method, an electrolyte solution is introduced into a container that includes a VMJ in which it is completely or almost completely immersed. Such a system is then placed under the incident light, and an electric current is generated in the VMJ. The incident light on the VMJ can generate electric current through an electrolyte solution, and in any place where the threshold value for water decomposition is reached or exceeded (for example, about 1.6 volts), water is electrolyzed. For example, a voltage of 0.6 volts can be generated on each individual cell (for example, for 1000 solar radiation intensities), and electrolysis can occur between the regions of the first individual cell and the third individual cell. Accordingly, various collection mechanisms (e.g., membranes, grating plates, and the like) for collecting the obtained gaseous oxygen and hydrogen can be placed between regions where the voltage exceeds the threshold value for water electrolysis (e.g., about 1.6 volts), and decomposition is assumed water. It should be appreciated that such collection mechanisms may also be located downstream of the electrolyte stream to collect the obtained gaseous oxygen and hydrogen.
Для довершения идущих далее и связанных итогов определенные иллюстрирующие аспекты описаны здесь в связи со следующим описанием и приложенными чертежами. Эти аспекты указывают на различные способы применения, все из которых, предположительно, здесь описаны. Другие преимущества и новые особенности могут стать ясны из следующего детального описания при рассмотрении вместе с чертежами.To complete the following and related outcomes, certain illustrative aspects are described herein in connection with the following description and the attached drawings. These aspects point to various uses, all of which are believed to be described herein. Other advantages and new features may become apparent from the following detailed description when considered in conjunction with the drawings.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 изображает схематический вид в перспективе текстурированной или покрытой бороздками поверхности как части многопереходного (VMJ) элемента с вертикальными переходами в соответствии с аспектом данного изобретения.FIG. 1 is a schematic perspective view of a textured or grooved surface as part of a vertical transition multi-junction (VMJ) element in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.2 изображает приведенное в качестве примера поперечное сечение используемых по данному изобретению бороздок.Figure 2 depicts an exemplary cross-section of grooves used according to this invention.
Фиг.3 изображает в качестве примера наложение отдельных элементов с целью формирования VMJ с поверхностью с бороздками в соответствии с аспектом данного изобретения.Figure 3 depicts, by way of example, an overlay of individual elements to form a VMJ with a grooved surface in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.4 изображает конкретный отдельный элемент, который в виде части формирует VMJ в соответствии с аспектом данного изобретения.Figure 4 depicts a particular individual element, which in part forms a VMJ in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.5 изображает связанный способ создания VMJ с поверхностью с бороздками, чтобы уменьшить большую часть рекомбинационных потерь в соответствии с аспектом данного изобретения.Figure 5 depicts a related method for creating a VMJ with a grooved surface to reduce most of the recombination loss in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.6 изображает схематическую структурную схему структуры буферных зон как части многопереходного (VMJ) элемента с вертикальными переходами в соответствии с аспектом данного изобретения.6 depicts a schematic structural diagram of the structure of buffer zones as part of a multi-junction (VMJ) element with vertical transitions in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.7 изображает отдельный аспект отдельного элемента, структура из которых может сформировать VMJ элемент в соответствии с аспектом данного изобретения.7 depicts a separate aspect of a single element, the structure of which can form a VMJ element in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.8 изображает в качестве примера поперечное сечение буферной зоны в виде сформированного бандажа на поверхностях отдельных элементов, расположенного на обоих концах VMJ.Fig. 8 shows, by way of example, a cross section of a buffer zone in the form of a formed band on the surfaces of individual elements located at both ends of the VMJ.
Фиг.9 изображает связанный способ применения буферных зон на концевых слоях кремниевого многопереходного (VMJ) фотоэлектрического элемента высокого напряжения с целью обеспечения барьера, который защищает его активные слои.Fig.9 depicts a related method of applying buffer zones on the end layers of a silicon multi-junction (VMJ) high voltage photovoltaic cell to provide a barrier that protects its active layers.
Фиг.10 изображает схематический вид в поперечном сечении солнечной установки, которая включает модульную структуру фотоэлектрических (ФЭ) элементов, в которой могут использоваться VMJ с буферными зонами.10 is a schematic cross-sectional view of a solar installation that includes a modular structure of photovoltaic (PV) cells in which VMJs with buffer zones can be used.
Фиг.11 изображает схематическую структурную схему системы для электролиза, в которой используется многопереходный (VMJ) элемент с вертикальными переходами для электролиза воды в соответствии с аспектом данного изобретения.11 depicts a schematic structural diagram of a system for electrolysis, which uses a multi-junction (VMJ) cell with vertical transitions for electrolysis of water in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.12 изображает выступы металлических слоев над поверхностью VMJ, которые могут способствовать процессу электролиза.12 depicts protrusions of metal layers above the surface of the VMJ, which can facilitate the electrolysis process.
Фиг.13 изображает градиент напряжения вдоль VMJ и через наложенные элементы как его части.13 shows a voltage gradient along VMJ and through superimposed elements as parts thereof.
Фиг.14 изображает способ электролиза воды посредством VMJ в соответствии с аспектом данного изобретения.Fig. 14 depicts a method of electrolyzing water by VMJ in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.15 изображает VMJ элемент, который может быть использован для электролиза по данному изобретению.15 depicts a VMJ cell that can be used for electrolysis according to this invention.
Фиг.16 изображает один отдельный элемент, множество которых формирует VMJ для электролиза по данному изобретению.Fig. 16 depicts one single cell, a plurality of which forms a VMJ for electrolysis of the present invention.
Фиг.17 изображает VMJ элемент с поверхностью с бороздками для улучшения эффективности процесса электролиза.17 depicts a VMJ cell with grooved surfaces to improve the efficiency of the electrolysis process.
Фиг.18 изображает в качестве примера бороздки для поверхности VMJ, используемого для электролиза в соответствии с аспектом данного изобретения.FIG. 18 shows, by way of example, grooves for the surface of a VMJ used for electrolysis in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.19А и 19В являются схемами примерной конфигурации структурированных поверхностей ФЭ элементов в соответствии с аспектами, раскрытыми в данном описании. Фиг.19С изображает схему примерного набора исходных материалов и полученных ФЭ элементов, которые могут быть произведены путем легирования в соответствии с аспектами, здесь описанными.19A and 19B are diagrams of an exemplary configuration of structured surfaces of PV elements in accordance with aspects disclosed herein. FIG. 19C is a diagram of an exemplary set of starting materials and obtained PV elements that can be produced by alloying in accordance with the aspects described herein.
Фиг.20А-20С изображают схемы примерных конфигураций структурированного диэлектрического покрытия ФЭ элементов и пояснительный блок VMJ в соответствии с аспектами, здесь описанными. Фиг.20D изображает VMJ ФЭ элемент, обработанный с целью получения открытой специальной кристаллической поверхности.20A-20C are diagrams of exemplary configurations of a structured dielectric coating of PV elements and an explanatory unit VMJ in accordance with aspects described herein. Fig.20D depicts a VMJ PV element processed to obtain an open special crystalline surface.
Фиг.21А-21С изображают схемы примерных конфигураций структурированного диэлектрического покрытия ФЭ элементов и пояснительный блок VMJ в соответствии с аспектами, здесь описанными.21A-21C are diagrams of exemplary configurations of a structured dielectric coating of PV elements and a VMJ explanatory block in accordance with aspects described herein.
Фиг.22 изображает схему в поперечном разрезе примерной конфигурации структурированного диэлектрического покрытия активного ФЭ элемента с уменьшенным диффузным легированным слоем в соответствии с аспектами, здесь описанными.FIG. 22 is a cross-sectional diagram of an example configuration of a structured dielectric coating of an active PV element with a reduced diffuse alloy layer in accordance with aspects described herein.
Фиг.23А и 23В изображают схемы примерных конфигураций структурированных диэлектрических покрытий ФЭ элемента в соответствии с аспектами, здесь описанными.23A and 23B are diagrams of exemplary configurations of structured dielectric coatings of a PV cell in accordance with aspects described herein.
Фиг.24 представляет изображение в перспективе варианта осуществления фотоэлектрического элемента с текстурированной поверхностью в соответствии с аспектами, здесь описанными.24 is a perspective view of an embodiment of a textured surface photoelectric cell in accordance with aspects described herein.
Фиг.25 является схемой производственного процесса примерного способа производства фотоэлектрического элемента с уменьшенными рекомбинационными потерями носителей в соответствии с аспектами, здесь раскрытыми.25 is a flowchart of an example method for manufacturing a photovoltaic cell with reduced recombination loss of carriers in accordance with aspects disclosed herein.
Фиг.26 отображает схему производственного процесса примерного способа производства VMJ солнечных элементов с уменьшенными рекомбинационными потерями носителей в соответствии с аспектами, здесь описанными.FIG. 26 is a flowchart of an exemplary method for manufacturing VMJ solar cells with reduced recombination loss of carriers in accordance with aspects described herein.
Фиг.27 является структурной схемой примерной системы, которая делает возможным производство солнечных элементов в соответствии с аспектами, здесь описанными.FIG. 27 is a block diagram of an example system that enables the production of solar cells in accordance with the aspects described herein.
Подробное описаниеDetailed description
Данное изобретение теперь будет описано со ссылкой на чертежи, где одни и те же ссылочные номера используются для соотнесения с одинаковыми элементами. В следующем описании с целью разъяснения описываются многочисленные отдельные детали с целью обеспечения полного понимания данного изобретения. Может быть очевидно, тем не менее, что данное изобретение может быть использовано без этих отдельных деталей. В иных случаях хорошо известные структуры и устройства изображены на структурной схеме, чтобы способствовать описанию данного изобретения.The present invention will now be described with reference to the drawings, where the same reference numbers are used to refer to the same elements. In the following description, for purposes of explanation, numerous individual details are described in order to provide a thorough understanding of the present invention. It may be obvious, however, that the invention can be used without these individual details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagrams in order to facilitate describing the present invention.
В данном описании, приложенной формуле изобретения или чертежах термин «или» предполагается обозначающим скорее включающее «или», чем исключающее «или». Это значит, если иное отдельно не установлено, или ясно из контекста, что предполагают, что фраза «X использует А или В» означает любые включающие перестановки. То есть, если X использует А, Х использует В или Х использует как А, так и В, то «Х использует А или В» удовлетворяется в любых приведенных далее случаях. Более того, артикли «a», «an», в соответствии с тем, как они используются в данном описании и приложенных чертежах, должны, в общем, толковаться как обозначающие «один или более», если отдельно не установлено или ясно из контекста, что они являются указанием на единственное число.In this specification, the appended claims, or the drawings, the term “or” is intended to mean an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. This means, unless otherwise specified separately, or clear from the context, that the phrase “X uses A or B” is intended to mean any inclusive permutations. That is, if X uses A, X uses B, or X uses both A and B, then “X uses A or B” is satisfied in any of the following cases. Moreover, the articles "a", "an", as used in this description and the attached drawings, should, in general, be construed to mean "one or more", unless separately established or clear from the context, that they are singular.
Более того, относительно терминологии легированных примесями материалов, которые являются частью фотоэлектрических элементов, здесь описанных, для легирования донорной примесью, термины «n-типа» и «N-типа» используются взаимозаменяемо, также как и термины «n+-типа» и «N+-типа». Для легирования акцепторными примесями термины «p-типа» и «P-типа» также используются взаимозаменяемо, также как и термины «p+-типа» и «P+-типа». Для ясности, тип легирования также обозначается аббревиатурой, например, n-тип обозначен как N, p+-тип обозначен как P+, и т.д. Многослойные фотоэлектрические элементы или отдельные элементы обозначены набором букв, каждая из которых указывает на тип легирования слоя; например, переход p-типа/n-типа обозначен PN, тогда как переход p+-типа/n-типа/n+-типа обозначен как P+NN+; обозначение прочих сочетаний переходов также соответствует этой форме записи.Moreover, regarding the terminology of impurity-doped materials that are part of the photovoltaic cells described here for doping with a donor impurity, the terms “n-type” and “N-type” are used interchangeably, as are the terms “n + -type” and “N + -type. " For alloying with acceptor impurities, the terms “p-type” and “P-type” are also used interchangeably, as well as the terms “p + type” and “P + type”. For clarity, the type of doping is also indicated by the abbreviation, for example, the n-type is designated as N, the p + type is designated as P +, etc. Multilayer photovoltaic cells or individual cells are indicated by a set of letters, each of which indicates the type of layer doping; for example, a p-type / n-type transition is denoted by PN, while a p + -type / n-type transition of / n + -type is denoted by P + NN +; the designation of other transition combinations also corresponds to this notation.
Фиг.1 изображает схематический вид в перспективе поверхности с бороздками 100 как части многопереходного (VMJ) элемента с вертикальными переходами 120 в соответствии с аспектом данного изобретения. Такая структура для текстурирования 100 позволяет преломленному свету быть направленным от p+ и n+ диффузных легированных областей, притом, что в то же время создаются желаемые носители. Соответственно, падающий свет может быть преломлен в плоскости 110, имеющей нормальный вектор n. Такая плоскость 110 параллельна плоскостям PN перехода VMJ 10 и может включать конфигурацию с поперечным сечением бороздок 100. Более того, антиотражающее покрытие может быть применено к текстурированной поверхности 100, чтобы увеличить поглощение падающего света в элементе. Другими словами, ориентация плоскости 110 практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов 111, 113, 115. Следует оценить, что другие, отличные от перпендикулярной, ориентации также могут быть рассмотрены (например, кристаллические плоскости, открытые под разными углами), и все такие аспекты нужно считать входящими в объем данного изобретения.FIG. 1 is a schematic perspective view of a
Фиг.2 изображает примерные текстуры для бороздок на поверхности VMJ, которая принимает на себя свет. Такие бороздки могут быть в виде бороздок углубленной формы, например, такой как конфигурация с поперечным сечением в форме «V», имеющей разные углы (например, 0°<θ<180°), конфигурация с поперечным сечением в форме «U» и им подобными, где плоскость, которая включает конфигурацию с поперечным сечением, практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ, и/или практически параллельна PN переходам VMJ. Следует оценить, что текстурирование 210, 220, 230 для VMJ по данному изобретению отличается от известных в данной области техники текстур традиционных кремниевых фотоэлектрических элементов в области ориентации PN переходов и/или взаимодействия с падающим светом. Например, традиционные кремниевые фотоэлектрические элементы обычно текстурированы так, чтобы отклонить проникающий свет таким образом, чтобы больше волн, имеющих большую длину волны, поглощалось ближе к PN переходам (расположенным горизонтально) для лучшего токосъема носителями, и, следовательно, смягчить низкую спектральную чувствительность к большим длинам волн в спектре солнечного излучения. И напротив, это не требуется в VMJ данного изобретения, который включает вертикальные переходы и, следовательно, уже обеспечивает увеличенную спектральную чувствительность к более длинным волнам в спектре солнечного излучения.Figure 2 depicts example textures for grooves on a surface of a VMJ that receives light. Such grooves can be in the form of grooves of a deepened shape, for example, such as a configuration with a cross section in the shape of a “V” having different angles (for example, 0 ° <θ <180 °), a configuration with a cross section in the shape of a “U” and similar, where a plane that includes a cross-sectional configuration is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements that form the VMJ and / or substantially parallel to the PN junctions of the VMJ. It should be appreciated that the
Предпочтительно, один аспект применения бороздок в соответствии с данным изобретением (например, бороздок в форме V) заключается в уменьшении основной части рекомбинационных потерь путем уменьшения объема основной части (по сравнению с поверхностями традиционных солнечных элементов с текстурой, которая уменьшает отражение или приближает отраженный или преломленный свет к переходам). В частности, VMJ элемент продемонстрировал лучший токосъем носителями как для коротких длин волн, так и для длинных длин волн, где чувствительность к коротким длинам волн наблюдается за счет исключения сильнолегированных горизонтальных переходов на верхней поверхности, а чувствительность к длинным длинам волн наблюдается в связи с увеличенной эффективностью сбора вертикальных переходов. В качестве другого примера, если вместо текстуры бороздок в форме углублений в соответствии с данным изобретением другие текстуры (например, со случайной, пирамидальной, куполообразной или схожей выступающей конфигурацией) были бы использованы как часть VMJ, падающий свет начал бы преломляться во всех направлениях, что привело бы к поглощению света в p+ и n+ диффузных областях и, следовательно, к уменьшенной эффективности. Следует оценить, что такие бороздки в форме «U» и «V» приведены по сути в качестве примера, и другие конфигурации возможны в рамках объема данного изобретения.Preferably, one aspect of the use of grooves in accordance with this invention (for example, grooves in the form of V) is to reduce the main part of the recombination losses by reducing the volume of the main part (compared to surfaces of traditional solar cells with a texture that reduces reflection or approximates reflected or refracted light to the transitions). In particular, the VMJ element demonstrated the best carrier current collection for both short wavelengths and long wavelengths, where sensitivity to short wavelengths is observed due to the exclusion of heavily doped horizontal transitions on the upper surface, and sensitivity to long wavelengths is observed due to the increased the efficiency of collecting vertical transitions. As another example, if instead of the texture of the grooves in the form of recesses in accordance with this invention, other textures (for example, with a random, pyramidal, domed or similar protruding configuration) would be used as part of the VMJ, the incident light would begin to refract in all directions, which would lead to light absorption in the p + and n + diffuse regions and, consequently, to reduced efficiency. It should be appreciated that such grooves in the form of “U” and “V” are given essentially as an example, and other configurations are possible within the scope of the present invention.
Фиг.3 изображает структуру отдельных элементов 311, 313, 317, которая может использовать текстуры с бороздками на стороне 345 в соответствии с аспектом данного изобретения. Как объяснялось ранее, сам VMJ 315 формируется из множества соединенных вместе отдельных элементов 311, 313, 317 (от 1 до k, где k является целым числом), где каждый отдельный элемент сам сформирован из наложенных подложек или слоев (не изображены). Например, каждый отдельный элемент 311 может включать множество параллельных полупроводниковых подложек, сложенных вместе и состоящих из легированных примесями полупроводниковых материалов, которые формируют PN переход и «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителя к такому PN переходу. Следует оценить, что различные легированные слои N+-типа и P-типа могут быть применены для формирования частей отдельных элементов, и такие структуры входят в рамки объема данного изобретения.Figure 3 depicts the structure of the
Соответственно, текстуры на поверхности, принимающей свет 345, способствуют преломлению света для направления его от p+ и n+ диффузных легированных областей, при этом в то же время создаются желаемые носители. Таким образом, падающий свет может быть преломлен в плоскости, которая включает конфигурацию с поперечным сечением и которая практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов (например, перпендикулярна вектору n).Accordingly, the textures on the surface receiving the light 345 contribute to the refraction of the light to direct it from the p + and n + diffuse doped regions, while at the same time the desired carriers are created. Thus, incident light can be refracted in a plane that includes a configuration with a cross section and which is almost perpendicular to the direction of application of the individual elements (for example, perpendicular to the vector n).
Фиг.4 изображает отдельный аспект отдельного элемента, структура которого может формировать VMJ элемент, имеющий текстурированные бороздки по данному изобретению. Отдельный элемент 400 включает слои 411, 413, 415, сложенные вместе в практически параллельную структуру. Такие слои 411, 413, 415 могут также включать легированный примесями полупроводниковый материал, где слой 413 одного типа электропроводности, а слой 411 противоположного типа электропроводности, чтобы установить PN переход в месте соединения 412. Также слой 415 может быть того же типа электропроводности, что и слой 413, но со значительно большей концентрацией примесей, таким образом, генерируя встроенное электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малые скорости перемещения носителей в сторону PN перехода 412. Такие отдельные элементы могут быть соединены вместе для формирования VMJ и поверхности с бороздками в соответствии с различными аспектами данного изобретения.Figure 4 depicts a separate aspect of a single element, the structure of which can form a VMJ element having textured grooves according to this invention. The
В соответствии с другим аспектом, чтобы произвести VMJ из множества элементов 400, сначала одинаковые PNN+ (или NPP+) переходы могут быть сформированы на глубине примерно от 3 до 10 мкм в плоских пластинах из кремния высокого сопротивления (например, более 100 Ом на см) N типа (или P типа), имеющих толщину примерно равную 0,008 дюймам. Далее такие PNN+ пластины складываются вместе с тонким слоем алюминия, расположенным между ними, где PNN+ переход и кристаллическая ориентация каждой пластины могут быть направлены в одном направлении. Более того, алюминийкремниевые легкоплавкие сплавы могут быть использованы или металлы, такие как молибден или вольфрам, которые имеют термический(ие) коэффициент(ы), которые практически совпадают с термическим коэффициентом кремния. Далее кремниевые пластины и алюминиевые поверхности могут быть сплавлены вместе таким образом, что наложенная структура может быть соединена. Буферные зоны с очень низким сопротивлением могут также быть применены в качестве структуры неактивного(ых) слоя(ев), которая дополнительно накладывается на и/или под концевые слои VMJ элемента, таким образом используя барьер, который защищает активные слои от неблагоприятных видов давления и/или растяжения (например, от термического/механического сжатия, скручивания, напряжения, деформации и им подобного, которые могут быть приложены к VMJ в процессе его производства и/или работы). Поверхность такого элемента может быть затем покрыта бороздками, чтобы уменьшить основную часть рекомбинационных потерь, как подробно описано выше. Следует оценить, что другой материал, такой как германий или титан, также может быть использован. Также алюминийкремниевые легкоплавкие сплавы тоже могут быть использованы.In accordance with another aspect, in order to produce a VMJ from a plurality of
Фиг.5 изображает связанный способ 500 нанесения бороздок на поверхность VMJ, которая принимает свет. При том, что приведенный в качестве примера способ изображен и описан здесь как последовательность блоков, отображающих различные события и/или действия, данное изобретение не ограничено изображенным порядком таких блоков. Например, некоторые действия или события могут происходить в различной последовательности и/или одновременно с другими действиями или событиями, в отличие от последовательности, здесь изображенной, в соответствии с изобретением. Кроме того, не все изображенные блоки, события или действия могут требоваться для применения способа в соответствии с данным изобретением. Более того, будет оценено то, что примерный способ и другие способы в соответствии с изобретением могут быть применены в связи со способом, изображенным и описанным здесь, также как и в связи с другими системами и установками, не изображенными или не описанными.5 depicts a
Сначала на этапе 510 множество отдельных элементов с PN переходами формируются, как подробно описано выше. Как было объяснено ранее, каждый отдельный элемент сам может включать множество параллельных полупроводниковых подложек, которые соединены вместе. Каждый слой может состоять из легированного примесями полупроводникового материала, который формирует PN переход, и также включает «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей к такому PN переходу. Далее на этапе 520 множество таких отдельных элементов объединяется для формирования VMJ, где буферные зоны также могут быть использованы в виде защиты таких элементов (например, от давления/растяжения, приложенных к ним в процессе производства). Далее на этапе 530 на поверхности VMJ, которая принимает свет, бороздки углубленной формы могут быть сформированы (например, с помощью установки для резки полупроводниковых пластин), где плоскость, которая включает конфигурацию с поперечным сечением, практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ. Далее на этапе 540 свет может быть преломлен в плоскости, которая включает конфигурацию поперечного сечения (и/или параллельной PN переходам) и которая практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов.First, at
Фиг.6 изображает схематическую структурную схему структуры для буферных зон, представляющих собой часть многопереходного (VMJ) элемента с вертикальными переходами в соответствии с аспектом данного изобретения. VMJ 615 сам сформирован из множества соединенных отдельных элементов 611, 617 (с 1 по n, n является целым числом), где каждый отдельный элемент сам сформирован из сложенных подложек или слоев (не изображено). Например, каждый отдельный элемент 611, 617 может включать множество параллельных полупроводниковых подложек, соединенных вместе и состоящих из легированного примесями полупроводникового материала, который формирует PN переход и «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей в сторону этого PN перехода. Соответственно, различные активные слои, такие как nn+ и/или p+n переходы или pp+ и/или pn+ переходы, расположенные на обоих концах VMJ элемента 615 (и являющиеся частью самого элемента), могут быть защищены от неблагоприятных видов давления и/или растяжения (например, от термического/механического сжатия, скручивания, напряжения, деформации и им подобного, которые могут быть приложены к VMJ в процессе его производства и/или работы).6 depicts a schematic structural diagram of a structure for buffer zones that are part of a multi-junction (VMJ) element with vertical transitions in accordance with an aspect of the present invention.
Более того, каждая из буферных зон 610, 612 может быть сформирована с помощью материала, который имеет омический контакт очень малого сопротивления (например, в любом интервале с верхней границей менее чем порядка 0,5 Ом на см), при этом уменьшая и/или исключая нежелательное автолегирование. Например, буферные зоны 610, 612 могут быть сформированы путем использования пластин малого сопротивления, легированных p-типом, с другими примесями p-типа, такими как сплавы алюминия, чтобы снизить возможность автолегирования (по сравнению с применением пластин n-типа, которые могут создать нежелательные pn переходы, когда желательно создать омические контакты очень малого сопротивления).Moreover, each of the
Фиг.7 изображает отдельный аспект отдельного элемента, структура которых может сформировать VMJ элемент. Отдельный элемент 700 включает слои 711, 713, 715, сложенные вместе в практически параллельную структуру. Такие слои 711, 713, 715 могут также включать легированный примесями полупроводниковый материал, где слой 713 является слоем одного типа электропроводности, а слой 711 является слоем противоположного типа электропроводности, чтобы определить PN переход в месте соединения 712. Также слой 715 может быть слоем того же типа электропроводности, что и слой 713, но со значительно большей концентрацией примесей, таким образом, генерируя «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей в направлении PN перехода 712. Такие отдельные элементы могут быть соединены вместе для формирования VMJ, где буферная зона по данному изобретению может быть помещена для защиты VMJ и связанных отдельных элементов и/или слоев, которые их формируют.7 depicts a separate aspect of a single element, the structure of which can form a VMJ element. The
В соответствии с другим аспектом, чтобы произвести VMJ из множества элементов 700, сначала одинаковые PNN+ (или NPP+) переходы могут быть сформированы на глубине примерно от 3 до 10 мкм в плоских пластинах из кремния высокого сопротивления (например, более 100 Ом на см) N типа (или P типа), имеющих толщину, примерно равную 0,008 дюймам. Далее такие PNN+ пластины складываются вместе с тонким слоем алюминия, расположенным между ними, где PNN+ переход и кристаллическая ориентация каждой пластины могут быть направлены в одном направлении. Более того, алюминийкремниевые легкоплавкие сплавы могут быть использованы, или металлы, такие как молибден или вольфрам, которые имеют термический(ие) коэффициент(ы), которые практически совпадают с термическим коэффициентом кремния. Далее поверхности кремниевых пластин и алюминиевые поверхности могут быть сплавлены вместе таким образом, что наложенная структура может быть соединена. Более того, алюминийкремниевые легкоплавкие сплавы также могут быть использованы. Следует оценить, что различные легированные слои N+-типа и P-типа могут быть использованы как части отдельных элементов, и такие структуры входят в объем данного изобретения.In accordance with another aspect, in order to produce a VMJ from a plurality of
Буферные зоны с очень низким сопротивлением могут также быть применены в качестве структуры неактивного(ых) слоя(ев), которая дополнительно накладывается на и/или под концевые слои VMJ элемента, таким образом, используя барьер, который защищает активные слои от неблагоприятных видов давления и/или растяжения (например, от термического/механического сжатия, скручивания, напряжения, деформации и им подобного, которые могут быть приложены к VMJ в процессе его производства и/или работы).Buffer zones with very low resistance can also be used as the structure of the inactive layer (s), which is additionally superimposed on and / or under the end layers of the VMJ element, thus using a barrier that protects the active layers from adverse types of pressure and / or tension (for example, from thermal / mechanical compression, twisting, stress, deformation, and the like, which may be applied to the VMJ during its production and / or operation).
Фиг.8 изображает примерное поперечное сечение буферной зоны в виде бандажа 810 (812), сформированного на поверхностях концевого слоя 831 (841) отдельных элементов 830 (840), который в качестве части формирует VMJ элемент 800. Такие сформированные бандажи 810, 812 выступают в роли защитного соединения для активных слоев отдельных элементов и также частично обрамляют VMJ элемент 800 для простоты обращения и транспортировки (например, буферную зону малого сопротивления и краевой или концевой контакт VMJ элемента). Также путем обеспечения защитного захвата VMJ элемента конструкция такого бандажа также облегчает процедуру, связанную с антиотражающим покрытием (например, покрытие может быть нанесено равномерно, когда элемент надежно удерживается в процессе обработки, например, с помощью механического зажима). Более того, такие сформированные бандажи могут быть физически расположены рядом с другими сформированными бандажами в процессе отложения, где любой нежелательный диэлектрический материал покрытия, который неблагоприятно проникает ниже на контактные поверхности, может быть легко удален, не повреждая отдельные элементы 830, 840. Сформированный бандаж 810 (812), представляющий собой буферную зону, может быть сформирован из сильнолегированного кремния очень низкого сопротивления (например, толщиной порядка 0,008”), где сформированные бандажи могут, в целом, контактировать с проводниками, которые отгораживают или разделяют VMJ элемент от другого VMJ элемента в структуре фотоэлектрического элемента. Более того, из-за очень малого сопротивления буферной зоны проводники не требуются для того, чтобы иметь полный электрический контакт с буферной зоной. Поэтому они могут являться частичными контактами, такими как точечные контакты, или последовательным соединением точечных контактов, при этом все же обеспечивая хороший электрический контакт. Следует оценить, что фиг.8 является по сути примерной, и другие варианты, такие как буферная зона 810, сформированная в процессе производства, касающаяся поверхностей 800, где 810 соединена с активными слоями 841, также возможны в рамках объема данного изобретения. Например, форма 810 может представлять собой частичный ведущий контакт с металлическим слоем на буферной зоне, как обсуждалось ранее.Fig. 8 shows an exemplary cross-section of a buffer zone in the form of a bandage 810 (812) formed on the surfaces of the end layer 831 (841) of the individual elements 830 (840), which as part forms the
Проводники могут быть в виде электродных слоев, которые сформированы путем отложения первого проводящего материала на подложку, и могут включать: вольфрам, серебро, медь, титан, хром, кобальт, тантал, германий, золото, алюминий, магний, марганец, индий, железо, никель, платину, цинк, их сплавы, оксид индия и олова, другие проводящие и полупроводниковые металлические оксиды, нитриды и силициды, поликремний, легированный аморфный кремний и различные содержащие металл сплавы. Кроме того, другие легированные и нелегированные проводящие или полупроводниковые полимеры, олигомеры или мономеры, такие как PEDOT/PSS, полианилин, политиофен, полипиррол, их производные и им подобные, могут быть использованы для электродов. Более того, так как некоторые металлы могут иметь слой оксида, сформированный на них, который может неблагоприятно влиять на производительность VMJ элемента, неметаллические материалы, такие как аморфный углерод, могут также быть использованы для формирования электродов. Следует оценить то, что сформированный бандаж с фиг.8 является примерным по сути, и другие конфигурации буферной зоны, такие как прямоугольные, круглые области поперечного сечения, имеющие области поверхностного контакта с активными слоями, входят в рамки объема данного изобретения.The conductors may be in the form of electrode layers, which are formed by depositing the first conductive material on a substrate, and may include: tungsten, silver, copper, titanium, chromium, cobalt, tantalum, germanium, gold, aluminum, magnesium, manganese, indium, iron, nickel, platinum, zinc, their alloys, indium and tin oxide, other conductive and semiconductor metal oxides, nitrides and silicides, polysilicon, doped amorphous silicon and various metal-containing alloys. In addition, other doped and undoped conductive or semiconductor polymers, oligomers or monomers, such as PEDOT / PSS, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, derivatives thereof and the like, can be used for electrodes. Moreover, since some metals may have an oxide layer formed on them, which can adversely affect the performance of the VMJ element, non-metallic materials such as amorphous carbon can also be used to form electrodes. It should be appreciated that the formed bandage of FIG. 8 is exemplary in nature, and other configurations of the buffer zone, such as rectangular, circular cross-sectional areas having surface contact areas with active layers, are within the scope of this invention.
Более того, другой аспект данного изобретения может быть использован как часть пленок, имеющих миллеровские индексы (111) для ориентации из связанных кристаллических плоскостей буферных зон, которые считаются механически более прочными и медленнее вытравливаемыми, чем (100) кремний с кристаллической ориентацией, обычно используемый в производимых активных отдельных элементах VMJ. Соответственно, слои кремния малого сопротивления могут иметь отличную кристаллическую ориентацию от ориентации активных отдельных элементов, где путем применения такой альтернативной ориентации предоставляется устройство с улучшенной механической прочностью/концевыми контактами. Другими словами, края (100) ориентированных отдельных элементов обычно вытравливаются быстрее до практически скругленных углов активных отдельных элементов с такой кристаллической ориентацией, по сравнению с неактивными (111) ориентированными концевыми слоями, таким образом, приводя к более надежной структуре устройства с большей механической прочностью для сварки или какого-либо другого соединения концевых контактов.Moreover, another aspect of the present invention can be used as part of films having (111) Miller indices for orientation from the bonded crystal planes of the buffer zones, which are considered mechanically stronger and more slowly etched than (100) crystalline silicon commonly used in produced active individual elements of VMJ. Accordingly, silicon layers of low resistance can have an excellent crystalline orientation from the orientation of the active individual elements, where, by applying such an alternative orientation, a device with improved mechanical strength / end contacts is provided. In other words, the edges of (100) oriented individual elements are usually etched faster to almost rounded corners of the active individual elements with such a crystalline orientation, as compared to inactive (111) oriented end layers, thus leading to a more reliable device structure with greater mechanical strength for welding or any other connection of the end contacts.
Фиг.9 изображает связанный способ применения буферных зон на концевых слоях кремниевого многопереходного (VMJ) фотоэлектрического элемента высокого напряжения с целью обеспечения барьера, который защищает его активные слои. При том, что приведенный в качестве примера способ изображен и описан здесь как последовательность блоков, отображающих различные события и/или действия, данное изобретение не ограничено изображенным порядком таких блоков. Например, некоторые действия или события могут происходить в различной последовательности и/или одновременно с другими действиями или событиями, в отличие от последовательности, здесь изображенной, в соответствии с изобретением. Кроме того, не все изображенные блоки, события или действия могут требоваться для применения способа в соответствии с данным изобретением. Более того, будет оценено то, что примерный способ и другие способы в соответствии с изобретением могут быть применены в связи со способом, изображенным и описанным здесь, также как и в связи с другими системами и установками, не изображенными или не описанными. Сначала на этапе 910 множество отдельных элементов с PN переходами формируется, как подробно описано выше. Как объяснено ранее, каждый отдельный элемент сам может включать множество параллельных полупроводниковых подложек, которые сложены вместе. Каждый слой может состоять из легированного примесями полупроводникового материала, который формирует PN переход, и также включает «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей к такому PN переходу. Далее на этапе 920 множество таких отдельных элементов объединяется для формирования VMJ. Дальше на этапе 930 буферная зона может быть использована, которая контактирует с концевым слоем VMJ, чтобы обеспечить барьер, который защищает его активные слои. Такая(ие) буферная(ые) зона(ы) может(гут) быть в виде структуры неактивного(ых) слоя(ев), которая дополнительно накладывается на и/или под концевые слои VMJ элемента. VMJ может затем быть использован в качестве фотоэлектрического элемента на этапе 940.Fig.9 depicts a related method of applying buffer zones on the end layers of a silicon multi-junction (VMJ) high voltage photovoltaic cell to provide a barrier that protects its active layers. While the exemplary method is depicted and described herein as a sequence of blocks representing various events and / or actions, the present invention is not limited to the illustrated order of such blocks. For example, some actions or events may occur in different sequences and / or simultaneously with other actions or events, in contrast to the sequence depicted here, in accordance with the invention. In addition, not all illustrated blocks, events, or actions may be required to apply the method in accordance with this invention. Moreover, it will be appreciated that the exemplary method and other methods in accordance with the invention can be applied in connection with the method depicted and described here, as well as in connection with other systems and installations not shown or not described. First, at 910, a plurality of individual PN junction elements are formed, as described in detail above. As explained previously, each individual element itself may include a plurality of parallel semiconductor substrates that are folded together. Each layer can consist of impurity-doped semiconductor material, which forms a PN junction, and also includes a “built-in” electrostatic drift field, which increases the low velocity of carriers to such a PN junction. Next, at 920, a plurality of such individual elements are combined to form a VMJ. Next, at 930, a buffer zone can be used that contacts the end layer of VMJ to provide a barrier that protects its active layers. Such buffer zone (s) (s) may be in the form of a structure of inactive layer (s), which is additionally superimposed on and / or under the end layers of the VMJ element. The VMJ can then be used as the photovoltaic cell in
Фиг.10 изображает схематический вид в поперечном разрезе 1000 солнечной установки, которая включает модульную структуру 1020 фотоэлектрических (ФЭ) элементов 1023, 1025, 1027 (от 1 до k, где k является целым числом). Каждый ФЭ элемент может использовать множество VMJ с буферными зонами в соответствии с аспектом данного изобретения. Обычно каждый из ФЭ элементов (также называемых фотоэлектрическими элементами) 1023, 1025, 1027 может преобразовывать свет (например, солнечный свет) в электрическую энергию. Модульная структура 1020 ФЭ элементов может включать стандартизированные элементы или сегменты, которые упрощают конструкцию и обеспечивают гибкую структуру.FIG. 10 is a schematic
В одном примерном аспекте каждых из фотоэлектрических элементов 1023, 1025, 1027 может быть сенсибилизированным красителем солнечным элементом (DSC), который включает множество стеклянных подложек (не изображено), где на них отложены прозрачные проводящие материалы, такие как слой легированного фтором оксида олова, например. Такой DSC может также включать полупроводниковый слой, такой как частицы TiO2, сенсибилизирующий красителем слой, слой электролита и катализатора, такой как Pt (не изображен), который может быть расположен между стеклянными подложками. Полупроводниковый слой может далее быть отложен на покрытие стеклянной подложки, например. Таким образом, электрод и противоэлектрод могут быть сформированы с окислительно-восстановительным посредником, чтобы контролировать поток электронов между ними.In one exemplary aspect, each of the
Соответственно, элементы 1023, 1025, 1027 испытывают периодически возбуждение, окисление и восстановление, что приводит к возникновению потока электронов, например, электрической энергии. Например, падающий свет 1005 возбуждает молекулы красителя в слое красителя, где возбужденные светом молекулы красителя далее испускают электроны в проводящую область полупроводникового слоя. Это может вызвать окисление молекул красителя, где испускаемые электроны могут проходить через полупроводниковый слой для формирования электрического тока. Затем электроны восстанавливают электролит в слое катализатора и возвращают окисленные молекулы красителя в нейтральное состояние. Такой цикл возбуждения, окисления и восстановления может непрерывно повторяться для предоставления электрической энергии.Accordingly, the
Фиг.11 изображает схематическую структурную схему системы электролиза, которая использует многопереходный (VMJ) элемент с вертикальными переходами 1110 для электролиза в соответствии с аспектом данного изобретения. VMJ 1110 может быть частично или полностью погружен в воду/электролит, как часть прозрачного корпуса, такого как из стекла, кварца или пластика 1130. Когда падающий свет 1135 воздействует на поверхность 1137 такого VMJ 1110, множество электродов для электролиза в виде анодов и/или катодов могут быть сформированы через VMJ, и/или на его поверхности 1137. Ток, текущий между такими электродами для электролиза, которые сформированы на поверхности 1137, затем проходит через воду и разлагает воду на водород и кислород там, где достигается пороговое значение напряжения электролиза. VMJ 1110 включает множество связанных вместе отдельных элементов 1111, 1117 (с 1 по n, где n является целым числом), где такие отдельные элементы сами сформированы из сложенных подложек или слоев (не изображено). Например, каждый отдельный элемент 1111, 1117 может включать множество параллельных полупроводниковых подложек, сложенных вместе и состоящих их легированного примесями полупроводникового материала, который формирует PN переход и «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей в направлении такого PN перехода. Когда падающий свет 1135 направлен на поверхность 1137 в различных областях VMJ 1110, тогда множество катодов и анодов могут быть сформированы, которые затем выступают в роли электродов для процесса электролиза.11 is a schematic structural diagram of an electrolysis system that uses a multi-junction (VMJ) cell with
Ток, проходящий через такие электроды для электролиза, проходит через электролит и разлагает воду на водород и кислород, при достижении порогового значения напряжения электролиза. Обычно такое пороговое значение разложения находится в интервале от 1,18 вольт до 1,6 вольт для расщепления воды и создания водорода и кислорода. Следует оценить то, что более высокие значения напряжения могут быть достигнуты путем сложения множества отдельных элементов (например, множества элементов, соединенных последовательно). Кроме того, материалы катализатора могут также быть использованы для увеличения эффективности образования водорода и кислорода и уменьшения коррозии полупроводников, вызванной высоким потенциалом электродов и растворами электролита. Более того, электролит может быть сформирован из любого раствора и не влияет неблагоприятно на сложенные слои, которые формируют VMJ элемент (например, катализатор на основе иридия, сделанный из иридия, его двухкомпонентного сплава или его оксида). В связанных аспектах ультразвуковые преобразователи могут при работе взаимодействовать с системой электролиза, чтобы высвободить пузырьки кислорода или водорода, которые остаются прикрепленными к электродам для электролиза.The current passing through such electrodes for electrolysis passes through the electrolyte and decomposes the water into hydrogen and oxygen, when the threshold value of the electrolysis voltage is reached. Typically, such a decomposition threshold is in the range of 1.18 volts to 1.6 volts to break down water and create hydrogen and oxygen. It should be appreciated that higher voltage values can be achieved by adding up a plurality of individual elements (e.g., a plurality of elements connected in series). In addition, catalyst materials can also be used to increase the efficiency of hydrogen and oxygen formation and reduce corrosion of semiconductors caused by high electrode potential and electrolyte solutions. Moreover, the electrolyte can be formed from any solution and does not adversely affect the folded layers that form the VMJ element (for example, an iridium-based catalyst made from iridium, its two-component alloy or its oxide). In related aspects, ultrasonic transducers may interact with the electrolysis system to release oxygen or hydrogen bubbles that remain attached to the electrolysis electrodes.
VMJ 1110 может также быть расположен на установке, регулирующей нагрев 1119, которая отводит генерируемое тепло от областей горячих точек, чтобы поддерживать уровень отклонения температуры для VMJ элемента в рамках предварительно установленных уровней. Такая установка, регулирующая нагрев 1119, может быть в форме теплоотводящей структуры, которая включает множество теплоотводов с поверхности, установленной на задней стороне VMJ, где каждый теплоотвод может также включать множество ребер (не изображены), проходящих практически перпендикулярно задней стороне. Ребра могут увеличить площадь поверхности теплоотвода, чтобы увеличить контакт с охлаждающим агентом (например, электролитом, охлаждающей жидкостью, такой как вода), который может далее использоваться, чтобы рассеять тепло от ребер и/или фотоэлектрических элементов. Таким образом, тепло от VMJ может быть передано через теплоотвод в окружающий электролит, и/или вещество, которое не воздействует на процесс электролиза. Более того, тепло от VMJ элемента может быть передано по теплопроводящим путям (например, металлическим слоям) к теплоотводам, чтобы уменьшить прямой физический и тепловой перенос теплоотводов в VMJ элементы и предоставить масштабируемое решение для обеспечения нормального процесса электролиза.The
В связанном аспекте теплоотводы могут быть расположены в различных плоских или трехмерных структурах, чтобы контролировать, регулировать и, прежде всего, осуществлять отвод тепла от VMJ элемента. Более того, каждый теплоотвод может также использовать тепло/электрические структуры (не изображены), которые могут иметь форму спиральной, крученой, винтовой, схожей с лабиринтом или другой структурной формы с плотным распределением структур линий в одной части и относительно менее плотным распределением структур линий в других частях. Например, одна часть таких структур может быть сформирована из материала, который обеспечивает относительно высокую изотропную проводимость, а другая часть может быть сформирована из материала, который обеспечивает высокую тепловую проводимость в другом направлении. Соответственно, каждая тепло/электрическая структура установки, регулирующей тепло, обеспечивает проводящий тепло путь, который может рассеять тепло от горячих точек и передать его в различные теплопроводные слои или связанные теплоотводы устройства, регулирующего нагрев, и, таким образом, способствует процессу электролиза. Следует оценить, что теплоотводы могут охлаждаться с помощью независимого охлаждающего агента, который отделен от вещества электролита.In a related aspect, the heat sinks can be located in various planar or three-dimensional structures to control, regulate and, above all, to remove heat from the VMJ element. Moreover, each heat sink can also use heat / electrical structures (not shown), which can take the form of a spiral, twisted, screw, similar to a labyrinth or other structural form with a dense distribution of line structures in one part and a relatively less dense distribution of line structures in other parts. For example, one part of such structures can be formed from a material that provides relatively high isotropic conductivity, and another part can be formed from a material that provides high thermal conductivity in the other direction. Accordingly, each heat / electrical structure of the heat regulating installation provides a heat-conducting path that can dissipate heat from hot spots and transfer it to various heat-conducting layers or associated heat sinks of the heating control device, and thus contributes to the electrolysis process. It should be appreciated that the heat sinks can be cooled using an independent cooling agent that is separated from the electrolyte material.
Фиг.12 изображает другой аспект данного изобретения, который включает выступающие части 1211, 1215 металлических слоев, которые связаны с электродами одного отдельного элемента 1201. Такие выступающие части 1211, 1215 выступают (например, на несколько миллиметров) от поверхности 1241 VMJ 1200, чтобы способствовать процессу электролиза посредством увеличения площади поверхности контакта. Кроме того, очень тонкие слои материалов электрических катализаторов, таких как платины, RuO2 или титана, могут быть включены в металлическое покрытие в процессе производства VMJ элемента, чтобы увеличить производство водорода. Более того, существует хорошая возможность выбора материала электрического катализатора, так как n отрицательная (-) сторона 1211 металлического покрытия может отличаться от p+ положительной (+) стороны 1215. Следует оценить, что специалист в данной области техники может легко выбрать материалы катализаторов, которые увеличат выработку водорода и устойчивы и совместимы с производством VMJ элемента. Когда падающий свет 1235 достигает поверхности 1241 VMJ, множество катодов/анодов может быть сформировано на ней. Например, в области VMJ при отрицательно заряженном катоде идет реакция восстановления, причем электроны (e-) от катода передаются к катионам водорода с образованием газообразного водорода (часть реакции сбалансирована кислотой):12 depicts another aspect of the present invention, which includes protruding
Катод (восстановление): 2H+(aq)+2e-→H2(g)Cathode (reduction): 2H + (aq) + 2e - → H 2 (g)
На положительно заряженном аноде происходит реакция окисления, генерируя газообразный кислород и передавая электроны к катоду, чтобы замкнуть контур:An oxidation reaction occurs on a positively charged anode, generating gaseous oxygen and transferring electrons to the cathode to close the loop:
Анод (окисление): 2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e- Anode (oxidation): 2H 2 O (l) → O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e -
Те же самые части реакции могут быть сбалансированы основанием, как указано ниже. В общем, не все части реакции должны быть сбалансированы кислотой или основанием. В общем, чтобы сложить части реакции, они обычно должны быть сбалансированы либо кислотой, либо основанием:The same parts of the reaction can be balanced with a base as indicated below. In general, not all parts of the reaction must be balanced by acid or base. In general, to add up the reaction parts, they usually need to be balanced with either acid or base:
Катод (восстановление): 2H2O(l)+2e-→H2(g)+2OH-(aq)Cathode (reduction): 2H 2 O (l) + 2e - → H 2 (g) + 2OH - (aq)
Анод (окисление): 4OH-(aq)→O2(g)+2H2O(l)+4e- Anode (oxidation): 4OH - (aq) → O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4e -
Объединение обеих частей реакций приводит к тому же самому полному разложению воды на водород и кислород:The combination of both parts of the reactions leads to the same complete decomposition of water into hydrogen and oxygen:
Полная реакция: 2H2O(l)→2H2(g)+O2(g)Complete reaction: 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)
Как указано выше, число получаемых молекул водорода, таким образом, в два раза больше числа молекул кислорода. При условии равной температуры и давления для обоих газов получаемый газообразный водород имеет, таким образом, объем, в два раза больший получаемого газообразного кислорода. Число электронов, проходящих через воду, в два раза больше числа генерируемых молекул водорода и в четыре раза больше числа генерируемых молекул кислорода. Как объяснено ранее, если добавляется растворимый в воде электролит, проводимость воды существенно возрастает. Соответственно, электролит диссоциирует на катионы и анионы, где анионы перемещаются в сторону анода и там нейтрализуют скопление положительно заряженных H+; аналогично катионы перемещаются в сторону катода и там нейтрализуют скопление отрицательно заряженных OH-. Это делает возможным продолжительное протекание электрического тока. Следует оценить, что выбор электролита должен быть сделан с учетом материала, используемого в VMJ элементе, чтобы не оказывать неблагоприятный эффект на его материал и работу. Дополнительные факторы в выборе электролита относятся к тому факту, что анион электролита конкурирует с гидроксидионами в плане отдачи электрона. Анион электролита с меньшим значением нормального электродного потенциала по сравнению с гидроксидом будет, скорее всего, окисляться вместо гидроксида, и, следовательно, не будет получаться газообразный кислород. Аналогично катион с большим значением нормального электродного потенциала, чем у гидроксидиона, будет восстанавливаться, и газообразный водород не будет получаться. Чтобы исключить подобные обстоятельства, следующие катионы имеют меньшее значение нормального электродного потенциала, чем H+, и, таким образом, подходят для использования в качестве катионов электролита: Li+, Rb+, K+, Cs+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+ и Mg2+. Натрий и литий также могут быть использованы, если это не окажет неблагоприятного воздействия на VMJ элемент, так как они формируют недорогие растворимые соли.As indicated above, the number of hydrogen molecules produced is thus twice the number of oxygen molecules. Under the condition of equal temperature and pressure for both gases, the resulting gaseous hydrogen thus has a volume twice as large as the obtained gaseous oxygen. The number of electrons passing through water is two times the number of generated hydrogen molecules and four times the number of generated oxygen molecules. As explained previously, if a water-soluble electrolyte is added, the conductivity of the water increases significantly. Accordingly, the electrolyte dissociates into cations and anions, where the anions move toward the anode and neutralize the accumulation of positively charged H + there ; similarly, cations move toward the cathode and there they neutralize the accumulation of negatively charged OH - . This makes possible the continuous flow of electric current. It should be estimated that the choice of electrolyte should be made taking into account the material used in the VMJ cell, so as not to have an adverse effect on its material and work. Additional factors in the choice of electrolyte relate to the fact that the electrolyte anion competes with hydroxide in terms of electron return. An anion of an electrolyte with a lower value of the normal electrode potential compared to hydroxide will most likely be oxidized instead of hydroxide, and therefore gaseous oxygen will not be produced. Similarly, a cation with a larger value of the normal electrode potential than that of the hydroxide ion will be reduced, and hydrogen gas will not be obtained. To exclude such circumstances, the following cations have a lower value of the normal electrode potential than H + , and thus are suitable for use as electrolyte cations: Li + , Rb + , K + , Cs + , Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ , Na + and Mg 2+ . Sodium and lithium can also be used if this does not adversely affect the VMJ element, since they form inexpensive soluble salts.
Фиг.13 изображает график зависимости напряжения от расстояния для VMJ 1310, где отдельные элементы 1311, 1317 пересекаются или разделяют общую границу. Как изображено, VMJ 1310 включает множество отдельных элементов 1311, 1317, которые соединены последовательно, в которых напряжение может увеличиваться как линейная функция от числа элементов, которые сложены вместе (например, слева направо по горизонтальной оси). Как изображено на фиг.13, разность напряжений между обеими концами элемента1 составляет 0,6 вольт, и путем наложения на него элемента2 такая разность напряжений в совмещенных элементах увеличится до 1,2 вольт. Аналогично путем наложения на них элемента3 разность напряжения может быть увеличена до 1,8 вольт. Таким образом, электролиз может происходить между любыми двумя точками на поверхности VMJ, где превышается пороговое значение напряжения для разложения воды. Например, для разомкнутого контура напряжение 40 переходов VMJ элемента при 1000 интенсивностях солнечного излучения, равное 32 вольтам, может быть получено (например, 0,8 вольт на отдельном элементе). Принимая, что электролиз начинается при 1,6 вольт, только два отдельных элемента необходимы для обеспечения напряжения. В другом аспекте при увеличении токовой нагрузки напряжение, определяемое по вольтамперной характеристике VMJ элемента при максимальной мощности при 1000 интенсивностях солнечного излучения, падает до 24 вольт, или 0,6 вольт на отдельном элементе. Таким образом, три отдельных элемента могут понадобиться, что соответствует 1,8 вольтам для питания реакции электролиза. (Обычно большее напряжение также может потребоваться для электролиза при высоких плотностях тока.)13 is a graph of voltage versus distance for
Далее следует оценить то, что, хотя электролиз описан в контексте использования одного VMJ, данное изобретение не ограничено этим и может быть применено как часть множества VMJ элементов (например, параллельно или последовательно соединенных, или работающих отдельно друг от друга). Путем определения зависимостей тока, сформированных в разных областях VMJ, которые демонстрируют различные напряжения, можно подобрать такую конструкцию VMJ элемента, чтобы обеспечить дополнительную область контакта для обращения с большими токами, где это необходимо. Например, контактные плотности тока могут быть уменьшены путем увеличения толщины металлического покрытия в различных точках, если это требуется. Более того, различные виды создания давления могут быть применены, чтобы увеличить эффективность электролиза и/или получение (например, с помощью устройств отсеивания, устройств фильтрации и им подобного) продуктов разложения (например, водорода, кислорода). Следует оценить, что данное изобретение не ограничено электролизом воды, а электролиз других смесей, которые совместимы с VMJ, входит в рамки объема данного изобретения.Further, it should be appreciated that although electrolysis is described in the context of using a single VMJ, the present invention is not limited thereto and can be applied as part of a plurality of VMJ cells (e.g., parallel or series connected, or operating separately from each other). By determining the current dependencies formed in different areas of the VMJ, which exhibit different voltages, it is possible to select the design of the VMJ element to provide an additional contact area for handling large currents, where necessary. For example, contact current densities can be reduced by increasing the thickness of the metal coating at various points, if desired. Moreover, various types of pressurization can be applied to increase the electrolysis efficiency and / or to obtain (for example, by means of screening devices, filtration devices and the like) decomposition products (eg, hydrogen, oxygen). It should be appreciated that this invention is not limited to the electrolysis of water, and the electrolysis of other mixtures that are compatible with VMJ is within the scope of this invention.
Фиг.14 изображает связанный способ 1400 электролиза воды посредством VMJ в соответствии с аспектом данного изобретения. При том, что приведенный в качестве примера способ изображен и описан здесь как последовательность блоков, отображающих различные события и/или действия, данное изобретение не ограничено изображенным порядком таких блоков. Например, некоторые действия или события могут происходить в различной последовательности и/или одновременно с другими действиями или событиями, в отличие от последовательности, здесь изображенной, в соответствии с изобретением. Кроме того, не все изображенные блоки, события или действия могут требоваться для применения способа в соответствии с данным изобретением. Более того, будет оценено то, что примерный способ и другие способы в соответствии с изобретением могут быть применены в связи со способом, изображенным и описанным здесь, также как и в связи с другими системами и установками, не изображенными или не описанными. Сначала на этапе 1410 раствор электролита вводится в контейнер, который содержит VMJ, где он полностью или большей частью погружен. Такая система затем подвергается воздействию падающего света на этапе 1420, и течет ток, генерируемый VMJ. Падающий свет может генерировать электролиз воды через раствор электролита на этапе 1430, и в любом месте, где достигается или превышается пороговое значение разложения воды (например, порядка 1,2 вольт), происходит электролиз. Например, на каждом отдельном элементе может генерироваться напряжение, равное 0,6 вольтам (например, для 1000 интенсивностей солнечного излучения), и между областями первого отдельного элемента и третьего отдельного элемента может произойти электролиз. Соответственно, различные устройства для сбора (например, мембраны, решетчатые пластины и им подобные) могут быть расположены между областями, где напряжение превышает пороговое значение для электролиза (например, порядка 1,6 вольт), и, таким образом, собирать получающийся газообразный водород на этапе 1440. Также следует оценить, что другие устройства для сбора, такие как сбор далее по ходу потока, также возможны.FIG. 14 depicts a
Фиг.15 изображает VMJ элемент, который может быть использован для электролиза в соответствии с аспектом данного изобретения. VMJ 1515 сам сформирован из множества соединенных вместе отдельных элементов 1511, 1517 (от 1 до n, где n является целым числом), где каждый отдельный элемент сам сформирован из сложенных подложек или слоев (не изображены). Например, каждый отдельный элемент 1511, 1517 может включать множество параллельных полупроводниковых подложек, сложенных вместе и состоящих из легированного примесями полупроводникового материала, который формирует PN переход и «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей в направлении таких PN переходов. Более того, путем использования буферных(ой) зон(ы) 1510, 1512 различные активные слои, такие как c nn+ и/или p+n переходами, расположенные на обоих концах VMJ элемента 1515 (и являющиеся частью его отдельных элементов), могут быть защищены от неблагоприятных видов давления и/или растяжения (например, от термического/механического сжатия, скручивания, напряжения, деформации и им подобного, которые могут быть приложены к VMJ в процессе его производства и/или работы). Каждая из таких буферных зон 1510, 1512 может быть сформирована с помощью материала, который имеет омический контакт очень малого сопротивления (например, в любом интервале с верхней границей менее чем порядка 0,5 Ом на см), при этом уменьшая и/или исключая нежелательное автолегирование. Например, буферные зоны 1510, 1512 могут быть сформированы путем использования пластин малого сопротивления, легированных p-типом, с другими примесями p-типа, такими как сплавы алюминия, чтобы снизить возможность автолегирования (по сравнению с применением пластин n-типа, которые могут создать нежелательные pn переходы, когда желательно создать омические контакты очень малого сопротивления). Материалы-катализаторы (например, платина, титан и им подобные) также могут быть использованы на концевых контактах VMJ, чтобы способствовать процессу электролиза, например.15 shows a VMJ cell that can be used for electrolysis in accordance with an aspect of the present invention.
Фиг.16 изображает отдельный аспект отдельного элемента 1600, структура которых может сформировать VMJ элемент. Отдельный элемент 1600 включает слои 1611, 1613, 1615, сложенные вместе в практически параллельную структуру. Такие слои 1611, 1613, 1615 могут также включать легированный примесями полупроводниковый материал, где слой 1613 является слоем одного типа электропроводности, а слой 1611 является слоем противоположного типа электропроводности, чтобы определить PN переход в месте соединения 1612. Также слой 1615 может быть слоем того же типа электропроводности, что и слой 1613, но со значительно большей концентрацией примесей, таким образом, генерируя «встроенное» электростатическое дрейфовое поле, которое увеличивает малую скорость перемещения носителей в направлении PN перехода 1612. Такие отдельные элементы могут быть соединены вместе для формирования VMJ (например, используя материал-катализатор для такой связи, чтобы усилить электролиз), который осуществляет электролиз, как подробно описано выше.16 depicts a separate aspect of an
В соответствии с другим аспектом, чтобы произвести VMJ из множества элементов 1600, сначала одинаковые PNN+ (или NPP+) переходы могут быть сформированы на глубине примерно от 3 до 10 мкм в плоских пластинах из кремния высокого сопротивления (например, более 100 Ом на см) N типа (или P типа), имеющих толщину, примерно равную 0,008 дюймам. Далее такие PNN+ пластины складываются вместе с тонким слоем алюминия, расположенным между ними, где PNN+ переход и кристаллическая ориентация каждой пластины могут быть направлены в одном направлении. Более того, алюминийкремниевые легкоплавкие сплавы могут быть использованы, или металлы, такие как германий и титан, или металлы, такие как молибден или вольфрам, которые имеют термический(ие) коэффициент(ы), которые практически совпадают с термическим коэффициентом кремния. Далее поверхности кремниевых пластин и алюминиевых сплавов могут быть сплавлены вместе таким образом, что наложенная структура может быть соединена (например, также включая материал катализатор). Следует оценить, что другой материал, такой как германий или вольфрам, может также быть использован. Также алюминийкремниевые легкоплавкие сплавы тоже могут быть использованы. Также следует оценить, что электролит должен выбираться так, чтобы он не оказывал неблагоприятного воздействия на работу VMJ и/или приводил к химическим реакциям, вредным для VMJ. Следует оценить, что различные легированные слои N+-типа и P-типа могут быть использованы как части отдельных элементов, и такие структуры входят в объем данного изобретения.In accordance with another aspect, in order to produce a VMJ from a plurality of
Фиг.17 изображает следующий аспект данного изобретения, который включает VMJ с текстурированной поверхностью, использованный для электролиза. Схематический вид в перспективе поверхности с бороздками 1700 изображен как часть многопереходного (VMJ) элемента с вертикальными переходами 1720 в соответствии с аспектом данного изобретения. Такая структура для структурирования 1700 позволяет преломленному свету быть направленным от p+ и n+ диффузных легированных областей, при том, что в то же время создаются желаемые носители. Соответственно, падающий свет может быть преломлен в плоскости 1710, имеющей нормальный вектор n. Такая плоскость 1710 параллельна плоскостям PN перехода VMJ 1720 и может включать конфигурацию с поперечным сечением бороздок 1700. Другими словами, ориентация плоскости 1710 практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов 1711, 1713, 1715. Такая поверхность с бороздками может увеличить эффективность процесса электролиза.17 depicts a further aspect of the present invention, which includes a textured surface VMJ used for electrolysis. A schematic perspective view of a
Фиг.18 изображает примерные текстуры для бороздок на поверхности VMJ, которая принимает на себя свет для электролиза электролита. Такие бороздки могут быть в виде бороздок углубленной формы, например, такой как конфигурации с поперечным сечением в форме «V», имеющей разные углы θ (например, 0°<θ<180°) конфигурации с поперечным сечением в форме «U» и им подобными, где плоскость, которая включает конфигурацию с поперечным сечением, практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов, которые формируют VMJ, и/или практически параллельна PN переходам VMJ. Следует оценить, что текстурирование 1810, 1820, 1830 для VMJ по данному изобретению отличается от известных в данной области техники текстур традиционных кремниевых фотоэлектрических элементов в области ориентации PN переходов и/или взаимодействия с падающим светом. Например, традиционные кремниевые фотоэлектрические элементы обычно текстурированы так, чтобы отклонить проникающий свет таким образом, чтобы больше волн, имеющих большую длину волны, поглощалось ближе к PN переходам (расположенным горизонтально) для лучшего токосъема носителями, и, следовательно, смягчить низкую спектральную чувствительность к большим длинам волн в спектре солнечного излучения. И напротив, это не требуется в VMJ данного изобретения, который включает вертикальные переходы и, следовательно, уже обеспечивает увеличенную спектральную чувствительность к более длинным волнам в спектре солнечного излучения.Fig. 18 depicts exemplary groove textures on a VMJ surface that receives light for electrolyte electrolysis. Such grooves can be in the form of grooves of a deepened shape, for example, such as a configuration with a cross section in the shape of “V” having different angles θ (for example, 0 ° <θ <180 °) of a configuration with a cross section in the shape of “U” and similar, where a plane that includes a cross-sectional configuration is substantially perpendicular to the direction of application of the individual elements that form the VMJ and / or substantially parallel to the PN junctions of the VMJ. It should be appreciated that the
Предпочтительно, один аспект применения бороздок с фиг.7 (например, бороздок в форме V) заключается в уменьшении основной части рекомбинационных потерь путем уменьшения объема основной части (по сравнению с поверхностями традиционных солнечных элементов с текстурой, которая уменьшает отражение или приближает отраженный или преломленный свет к переходам). В частности, VMJ элемент продемонстрировал лучший токосъем носителями как для коротких длин волн, так и для длинных длин волн, где чувствительность к коротким длинам волн наблюдается за счет исключения сильнолегированных горизонтальных переходов на верхней поверхности, а чувствительность к длинным длинам волн наблюдается в связи с увеличенной эффективностью сбора вертикальных переходов. В качестве другого примера, если вместо структуры бороздок углубленной формы в соответствии с данным изобретением другие текстуры (например, со случайной, пирамидальной, куполообразной или схожей выступающей конфигурацией) были бы использованы как часть VMJ, падающий свет начал бы преломляться во всех направлениях, что привело бы к поглощению света в p+ и n+ диффузных областях и, следовательно, к уменьшенной эффективности. Более того, отражающие покрытия могут быть применены к задней поверхности VMJ элемента с целью дальнейшего усиления поглощения света.Preferably, one aspect of the use of the grooves of FIG. 7 (for example, V-grooves) is to reduce the bulk of the recombination losses by reducing the bulk of the main portion (compared to surfaces of traditional solar cells with a texture that reduces reflection or approximates reflected or refracted light to transitions). In particular, the VMJ element demonstrated the best carrier current collection for both short wavelengths and long wavelengths, where sensitivity to short wavelengths is observed due to the exclusion of heavily doped horizontal transitions on the upper surface, and sensitivity to long wavelengths is observed due to the increased the efficiency of collecting vertical transitions. As another example, if instead of the structure of the grooves of the deepened shape in accordance with this invention, other textures (for example, with a random, pyramidal, domed or similar protruding configuration) would be used as part of the VMJ, the incident light would begin to refract in all directions, which led would to light absorption in p + and n + diffuse regions and, consequently, to reduced efficiency. Moreover, reflective coatings can be applied to the rear surface of the VMJ element to further enhance light absorption.
В другом аспекте данное изобретение относится к увеличенной эффективности фотоэлектрических элементов, например, солнечных элементов, в частности солнечных элементов высокой интенсивности, таких как освещаемые с края структуры или структуры с вертикальными переходами, которые могут иметь значительную большую выходную мощность при высоких уровнях интенсивности излучения. Различные конструкции ФЭ элементов, которые формируют отдельные элементы, использованные для производства VMJ фотоэлектрических элементов, предлагаются здесь с целью уменьшения рекомбинационных потерь фотогенерированных носителей с помощью структурированных контактов.In another aspect, this invention relates to an increased efficiency of photovoltaic cells, for example, solar cells, in particular high intensity solar cells, such as illuminated from the edge of a structure or structures with vertical transitions, which can have a significant high output power at high levels of radiation intensity. Various designs of PV elements that form the individual elements used to produce VMJ photovoltaic cells are proposed here to reduce the recombination losses of photogenerated carriers using structured contacts.
VMJ элемент имеет теоретическое значение собственного предела эффективности, превышающее 30% при 1000 интенсивностях солнечного излучения, так что дальнейшие улучшения производительности возможны при экспериментальном понимании и осознании сути из анализа имитаций и моделирования на компьютере. Хотя традиционные солнечные элементы, рассчитанные на одну интенсивность солнечного излучения, легко моделируются с хорошими результатами, используя аналитические уравнения, это не подходит для освещаемых с края VMJ элементов, работающих при высоких интенсивностях, так как при высоких интенсивностях даже воздействия второго порядка могут оказать значительное(ые) воздействие(я) на эффективность работы элемента. При том, что аспекты или особенности данного изобретения изображены с солнечными элементами, такие аспекты или особенности и связанные с ними преимущества, такие как уменьшение рекомбинационных потерь фотогенерированных носителей, могут быть использованы в других фотоэлектрических элементах, например, в термофотоэлектрических элементах, или элементах, возбуждаемых лазерным(и) источником(ами) фотонов. Более того, аспекты данного изобретения также могут быть использованы в других классах элементов, преобразующих энергию, таких как бета-электрических элементах.The VMJ element has a theoretical value of its own efficiency limit exceeding 30% at 1000 solar radiation intensities, so further performance improvements are possible with experimental understanding and understanding of the essence from the analysis of simulations and computer simulations. Although traditional solar cells, calculated on the same intensity of solar radiation, can easily be modeled with good results using analytical equations, this is not suitable for elements illuminated from the edge of the VMJ operating at high intensities, since at high intensities even second-order effects can have significant ( s) the impact (s) on the performance of the element. While aspects or features of the present invention are depicted with solar cells, such aspects or features and related advantages, such as reducing the recombination losses of photogenerated carriers, can be used in other photovoltaic cells, for example, thermophotovoltaic cells, or cells excited laser (s) source (s) of photons. Moreover, aspects of the present invention can also be used in other classes of energy converting elements, such as beta-electric elements.
Физика пары носителей электрон-дырка, получаемой в солнечных элементах при высоких интенсивностях, довольно сложна, так как задействованы многие физические параметры, включая, но не ограничиваясь этим: скорости поверхностной рекомбинации, подвижности и концентрации носителей, обратные токи насыщения излучателей (например, рассеяния), продолжительности жизни неосновных носителей, сужение запрещенной энергетической зоны, встроенные электростатические поля и различные механизмы рекомбинации. Подвижность резко уменьшается с увеличением плотности носителей, а рекомбинация Оже резко возрастает с интенсивностью в кубической зависимости от плотности носителей. Чтобы включить такие аспекты в моделирование производительности VMJ солнечного элемента, компьютерные имитации (например, двухмерный числовой компьютерный анализ перемещения фотогенерированного носителя в полупроводнике) могут обеспечить осознание сути физических параметров отдельных элементов с вертикальными переходами, или ФЭ элементов, работающих для работы при высоких интенсивностях. Такие имитации предоставляют возможность анализа и разработки для понимания возможных источников эффективности производительности и увеличения производительности VMJ элементов при высоких интенсивностях. Следует оценить то, что, хотя традиционные солнечные элементы для работы при одной интенсивности солнечного излучения легко моделируются с хорошими результатами при использовании простых аналитических уравнений, это не подходит для освещаемых с края фотоэлектрических VMJ элементов, работающих при высоких интенсивностях освещения, так как при высоких интенсивностях даже воздействия второго порядка могут оказать существенное воздействие на эффективность работы элемента.The physics of a pair of electron-hole carriers obtained in solar cells at high intensities is rather complicated, since many physical parameters are involved, including, but not limited to: surface recombination rates, carrier mobility and concentration, reverse saturation currents of emitters (e.g., scattering) , life spans of minority carriers, narrowing of the forbidden energy zone, built-in electrostatic fields and various recombination mechanisms. Mobility decreases sharply with increasing carrier density, and Auger recombination sharply increases with intensity in a cubic dependence on carrier density. To include such aspects in modeling the performance of a VMJ solar cell, computer simulations (for example, two-dimensional numerical computer analysis of the movement of a photogenerated carrier in a semiconductor) can provide an understanding of the essence of the physical parameters of individual elements with vertical transitions, or PV elements operating at high intensities. Such simulations provide the opportunity for analysis and development to understand the possible sources of performance efficiency and increase the performance of VMJ elements at high intensities. It should be appreciated that although traditional solar cells for working at the same intensity of solar radiation can easily be modeled with good results using simple analytical equations, this is not suitable for edge-illuminated photoelectric VMJ cells operating at high light intensities, since at high intensities even second-order effects can have a significant impact on the performance of an element.
Компьютерные имитации основаны на моделях расположенных контакт к контакту VMJ отдельных элементов, которые включены в структуру полупроводниковых отображающих физику специальных областей в VMJ отдельных элементах, где рекомбинационные потери фотогенерированных носителей имеют место при высоких интенсивностях. По меньшей мере, некоторые из таких областей представляют сложные механизмы потерь, которые зависят от интенсивности. Компьютерная(ые) имитация(ии) отображает области в ФЭ элементах или VMJ отдельных элементах, которые могут быть улучшены с целью уменьшения рекомбинационных потерь и увеличения производительности VMJ элементов. Аспекты данного изобретения предоставляют такие улучшения.Computer simulations are based on models of individual elements located contact to contact VMJ, which are included in the structure of semiconductor physics-specific regions in VMJ individual elements, where the recombination losses of photogenerated carriers occur at high intensities. At least some of these areas present complex loss mechanisms that depend on intensity. Computer simulation (s) displays areas in PV elements or VMJ individual elements that can be improved to reduce recombination losses and increase the performance of VMJ elements. Aspects of the present invention provide such improvements.
Сопротивление последовательного соединения считалось существенным источником разработки решений для традиционных солнечных элементов концентраторов. Конструкция VMJ фотоэлектрического элемента показала себя более чем достойно в этом отношении, демонстрируя то, что сопротивления последовательного соединения не являются проблемой даже при 2500 интенсивностях солнечного излучения. Тем не менее, в некоторых случаях может оказаться выгодно пойти на компромисс и увеличить сопротивление последовательного соединения с целью меньшего усложнения конструкции, для того чтобы увеличить эффективность VMJ фотоэлектрических элементов для фотоэлектрических концентраторов, работающих при порядка 1000 интенсивностях солнечного излучения.Series resistance was considered an essential source for developing solutions for traditional solar cell concentrators. The design of the VMJ photovoltaic cell proved to be more than worthy in this regard, demonstrating that the series resistance is not a problem even at 2500 solar radiation intensities. Nevertheless, in some cases it may be advantageous to compromise and increase the resistance of the series connection in order to reduce design complexity in order to increase the efficiency of the VMJ photovoltaic cells for photovoltaic concentrators operating at about 1000 solar radiation intensities.
Следует оценить, что конструкция для работы при значительно более высоких интенсивностях, таких как 2500 интенсивностей солнечного излучения, где VMJ элементы все еще способны работать эффективно, могут потребовать значительно белее требовательной и дорогой разработки системы концентратора в области оптики, структур, подачи солнечного освещения и теплового регулирования, при этом, скорее всего, не улучшая в целом производительность или экономичность. Таким образом, аспекты или особенности солнечных элементов и связанный(ые) с ними процесс(ы) их производства, предложенные в данном изобретении, могут увеличить производительность VMJ элементов высокой интенсивности, работающих в интервале 1000 интенсивностей солнечного излучения или выше. Увеличение эффективности может сделать VMJ солнечные элементы или другие солнечные элементы, которые задействуют аспекты данного изобретения, более эффективными с точки зрения стоимости и жизнеспособными, даже при том, что это может привести к привлечению дополнительных производственных операций и потенциальному увеличению сопротивления последовательного соединения для интенсивностей, больших 1000 интенсивностей солнечного излучения. Аспекты и особенности, здесь описанные, могут обеспечить соответствующие компромиссы при разработке, чтобы сделать системы фотоэлектрических концентраторов, использующих солнечные элементы, VMJ элементы или что-либо, где используются аспекты данного изобретения, более жизнеспособными и эффективными с точки зрения стоимости путем обеспечения производительности с более низким показателем $/ватт.It should be estimated that a design for operation at significantly higher intensities, such as 2500 solar intensities, where the VMJ elements are still able to work efficiently, may require a significantly whiter demanding and expensive development of a concentrator system in the fields of optics, structures, solar supply and thermal regulation, while most likely not improving overall productivity or profitability. Thus, aspects or features of solar cells and their associated production process (s) proposed in this invention can increase the performance of high intensity VMJ cells operating in the range of 1000 solar intensities or higher. Increased efficiency can make VMJ solar cells or other solar cells that incorporate aspects of the present invention more cost effective and viable, even though this can lead to additional manufacturing operations and a potential increase in series resistance for intensities greater than 1000 intensities of solar radiation. The aspects and features described herein can provide appropriate design tradeoffs to make solar cell systems, solar cells, VMJ cells or anything where aspects of the present invention are used more viable and cost effective by providing performance with more low rate of $ / watt.
Анализ компьютерного моделирования конструкции традиционного VMJ отдельного элемента, например, P+NN+ пластины с глубокими переходами, с использованием реальных параметров для хорошей обработки кремния (продолжительности жизни неосновных носителей, скорости поверхностной рекомбинации и т.д.) при интенсивностях более 500 интенсивностей солнечного излучения, продемонстрировал следующие процентные показатели рекомбинационных потерь для некоторых отдельных областей:Analysis of computer simulation of the design of a traditional VMJ single element, for example, a P + NN + plate with deep transitions, using real parameters for good silicon processing (lifetime of minority carriers, surface recombination rate, etc.) at intensities of more than 500 solar radiation intensities, demonstrated the following recombination loss percentages for some selected areas:
P+ диффузия 22,7%P + diffusion 22.7%
P+ контакт 5,3%P + contact 5.3%
N+ диффузия 32,8%N + diffusion 32.8%
N+ контакт 11,4%N + contact 11.4%
Таким образом, этот анализ предполагает, что сильно легированные P+ и N+ диффузные области излучения с их металлическими контактами отвечают за более чем половину всех рекомбинационных потерь в отдельных элементах, которые формируют VMJ солнечный элемент, и что оптимизированный диффузный N+ излучатель может отличаться по конструкции от оптимального диффузного P+ излучателя, отчасти в связи с разницей в подвижности. Относительная величина рекомбинационных потерь, возникающих в N+ и P+ областях, может быть изменена для N+PP+ отдельного(ых) элемента(ов) или P+NN+ отдельного(ых) элемента(ов) с поверхностным(и) P+N переходом(ами). В аспекте данное изобретение направлено на уменьшение рекомбинационных потерь в следующих диффузных областях с целью улучшения производительности VMJ элементов.Thus, this analysis suggests that heavily doped P + and N + diffuse radiation regions with their metal contacts are responsible for more than half of all recombination losses in the individual elements that form the VMJ solar cell, and that the optimized diffuse N + emitter may differ in design from the optimal diffuse P + emitter, partly due to the difference in mobility. The relative value of the recombination losses occurring in the N + and P + regions can be changed for N + PP + of the individual element (s) or P + NN + of the individual element (s) with the surface (s) P + N junction (s) ) In an aspect, the present invention is directed to reducing recombination losses in the following diffuse regions in order to improve the performance of VMJ cells.
Высокие значения продолжительностей жизни неосновных носителей и низкие значения скоростей поверхностной рекомбинации были успешно достигнуты при разработке традиционного VMJ элемента с напряжением разомкнутой цепи Voc=0,8 вольт на переход отдельного элемента при высоких интенсивностях. Voc определяется генерируемыми солнечным светом токами и обратными токами насыщения диффузных излучателей (Jo), при присутствии как P+N, так и NN+ переходов в отдельном(ых) элементе(ах) VMJ солнечного элемента, составляющих часть напряжения разомкнутой цепи. Оптимальные переходы с электрической точки зрения имеют наименьшее значение Jo; при использовании Jo=1x10-13 Асм-2, которое типично для низких значений обратных токов насыщения высокого качества в диффузных переходах, анализ показал, что диффузные глубины порядка от 3 до 10 мкм являются достаточными глубинами как для P+, так и для N+ диффузий, даже при принятии бесконечных скоростей рекомбинации на омических металлических контактах.High lifetimes of minority carriers and low surface recombination rates were successfully achieved when developing a traditional VMJ cell with an open circuit voltage V oc = 0.8 volts per transition of a single cell at high intensities. V oc is determined by the currents generated by sunlight and the return saturation currents of the diffuse emitters (J o ), in the presence of both P + N and NN + junctions in the individual solar cell element (s) VMJ, which form part of the open circuit voltage. Optimal transitions from the electrical point of view have the smallest value of J o ; when using J o = 1x10 -13 Asm -2 , which is typical for low values of high-quality reverse saturation currents in diffuse transitions, analysis showed that diffuse depths of the order of 3 to 10 μm are sufficient depths for both P + and N + diffusions , even when taking infinite recombination rates at ohmic metal contacts.
Следует отметить, что даже при том, что глубокие и постепенные NN+ диффузионные профили обеспечат встроенное электростатическое дрейфовое поле, которое увеличит малую скорость перемещения носителей в направлении барьера перехода для предельно возможного сбора и снижения рекомбинации в этой области, компьютерные имитации показывают, что увеличение NN+ перехода становится менее эффективным при более высоких интенсивностях, что может привести к большей рекомбинации в N+ области, как показано выше.It should be noted that even though deep and gradual NN + diffusion profiles will provide a built-in electrostatic drift field that increases the low velocity of carriers in the direction of the transition barrier for the maximum possible collection and reduction of recombination in this region, computer simulations show that an increase in the NN + transition becomes less effective at higher intensities, which can lead to greater recombination in the N + region, as shown above.
Эксперименты и компьютерное моделирование и имитация определили, что лучшие области для улучшения производительности относятся к уменьшению рекомбинационных потерь в областях сильнолегированных P+ и N+ диффузных и металлических контактов для работы VMJ отдельных элементов при высоких интенсивностях. Так как оксидная пассивированная поверхность высокого качества может иметь малую скорость рекомбинации, равную нескольким см/секунда, что существенно меньше, чем у металлических контактов, и, принимая, что дрейфовые поля, создаваемые диффузными профилями, становятся менее эффективными при больших интенсивностях, аспекты данного изобретения обеспечивают уменьшенную площадь металлического контакта и диффузную площадь посредством структурированного диэлектрического покрытия ФЭ элементов, или VMJ отдельных элементов, чтобы улучшить производительность VMJ солнечных элементов.Experiments and computer simulations and simulations have determined that the best areas for improving performance relate to the reduction of recombination losses in the areas of heavily doped P + and N + diffuse and metal contacts for the operation of VMJ individual elements at high intensities. Since a high-quality oxide passivated surface can have a low recombination rate of several cm / second, which is significantly lower than that of metal contacts, and assuming that the drift fields created by diffuse profiles become less effective at high intensities, aspects of this invention provide reduced metal contact area and diffuse area through a structured dielectric coating of PV elements, or VMJ individual elements, to improve the performance VMJ solar cell performance.
Со ссылкой на чертежи, фиг.19А изображает схему 1900 фотоэлектрического элемента 1910 со структурированным диэлектрическим покрытием 1920 между одной из поверхностей ФЭ элемента и металлическим контактом 1925. Отметим, что поверхности ФЭ элемента 1910, диэлектрического покрытия 1920 и металлического контакта 1925 изображены находящимися не в контакте для ясности. Тем не менее, в солнечном(ых) элементе(ах), рассматриваемом(ых) здесь, такие поверхности находятся в контакте. Структурированное диэлектрическое покрытие 1920 изображено в виде разъединенных эллиптических областей, собранных в периодическую структуру или решетку. ФЭ элемент 1910 обычно является пластиной из полупроводникового материала N-типа, где полупроводниковый материал является одним из Si, Ge, GaAs, InAs или другого полупроводникового соединения III-V группы, полупроводникового соединения II-VI группы, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe. Пластина может включать легированную P+ диффузную область 1916 (обозначенную как P+) на первой поверхности пластины и легированную N+ диффузную область 1914 (обозначенную как N+) на второй поверхности, практически параллельной первой поверхности. Толщина активного ФЭ элемента 1910 обеспечивается слоем N-типа (N) 1912 между диффузными легированными слоями 1914 и 1916. Толщина диффузных слоев 1914 и 1916 может быть в интервале от 3 до 10 мкм и определяется процессом легирования, используемого для ввода носителей в пластину из материала N-типа (например, пластину 1912). Включение диффузных легированных слоев может быть совершено с использованием практически любых легирующих средств, например, технологий и легирующих материалов, обычно используемых в обработке полупроводников. Легирующие материалы могут включать фосфор и бор для N+ и P+ легирования соответственно. С целью объяснения, поверхности между диффузными слоями N+ 1914 и P+ 1916 b слоем N-типа (N) 1912 идеализированы в виде очень грубой поверхности раздела; тем не менее, такие поверхности могут быть нестандартными, с областями смешивания между нейтральными и легированными материалами. Степень смешивания определяется, по меньшей мере, частично механизмом или средствами, используемыми для получения легированных диффузных областей.With reference to the drawings, FIG. 19A shows a
При том, что аспекты или особенности данного изобретения изображены для начальной пластины N-типа из полупроводникового материала как исходный элемент ФЭ элемента 1910, такие аспекты и особенности могут также применяться или выполняться в начальном внутреннем, например, номинально не легированном, исходном элементе ФЭ элемента 1910. Более того, в альтернативных или дополнительных вариантах исходный(ые) элемент(ы) P-типа может(гут) быть использован: ФЭ элемент 1910 может являться пластиной из легированного полупроводникового материала P-типа, которая может включать P+ диффузный слой 1916 на первой поверхности пластины и рядом с ней и N+ легированный диффузный слой 1914 на второй поверхности, практически параллельной первой поверхности, и рядом с ней, как описано выше.While aspects or features of the present invention are depicted for an N-type initial wafer of semiconductor material as a starting element of a
В аспекте данного изобретения структурированное диэлектрическое покрытие 1920 уменьшает формирование поверхности соединения металла и диффузного легированного слоя (например, поверхности соединения металла и N+ слоя 1914) на металлическом покрытии активного ФЭ элемента 1910, отверстия в структурированном диэлектрическом покрытии являются областями, где металл и диффузный легированный слой образуют поверхность соединения. Так как такие поверхности соединения имеют высокие рекомбинационные потери, уменьшение контакта металла и диффузного легированного слоя, таким образом, снижает потери фотогенерированных носителей (например, электронов или дырок), не связанные с излучением, с вызванным этим увеличением фотоэлектрической эффективности ФЭ элемента 1910. Кроме того, покрытие ФЭ элемента 1910, например, с диэлектрическим материалом, образует пассивацию состояний поверхности и, таким образом, уменьшает поверхностные рекомбинационные потери. Структурирование диэлектрического покрытия может быть проведено посредством фотолитографических технологий или практически любой другой технологии, которая делает возможным регулируемое структурирование диэлектрической поверхности, например, влажным травлением. Такие фотолитографические технологии обычно осуществляют формирование структуры в результате выполнения множества производственных этапов маскирования и удаления диэлектрического материала в диэлектрическом покрытии. Как вариант или дополнительно, структурирование покрытия может быть осуществлено с помощью технологий осаждения, например, парового осаждения, такого как химическое осаждение из паровой фазы (CVD), и его вариаций, усиленное плазмой CVD (PECVD), молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE) и т.д., в присутствии маски, которая закрывает отложенный материал с целью задать специальную структуру.In an aspect of the present invention, structured
Следует оценить, что слой диэлектрического покрытия 1920 может принимать различные планарные структуры и конфигурации, которые обеспечивают электрический контакт между N+- легированным диффузным слоем 1914 и металлическим контактом 1925. Как указано выше, в примерной схеме 1920 диэлектрическое покрытие 1920 принимает структуру квадратной решетки из эллиптических разъединенных областей. Другие решетки диэлектрических областей также могут быть сформированы. Такие решетки могут включать треугольную решетку, моноклинную решетку, гранецентрированную квадратную решетку или им подобные. Альтернативные или дополнительные структуры части(ей) диэлектрического материала внутри структурированного диэлектрического покрытия могут включать разъединенные или соединенные полосы диэлектрического материала. Следует отметить, что структурированное диэлектрическое покрытие, такое как покрытие 1920, может быть расположено между металлическим контактом 1935 и P+ диффузным легированным слоем 1916 (смотри, например, фиг.19В). Положение структурированного диэлектрического покрытия 1920 определяется нейтрально-легированным переходом, который имеет основные потери при рабочей интенсивности излучения в солнечном концентраторе или другой установке или устройстве для преобразования солнечной электроэнергии. Например, в ФЭ элементе 1910 (например, P+NN+ отдельном элементе) N+ диффузная область, или слой, и его контакты с металлом 1925 могут иметь значительно большие потери при больших интенсивностях электромагнитного излучения, таким образом, структурированное диэлектрическое покрытие 1920 в конфигурации, изображенной на схеме 1900, может иметь значительно менее дорогую конфигурацию для уменьшения рекомбинационных потерь (например, связанных с излучением или не связанных с излучением) и улучшения производительности ФЭ элемента 1910, особенно при высоких интенсивностях.It should be appreciated that the
Следует оценить, что практически любая структура диэлектрического материала (например, разъединенная структура отверстий, такая как пространство между диэлектрическими эллиптическими областями в диэлектрическом покрытии 1920) может снизить рекомбинационные потери в одном диффузном слое (например, N+ слое 1914), так как металлическое покрытие, наносимое на более позднем этапе, может гарантировать, что все или практически все открытые контактные области взаимно соединены при полном соединении со следующим плоским отдельным элементом в структуре VMJ элемента. Отдельный(е) элемент(ы), используемый(е) для производства VMJ фотоэлектрического элемента, как здесь описано, состоит из ФЭ элемента 1910, покрытого диэлектрической структурой и металлизированного, как описано выше. Таким образом, такой(ие) отдельный(ые) элемент(ы) отличается(ются) от традиционного(ых) отдельного(ых) элемента(ов), используемого(ых) для производства традиционных VMJ солнечных элементов. Отмечается, что более маленькая(ие) область(и) контакта между металлом и легированным слоем может(гут) привести к увеличению сопротивления последовательного соединения блока ФЭ элементов, такого как 1910, который формирует солнечный элемент; таким образом, обладающая преимуществом структура для уменьшения относительного значения площади контакта представляет собой высокую концентрацию близко расположенных более маленьких отверстий для оптимизации производительности для заданной интенсивности. Рекомбинационные потери могут включать рекомбинацию, связанную с излучением и не связанную с излучением, фотогенерированных носителей, где рекомбинация, не связанная с излучением, может включать рассеивание Оже, релаксацию носителя-фонона или им подобное. Скорость рекомбинации Оже увеличивается в кубической зависимости от плотности носителей, например, плотности фотогенерированных носителей; увеличение объема фотоэлектрического устройства в два раза может привести к шестнадцатикратному увеличению рекомбинационных потерь, когда учитывается основное рассеивание Оже. Таким образом, более тонкие пластины 1910 или практически любые модификации конструкции, которые делают ФЭ элемент 1910 более тонким, такие как использование структур, собирающих свет, с текстурированными поверхностями, такими как поверхности с бороздками в форме V, поверхности с бороздками в форме U..., или отражателей на задней стороне, могут быть использованы для уменьшения основной части рекомбинации Оже при высоких плотностях путем уменьшения толщины отдельных элементов, которые формируют VMJ фотоэлектрический элемент. Эффективность съема в ФЭ элементах может значительно увеличиться, когда VMJ отдельные элементы, которые сконструированы в соответствии с аспектами, здесь описанными, обеспечивают 50% уменьшение рекомбинационных потерь.It should be appreciated that almost any structure of the dielectric material (for example, a disconnected hole structure, such as the space between the dielectric elliptical regions in the dielectric coating 1920) can reduce the recombination losses in one diffuse layer (for example, N + layer 1914), since the metal coating applied at a later stage, it can guarantee that all or almost all open contact areas are mutually connected when fully connected to the next flat individual element in the jet round VMJ element. The individual element (s) used (e) for the production of the VMJ photovoltaic cell, as described herein, consists of a
Следует оценить, что практически любой диэлектрический материал может быть использован для диэлектрического покрытия 1920. В аспекте диэлектрическое покрытие может быть слоем термически образованного оксида, который имеет низкую скорость поверхностной рекомбинации. Также следует оценить, что, помещая электрические контакты на конце отдельного элемента или ФЭ элементов, выполненных на основе полупроводников (например, на основе Si) VMJ фотоэлектрических элементов со структурированными отверстиями в диэлектрике, может потребоваться полный электрический контакт, который может быть обеспечен с помощью кремния малого сопротивления, который термически совпадает или практически совпадает с коэффициентом теплового расширения отдельных элементов, или металла, такого как молибден или вольфрам, которые имеют термический(ие) коэффициент(ы), который(е) практически совпадает(ют) с термическим(ими) коэффициентом(амии) кремния. Аналогично для VMJ солнечного элемента, основанного на полупроводниковом материале или структуре, отличных от кремния, металлизация структурированного диэлектрического покрытия, например, 1920 или 1960, может быть осуществлена проводящим(и) материалом(ами), например, металлами или легированными полупроводниками малого сопротивления, которые имеют коэффициент(ы) теплового расширения, который(е) практически совпадает(ют) с термическим(и) коэффициентом(амии) полупроводникового материала отдельных элементов, которые формируют VMJ солнечные элементы.It should be appreciated that virtually any dielectric material can be used for
Со ссылкой на металлические слои, слой металлического контакта 1925 и слой металлического контакта 1935 могут быть разными. Например, первый металлический контактный слой (например, слой 1925) может включать легирующие добавки, а второй контактный слой (например, слой 1935) может включать диффузный барьер с целью предотвратить автолегирование.With reference to the metal layers, the
Фиг.19В является схемой 1950 фотоэлектрического элемента 1910 со структурированными покрытиями в обеих диффузных легированных областях. На схеме 1950 первое структурированное диэлектрическое покрытие 1920 расположено между N+ диффузным легированным слоем 1914 и первым металлическим контактом 1925, а второе структурированное диэлектрическое покрытие 1960 расположено между P+ диффузным легированным слоем 1916 и вторым металлическим контактом 1935. Аспекты диэлектрического покрытия 1960 практически те же, что и у диэлектрического покрытия 1920. Как упомянуто выше, слои металлического контакта 1925 и 1935 могут быть разными.19B is a 1950 diagram of a
Следует отметить, что снижение рекомбинационных потерь фотогенерированных носителей и связанное с этим увеличение производительности ФЭ элемента, обеспеченное введением второго структурированного диэлектрического покрытия, более весомо по сравнению с дополнительной сложностью и возможными дополнительными затратами на дополнительный(е) этап(ы) производства, связанными с приготовлением второго структурированного диэлектрического покрытия.It should be noted that the decrease in the recombination losses of photogenerated carriers and the associated increase in the efficiency of the PV element, provided by the introduction of a second structured dielectric coating, are more significant compared with the additional complexity and possible additional costs for the additional production step (s) associated with the preparation a second structured dielectric coating.
Чтобы гарантировать эффективную работу ФЭ элемента 1910 в фотоэлектрическом устройстве, первая структура в диэлектрическом покрытии 1920 должна быть коррелированна со второй структурой в покрытии 1960 таким образом, чтобы иметь набор из одного или более открытия(ий) и, с другой стороны, секции(ий) металлических слоев 1925. Когда структурированное диэлектрическое покрытие 1920 «сдвинуто по фазе» относительно структурированного диэлектрического покрытия 1960, а диэлектрические покрытия взаимно закрывают секцию(ии) соответствующих металлических слоев 1925, сопротивление у отдельных элементов в блоке ФЭ элементов 1910 увеличивается, и эффективность VMJ солнечного элемента уменьшается.In order to guarantee the effective operation of the
Дополнительно или как вариант, отверстия, сформированные через структурированное диэлектрическое покрытие 1920, могут иметь различный размер, например, различную площадь, которую занимают отверстия в диэлектрическом покрытии 1960. Например, может быть более желательно иметь площадь отверстий для N+ контактов более широкую, чем для P+ контактов в ФЭ элементе 1910 или P+NN+ отдельных элементах, чтобы более эффективно снижать общие потери, в частности, если имеют место более высокие потери в N+ диффузной области и металлических контактах. Как описано выше, такое различие в размерах отверстий может быть использовано или применено независимо от конкретной структуры диэлектрического покрытия.Additionally or alternatively, the holes formed through the structured
Фиг.19С изображает схему примерного набора исходных элементов и получаемого(ых) ФЭ элемента(ов), который(е) может(гут) быть произведен(ы) путем легирования в соответствии с аспектами, здесь описанными. Как указано выше, три типа исходных элементов (прекурсоров) могут быть использованы, чтобы произвести ФЭ элементы, которые обрабатываются, чтобы получить структурированное(ые) диэлектрическое(ие) покрытие(я) и металлический(ие) котакт(ы), как здесь описано: (I) легированный исходный элемент N-типа 1980, (II) легированный исходный элемент P-типа 1985 и (III) исходный элемент из собственного полупроводника 1990. Исходные элементы являются полупроводниковыми материалами, такими как Si, Ge, GaAs, InAs, или другими полупроводниковыми соединениями III-V группы, полупроводниковыми соединениями II-VI группы, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe. После легирования исходный элемент N-типа 1980 может стать ФЭ элементом 1982, который включает диффузную легированную область N+-типа и легированную область P+-типа, такой ФЭ элемент является ФЭ элементом 1910. Кроме того, легирование исходного элемента 1980 может привести к ФЭ элементу 1984, со слоями или областями диффузного легирования N-типа и P-типа. Исходный элемент 1985 делает возможным формирование ФЭ элементов 1986 и 1988 с N+ и P+ диффузными легированными слоями в ФЭ элементе 1986 и N+ диффузным легированием и легированием P-типа в элементе 1988. Различное легирование исходного элемента из собственного полупроводника 1990 приводит к получению ФЭ элементов 1992-1998. В ФЭ элементе 1992 включены области легирования P-типа и N-типа, ФЭ элемент 1994 включает легированные слои N+-типа и P-типа, ФЭ элемент 1996 включает легированные слои N-типа и P+-типа, а слои N+-типа и P+-типа включены в ФЭ элемент 1998. При том, что различные области легирования, вводимые в материалы исходных элементов 1980, 1985 и 1990, изображены вытянутыми областями, такие области могут быть пространственно ограничены или практически ограничены, как здесь описано. Различные ФЭ элементы, изображенные здесь, могут быть покрыты структурированным диэлектрическим материалом и металлизированы, как здесь описано, чтобы сформировать отдельный(е) элемент(ы), который(е) может(гут) складываться, чтобы получить единый (монолитный) фотоэлектрический элемент в соответствии с аспектами данного изобретения. В аспекте структурированные контакты, формируемые путем нанесения структурированного диэлектрического материала на P+NN+ ФЭ элементы или отдельные элементы, могут быть использованы для наземных ФЭ концентраторов, тогда как P+PN+ ФЭ элементы или отдельные ячейки могут быть более стойкими к излучению и, таким образом, могут использоваться для применения в космосе.Fig. 19C is a diagram of an exemplary set of starting elements and the resulting PV element (s) that (e) can (gut) be produced (s) by alloying in accordance with the aspects described herein. As indicated above, three types of starting elements (precursors) can be used to produce PV elements that are processed to obtain structured dielectric coating (s) and metallic (s) contact (s), as described herein : (I) an N-type doped
Фиг.20А является схемой 2000 поперечного сечения ФЭ элемента с одной структурированной поверхностью с диэлектрическим покрытием. В результате структуры диэлектрического материала секции 2005 диэлектрика отложены на N+ диффузный легированный слой 2014. Следует отметить, что дополнительная или альтернативная конфигурация ФЭ элемента со структурированным диэлектрическим покрытием на P+ диффузном легированном слое 2016 возможна. В ФЭ элементе, изображенном на схеме 2000, область N-типа 2012 разделяет диффузные легированные области 2014 и 2016. Как обсуждалось выше, такая конфигурация может быть эффективной при снижении рекомбинационных потерь, связанных с работой ФЭ элемента при высокой интенсивности.20A is a 2000 cross-sectional diagram of a PV element with one structured surface with a dielectric coating. As a result of the structure of the dielectric material, the
Фиг.20В изображает ФЭ элемент схемы 2030 после металлизации с металлическими контактами 2025 и 2035. Наличие областей структурированного диэлектрического покрытия 2005 на N+ диффузном слое 2014 уменьшает электрическую связь между электрическими контактами 2025 и 2035. Как обсуждалось выше, слои металлических контактов могут быть разными.Fig. 20B depicts a PV element of a
Фиг.20С изображает примерный вариант осуществления VMJ фотоэлектрического элемента 2060, где продолжительные отдельные элементы 20701-2070М (M является целым числом), наложенные вдоль направления 2080, используют одностороннее асимметричное структурированное диэлектрическое покрытие (например, покрытие с диэлектрическими областями 2005) на N+ диффузном легированном слое. VMJ солнечный элемент, который получается из блока отдельных элементов 2070λ (λ=1, 2... M), которые являются ФЭ элементами, является единой (например, соединенной вместе), расположенной вдоль оси структурой. В аспекте на основе полупроводникового материала отдельного(ых) элемента(ов) два класса VMJ фотоэлектрических элементов могут быть сформированы: (а) однородный и (b) неоднородный. В (а) отдельный(е) элемент(ы) 20701 - 2070М основан(ы) на одинаковых исходных элементах, в то время как в (b) отдельный(е) элемент(ы) основан(ы) на разных исходных элементах. Разные исходные элементы могут быть основаны на одинаковых полупроводниковых структурах, например, Si, Ge, GaAs, InAs или других полупроводниковых структурах III-V групп, полупроводниковых структурах II-VI групп, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe, но отличаются типом легирования или, для структур сплавов, концентрацией сплавов. Неоднородные VMJ фотоэлектрические элементы могут задействовать различные части спектра излучения источника электромагнитного излучения, например, спектра излучения солнечного света. VMJ солнечный элемент может выдавать последовательное напряжение ∆V≈M∙∆Vc вдоль направления 2080, где ∆Vc является напряжением в составляющей ФЭ элемента 2070λ. В аспекте М~40 обычно используется, чтобы сформировать VMJ солнечный элемент. 1 см2 VMJ с M~40 может выдавать порядка 25 вольт при нормальных рабочих условиях, таких как падающий поток фотонов, длина волны излучения, температура и им подобные. Следует оценить то, что производительность блока ФЭ элементов ограничена ФЭ элементов с наименьшей производительностью, так как такой элемент является узким местом в последовательном соединении при выдаче тока; то есть выход тока уменьшается до значения выхода тока отдельного элемента с самой низкой производительностью. Таким образом, чтобы оптимизировать производительность, блоки активных ФЭ элементов или отдельных элементов, которые формируют VMJ фотоэлектрический элемент, могут совпадать по току или практически совпадать по току на основании характеристики производительности, снятой на испытательной установке при условиях (например, длине(ах) волн излучения, степени концентрации), практически идентичных тем, что предполагаются при нормальных рабочих условиях системы солнечного коллектора в полевых условиях. Ток, который совпадает, является током, вырабатываемым ФЭ элементом или отдельным элементом после преобразования солнечной энергии в электрическую.Fig. 20C depicts an exemplary embodiment of a VMJ photovoltaic cell 2060, where the long individual cells 2070 1 -2070 M (M is an integer) superimposed along the
Кроме того, единый блок ФЭ элементов 20701 - 2070м, который формирует VMJ солнечный элемент, может быть обработан, например, распилен, обрезан, протравлен, отслоен или тому подобное, для того, чтобы открыть или практически открыть особую кристаллическую плоскость (qrs) с миллеровскими индексами q, r, s, которые являются целыми числами, солнечному свету, когда VMJ солнечный элемент является частью ФЭ модуля или устройства. В аспекте, чтобы достичь существенной пассивации состояний поверхности, особая(ые) кристаллическая(ие) плоскость(и) может(гут) являться плоскостями (100). Фиг.20D изображает VMJ ФЭ элемент 2090, полученный наложением ФЭ элементов или отдельных элементов 2092 со структурированными контактами в виде, представленном на фиг.20С, VMJ ФЭ элемент обработан, чтобы открывать особую кристаллическую поверхность (qrs), обозначенную нормальным вектором 2094, направленным в направлении <qrs>. Отмечается, что любые ФЭ элементы со структурированными контактами, описанные здесь, могут быть использованы, чтобы сформировать VMJ ФЭ элемент, который открывает кристаллическую плоскость (qrs). Кроме того, в качестве части обработки и на основании направления <qrs> часть 2096 VMJ ФЭ элемента может быть удалена, чтобы создать плоскую поверхность, чтобы способствовать или делать возможным использование VMJ ФЭ в ФЭ устройстве или модуле.In addition, a single block of PV elements 2070 1 - 2070 m , which forms a VMJ solar cell, can be processed, for example, sawn, cut, pickled, peeled or the like, in order to open or practically open a special crystal plane (qrs) with Miller indices q, r, s, which are integers, to sunlight, when the VMJ solar cell is part of a PV module or device. In an aspect, in order to achieve substantial passivation of surface states, the particular crystalline (s) plane (s) may (gut) be (100) planes. 20D depicts a VMJ PV element 2090 obtained by superimposing PV elements or
Фиг.21А является схемой, которая изображает примеры структур(ы) диэлектрического покрытия ФЭ элемента. Структуры 2130 и 2140 относятся к структурам на первой и второй поверхностях ФЭ элемента. Отверстия в диэлектрическом покрытии представляют собой линии или полосы с установленной шириной w 2135 и шаговым разделением друг от друга wp 2145. В аспекте такая структура отверстий в структурированном диэлектрическом покрытии обеспечивает уменьшение контактной площади на (1+w/wp)-1; например, когда w=wp, уменьшение составляет 50% уменьшения контактной площади. Тем не менее, уменьшение контактной площади может привести к увеличению сопротивления последовательного соединения, предпочтительная структура линий или полос для уменьшения относительной контактной площади имеет высокую плотность близко расположенных отверстий в виде маленьких линий или полос. Плотность может изменяться с целью оптимизации производительности для данной интенсивности излучения, при которой ФЭ элемент предположительно работает в качестве части солнечного элемента, ФЭ элемента в ФЭ модуле. Дополнительные или альтернативные структуры на противоположных поверхностях ФЭ элемента 1910 или пластины также возможны и являются преимуществом. Как изображено, отверстия в виде линий или полос могут быть сделаны на противоположных сторонах каждого ФЭ элемента 1910 или пластины и отклонены на 90 градусов от одной стороны к другой; то есть полосы в структурированном диэлектрическом покрытии 2130 ориентированы под углом 135 градусов относительно направления <100>, в то время как полосы в структурированном материале 2140 находятся на линии под углом в 45 градусов относительно <100>. Отмечается, что другие схожие отклонения также возможны и являются преимуществом. Более того, как указано выше, отверстия, сформированные через структурированное диэлектрическое покрытие 2130, могут отличаться по размеру, например, в пределах разных областей, которые отверстия создают в диэлектрическом покрытии 2140. Например, в общем может быть более желательно иметь области отверстий для N+ контактов более широкие, чем для P+ контактов в ФЭ элементе с P+NN+ отдельным(и) элементом(амии), чтобы более эффективно снизить общие потери, в особенности, когда имеют место большие потери в N+ диффузных областях и металлических контактах. В качестве альтернативы, может быть желательно использовать области отверстий для P+ контактов более широкие, чем для N+ контактов, чтобы уменьшить рекомбинационные потери в N+PP+ отдельном(ых) элементе(ах) (например, ФЭ элементе 1986).Figa is a diagram that depicts examples of structures (s) of the dielectric coating of the PV element.
При производстве многопереходного(ых) солнечного(ых) элемента(ов) с вертикальными переходами, который(ые) включает(ют) сложение и сплавление ФЭ элементов со структурированными поверхностями, описанных здесь, диэлектрические области с различной ориентацией при соединении с металлическим покрытием могут сформировать контактные точки малого сопротивления в заданной структуре. В аспекте контактные точки, которым способствовали отверстия в диэлектрическом покрытии 2130 и 2140, направлены прямо по линии и расположены близко друг к другу в регулируемой структуре с P+ контактами одной пластины соединенными в точках с N+ контактами следующей пластины с целью поддержания низкого сопротивления последовательного соединения в законченных VMJ элементах. Как описано выше, в аспекте производимые VMJ элементы могут быть распилены, чтобы иметь предпочтительную <100> кристаллическую ориентацию на освещенной поверхности для того, чтобы установить более низкие степени пассивации поверхности. Таким образом, как изображено на фиг.21А, относительная ориентация линий или полос на первой поверхности структурированного ФЭ элемента может быть относительно смещена на угол γ, такой как 90 градусов, от линий или полос на второй поверхности, где первая и вторая поверхности включают направление кристаллов <100>, например, нормальное к кристаллической плоскости (100). Другие ориентации линий или полос также возможны и являются преимуществом. Также относительное смещение γ линий и полос на разных поверхностях может быть использовано. В аспекте смещение γ является определенным действительным числом; например, структуры диэлектрического покрытия не соединены взаимно на различных поверхностях. Кроме того, так как VMJ фотоэлектрические элементы, здесь описанные, могут быть обработаны, чтобы открыть или практически открыть любую кристаллическую плоскость (qrs), полосы в диэлектрическом покрытии могут быть ориентированы под углом относительно кристаллических направлений <qrs> с миллеровскими индексами q, r и s. В частности, полосы в структурированном диэлектрическом покрытии на первой поверхности могут включать полосы, ориентированные под первым углом α относительно <qrs>, в то время как полосы в структурированном диэлектрическом покрытии на второй поверхности могут быть ориентированы под вторым углом β (α≠β) относительно <qrs>, таким образом, обеспечивая смещение γ=α-β.In the manufacture of multi-junction (s) solar cell (s) with vertical transitions, which (s) include the addition and fusion of PV elements with structured surfaces described herein, dielectric regions with different orientations when connected to a metal coating can form contact points of low resistance in a given structure. In an aspect, the contact points facilitated by the holes in the
Фиг.21В изображает вид в поперечном сечении схемы ФЭ элемента 2150 со структурами диэлектрического покрытия, расположенными как на P+ диффузном легированном слое 2176, так и на N+ диффузном легированном слое 2174. В ФЭ элементах 2150 область N-типа 2172 отделяет диффузные легированные области 2014 и 2016. Изображенное поперечное сечение является срезом, который изображает соединение диэлектрических областей на первой поверхности, например, диэлектрических областей 2155, с диэлектрическими областями на второй поверхности, например, диэлектрическими областями 2165. Следует оценить, что другие поперечные сечения срезов могут отобразить не соединенные области диэлектрического материала первой поверхности и второй поверхности. Как обсуждалось выше, такое соединение способствует удерживанию сопротивления последовательного соединения в ФЭ элементах 2150 при сложении с целью формирования VMJ солнечного элемента, так как металлический контакт P+ диффузного легированного слоя может совпадать с металлическим контактом наложенного далее N+ диффузного легированного слоя, как изображено на фиг.21С. Следует оценить то, что, как указано выше, пространство между диэлектрическими областями 2155 может отличаться от пространства между диэлектрическими областями 2165.FIG. 21B is a cross-sectional view of a PV circuit of an
Фиг.22 изображает вид в поперечном сечении схемы примерного ФЭ элемента 2200 с областями диэлектрического покрытия 2205, полученными путем отложения структурированного диэлектрического покрытия 2202, которое способствует или делает возможным уменьшить, по меньшей мере, область металлического контакта на поверхности ФЭ элемента на его металлическом покрытии. В ФЭ элементе 2200 N+ диффузная(ые) область(и) 2214 структурирована(ы) с целью уменьшения объема легированного слоя и, таким образом, снижения рекомбинационных потерь фотогенерированных носителей. Области N+ могут быть определены структурами отверстий в структурированном диэлектрическом покрытии; например, N+ диффузная(ые) область(и) 2214 может(гут) представлять собой полосы, ориентированные вдоль шагового(ых) разделения(ий) в структуре с полосами диэлектрического покрытия 2202. Такие области формируются путем использования областей диэлектрического покрытия 2205 в качестве маски, чтобы регулировать или управлять N+ легированием. На основании, по меньшей мере, части структурированного диэлектрического покрытия 2202 и конфигурации отложенных областей 2205 N+ диффузная(ые) легированная(ые) область(и) или объемы(ы) 2214 могут быть полностью ограничены или почти ограничены, например, ограничены в двух или меньше направлениях и проходящие в третьем направлении. В особенности ФЭ элемента 2200 области материала N-типа 2212 дополняются N+ диффузными легированными областями 2214. Кроме того, область P+ диффузного легирования 2216 не покрыта структурированным диэлектрическим материалом.FIG. 22 is a cross-sectional view of a circuit of an
После металлизации, например, после того, как P+ диффузный слой 2216 и структурированная поверхность ограниченной разъединенной N+ диффузной легированной области (например, набор областей 2214) покрыты металлическим контактом, набор металлизированных ФЭ элементов может быть соединен и обработан, например, припаян или сплавлен на этапе производства высокой температуры, чтобы сформировать VMJ фотоэлектрический элемент с уменьшенными рекомбинационными потерями в соответствии с аспектами, здесь описанными.After metallization, for example, after the P + diffuse
Фиг.23А изображает вид в поперечном сечении схемы ФЭ элемента 2300 со структурами диэлектрического покрытия, нанесенными на противоположные диффузные легированные области. В аспекте первая структура диэлектрического покрытия (например, структура с полосами 2330, ориентированными вдоль направления, на 135 градусов повернутого относительно кристаллического направления <100>) используется, чтобы уменьшить площадь металлического контакта в первой диффузной легированной области, в то время как вторая структура диэлектрического покрытия (например, структура с полосами 2340, ориентированными на 45 градусов относительно кристаллического направления <100>). Как N+, так и P+ диффузные легированные области могут включать соответственно легированные области 2314 и 2316, ограниченные в двух или более направлениях. Отверстия в структурах диэлектрического покрытия могут служить в качестве масок для получения диффузных легированных слоев с уменьшенным объемом; отверстия, сформированные между областями 2305 и 2325 покрытого диэлектрика. Уменьшение поверхности металлического контакта и объема легированных областей при обоих диффузных легированных слоях может обеспечить улучшенное уменьшение рекомбинационных потерь носителей относительно диэлектрического покрытия и величины уменьшения легирования одной легированной области. Как обсуждалось ранее, выгода при улучшенной ФЭ производительности VMJ, произведенного со структурированными ФЭ элементами или отдельными элементами, более существенна по сравнению с дополнительной сложностью производства и затрат, связанных со структурированием поверхностей. Более того, отверстия, сформированные в структурированном диэлектрическом покрытии 2330, могут отличаться по размеру, например, в различных областях, от отверстий, образованных в диэлектрическом покрытии 2340, для того, чтобы лучше контролировать рекомбинационные потери, возникающие в диффузных легированных областях. Например, может быть более желательно иметь отверстия, которые обеспечивают большие N+ легированные области, чем те, что обеспечивают P+ легированные области, чтобы более эффективно снижать общие потери, особенно когда имеют место большие потери в N+ диффузной области и металлических контактах.FIG. 23A is a cross-sectional view of a PV circuit of an
Фиг.23В изображает поперечное сечение структурированного ФЭ элемента 2350 со слоями металлического контакта 2365 и 2375, которые могут существенно отличаться от тех, что обсуждались выше. Изображенное поперечное сечение среза отображает металлические области 2365 (например, между пространствами диэлектрического материала) на поверхности N+ диффузного легированного слоя, соединенные с металлическими областями 2375 (например, область между пространствами диэлектрического материала) на поверхности P+ диффузного легированного слоя. В ФЭ элементе 2350 легированные области формируются в исходном элементе N-типа. Набор структурированных ФЭ элементов 2350 может быть сложен и обработан для формирования VMJ солнечных элементов с улучшенной производительностью.Figv depicts a cross section of a
Фиг.24 представляет изображение в перспективе примерного варианта осуществления текстурированного многопереходного (VMJ) фотоэлектрического элемента 2405 с вертикальными переходами с текстурированной поверхностью, который формируется путем наложения отдельных элементов 24101 - 241010 вдоль направления, нормального к плоскости отдельного(ых) элемента(ов); причем каждый отдельный элемент 2410k, с k=1, 2,...10 состоит из ФЭ элемента со структурированным диэлектрическим покрытием и металлическим контактом, как здесь описано. При том, что в примерном текстурированном ФЭ элементе 2405 изображен набор из 10 отдельных элементов, отмечается, что текстурированные фотоэлектрические элементы могут включать M отдельных элементов, где М является положительным целым числом. Отдельный(ые) элемент(ы) в текстурированном VMJ фотоэлектрическом элементе, например, 2410k, может быть помещен в отдельный(е) элемент(ы) 2070λ, 2180λ или 2350, или любой(ые) другой(ие) отдельный элемент, получаемый, как здесь описано. В фотоэлектрическом элементе 2405 текстурированная поверхность 2412 является поверхностью с бороздками в форме V; тем не менее, другие бороздки или углубления различных форм могут быть сформированы, например, бороздки в форме U. Текстурированная поверхность формируется на плоскости (qrs), которая выставлена или практически выставлена для электромагнитного излучения в результате обработки единого блока отдельных элементов или ФЭ элементов со структурированными металлическими контактами, описанными в настоящей заявке; смотри, например, фиг.20D. Падающий свет может быть преломлен в плоскости 2430, имеющей нормальный вектор n 2432. Такая плоскость 2430 параллельна поверхности(ям) отдельного(ых) элемента(ов) 2410k, на который(е) нанесен структурированный диэлектрический материал, и может включать конфигурацию поперечного сечения бороздок 2415, плоскость 2430 практически перпендикулярна направлению наложения отдельных элементов 2410k. Текстурирование поверхности единого блока отдельных элементов 2410k, что приводит к текстурированной поверхности 2412, делает возможным направлять преломленный свет от P+ и N+ диффузных легированных областей, не препятствуя фотогенерации носителей, таким образом эффективно делая отдельные элементы, которые составляют текстурированный фотоэлектрический элемент 2405, тоньше и уменьшая рекомбинационные потери, как указано выше. Более того, антиотражающее покрытие может быть использовано на текстурированной поверхности 2410, чтобы увеличить поглощение элементом падающего света.24 is a perspective view of an exemplary embodiment of a textured multi-junction (VMJ)
Принимая во внимание примерные системы и элементы, описанные выше, примерные способы, которые могут быть использованы в соответствии с раскрытым объектом изобретения, могут быть лучше оценены со ссылкой на схемы производственного процесса на фиг.25-27. С целью упрощения объяснения способы, предложенные и описанные здесь, представлены и описаны как последовательность этапов; тем не менее, следует понять и оценить то, что описанные и приведенные в формуле изобретения объекты изобретения не ограничены последовательностью этапов, так как некоторые этапы могут осуществляться в другом порядке и/или одновременно с другими этапами из тех, что изображены и описаны здесь. Например, следует понять и оценить, что способ, описанный здесь, может быть альтернативно представлен последовательностью взаимосвязанных действий или событий, такой как диаграмма состояний или диаграмма взаимодействий. Более того, не все изображенные этапы могут требоваться для применения примерного способа в соответствии с данным изобретением. Кроме того, примерные способы, описанные здесь, могут быть применены совместно, чтобы понять одну или более особенностей или преимуществ.Considering the exemplary systems and elements described above, exemplary methods that can be used in accordance with the disclosed subject matter of the invention can be better appreciated with reference to the flowcharts of FIGS. 25-27. In order to simplify the explanation, the methods proposed and described herein are presented and described as a sequence of steps; nevertheless, it should be understood and appreciated that the objects of the invention described and cited in the claims are not limited by the sequence of steps, since some steps can be carried out in a different order and / or simultaneously with other steps of those depicted and described here. For example, it should be understood and appreciated that the method described herein may alternatively be represented by a sequence of interrelated actions or events, such as a state diagram or interaction diagram. Moreover, not all of the steps depicted may be required to apply the exemplary method in accordance with this invention. In addition, the exemplary methods described herein can be applied together to understand one or more features or advantages.
Фиг.25 является схемой производственного процесса примерного способа 2500 для производства VMJ солнечных элементов с уменьшенными рекомбинационными потерями носителей в соответствии с аспектами, здесь раскрытыми. Данный примерный способ не ограничен солнечными элементами и также может быть использован для производства любого или практически любого фотоэлектрического устройства. Один или более компонент(ы) или модуль(и), описанные здесь, могут влиять на данный примерный способ 2500. На этапе 2510 ряд поверхностей фотоэлектрического элемента (например, ФЭ элемента 1910) структурируется диэлектрическим покрытием. Структурирование ФЭ элемента диэлектрическим покрытием включает использование любой подходящей технологии для создания одного или более диэлектрических покрытий, обсужденной выше. В качестве примера структурирование может быть осуществлено с помощью технологий отложения и фотолитографии. В качестве другого примера технологии травления также могут быть использованы, чтобы пополнить или дополнить используемые протоколы структурирования. Практически любой или любой диэлектрический материал может быть использован для покрытия ряда поверхностей. На этапе 2520 металлический контакт откладывается на одну или более структурированных поверхностей ФЭ элемента. Альтернативное или дополнительное осуществление этапа 2530 может включать отложение омического контакта или проводящего контакта на одну или более структурированных поверхностей ФЭ элемента. Материал для металлического контакта или омического контакта может являться практически любым или любым проводящим материалом, например, легированным полупроводником малого сопротивления или металлом. В аспекте проводящий материал, предпочтительно, имеет термический(ме) коэффициент(ы), который(ые) практически совпадает(ют) с термическим(и) коэффициентом(ами) полупроводникового материала ФЭ элемента. В другом аспекте проводящий материал имеет характеристики соединения, которые способствуют сложению структурированных и металлизированных ФЭ элементов. Еще в одном аспекте структура(ы) покрытия(ий) диэлектрического материала гарантирует(ют) то, что металлизация противоположных поверхностей приводит к образованию областей малого сопротивления путем соединения металлических областей на разных поверхностях (например, отклоненные на 90 градусов отверстия в форме полос в структурах 2330 и 2340 приводят к образованию областей металлического контакта, соединенных вдоль направления наложения (например, направления z 2080)). На этапе 2530 ряд структурированных металлизированных элементов складывается с целью формирования VMJ солнечного элемента. Следует оценить, что такие ФЭ элементы могут включать ограниченные области диффузного легирования, как обсуждалось выше. На этапе 2540 сформированный VMJ солнечный элемент обрабатывается, чтобы способствовать развертыванию ФЭ устройства, оптимизировать фотоэлектрическую эффективность или для достижения и того, и другого. Такая обработка может включать различные производственные этапы или процессы, такие как процесс обрезания, процесс полировки, процесс очистки, соединяющие процессы и им подобные. Такие процессы могут быть направлены, по меньшей мере отчасти, на открытие особой кристаллической поверхности солнечному свету, когда сформированный VMJ солнечный элемент используется в ФЭ устройстве. В одном примере обработка включает VMJ элемент(ы), сформированный(ые) обрезанием таким образом, чтобы открыть или практически открыть <100> кристаллические плоскости солнечному свету с целью установить меньшие степени пассивации поверхности.25 is a flowchart of an
Фиг.26 является схемой производственного процесса примерного способа 2600 для производства солнечных элементов с уменьшенными рекомбинационными потерями носителей в соответствии с аспектами, здесь описанными. Данный примерный способ 2600 не ограничен производством солнечных элементов; примерный способ 2600 может быть также использован для производства любого или практически любого фотоэлектрического элемента. Один или более компонент(ы) или модуль(и), описанные здесь, могут влиять на данный примерный способ 2600. На этапе 2510 ряд поверхностей фотоэлектрического элемента (например, ФЭ элемента 1910) структурируется диэлектрическим покрытием. Структурирование ФЭ элемента диэлектрическим покрытием включает использование любой подходящей технологии для создания одного или более диэлектрических покрытий, обсужденной выше. В качестве примера структурирование может быть осуществлено с помощью технологий отложения и фотолитографии. В качестве другого примера технологии травления также могут быть использованы, чтобы пополнить или дополнить используемые протоколы структурирования. Практически любой или любой диэлектрический материал может быть использован для покрытия ряда поверхностей. На этапе 2620 структурированное диэлектрическое покрытие может быть использовано для формирования ограниченных областей диффузного легирования в ФЭ элементе. Структурированное диэлектрическое покрытие может быть использовано в качестве маски, которая определяет степень ограничения легированных областей. В одном из аспектов ограничение легированных областей может быть двухсторонним, с легированием, в основном проходящим в одном направлении и ограниченном в двух противоположных направлениях. Ограничение областей легирования может также быть практически трехсторонним, где легирование в ФЭ элементе ограничено рядом из одной или более локализованных областей, значительно меньших, чем размер ФЭ элемента (смотри, например, фиг.22). В качестве примера структура диэлектрического материала с полосами (например, структура 2330) при использовании в качестве маски для легирования может привести к диффузным легированным слоям, которые практически ограничены в двух направлениях, например, направлении диффузии в сторону центра пластины номинального нелегированного полупроводникового материала и направлении, нормальном к шагу или полосе структурированного покрытия. Ограниченные области диффузного(ых) легированного(ых) слоя(ев) уменьшают их объем и снижают рекомбинационные потери фотогенерированных носителей.FIG. 26 is a flowchart of an
На этапе 2630 омический контакт откладывается на одну или более из структурированных поверхностей ФЭ элемента. В качестве материала для омического контакта может быть использован практически любой или любой проводящий материал, например, легированный полупроводник малого сопротивления или металл. В аспекте проводящий материал практически совпадает по значению термического(их) коэффициента(ов) с полупроводниковым материалом, например, Si, Ge, GaAs, InAs или другой полупроводниковой структурой III-V групп, полупроводниковой структурой II-VI групп, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe..., ФЭ элемента и подходит для сплавления. Как указано выше, структура(ы) покрытия(ий) из диэлектрического материала гарантирует, что отложение омического контакта на противоположные структурированные поверхности приводит к образованию областей малого электрического сопротивления путем соединения металлизированных областей на разных поверхностях (например, отклоненные на 90 градусов отверстия в форме полос в структурах 2330 и 2340 приводят к образованию областей металлического контакта, соединенных в направлении наложения (например, в направлении z 2080)).At 2630, an ohmic contact is deposited on one or more of the structured surfaces of the PV element. Practically any or any conductive material, for example, a low-resistance doped semiconductor or metal, can be used as a material for ohmic contact. In an aspect, the conductive material practically coincides in value of the thermal coefficient (s) with a semiconductor material, for example, Si, Ge, GaAs, InAs or another semiconductor structure of III-V groups, semiconductor structure of II-VI groups, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe ..., PV element and suitable for fusion. As indicated above, the structure (s) of the coating (s) of the dielectric material ensures that the deposition of ohmic contact on opposite structured surfaces leads to the formation of areas of low electrical resistance by connecting metallized areas on different surfaces (for example, strip-shaped holes deflected 90 degrees in
На этапе 2640 набор структурированных металлизированных фотоэлектрических элементов складывается для формирования солнечного элемента. Набор фотоэлектрических элементов, которые формируют солнечный элемент, включает М элементов, где М является натуральным числом, определенным, по меньшей мере частично, нужным рабочим напряжением солнечного элемента. В аспекте набор ФЭ элементов может быть однородным или неоднородным. В однородном наборе каждый элемент или отдельный элемент набора основан на одинаковых исходных элементах, в то время как в неоднородном наборе каждый элемент основан на разных исходных элементах. Разные исходные элементы могут быть основаны на одинаковых полупроводниковых структурах, например, Si, Ge, GaAs, InAs или других полупроводниковых структурах III-V групп, полупроводниковых структурах II-VI групп, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe, но отличаются типом легирования или, для структур сплавов, концентрацией сплавов. Кроме того, такие структурированные металлизированные ФЭ элементы включают ограниченные области диффузного легирования, как обсуждалось выше. На этапе 2650 солнечный элемент обрабатывается, чтобы способствовать развертыванию ФЭ устройства, оптимизировать фотоэлектрическую эффективность или для достижения и того, и другого. Такая обработка может включать различные производственные этапы или процессы, такие как процесс обрезания, процесс полировки, процесс очистки, соединяющие процессы и им подобные. Такие процессы могут быть направлены, по меньшей мере, отчасти, на открытие особой кристаллической поверхности солнечному свету, когда сформированный солнечный элемент используется в ФЭ устройстве. В одном примере обработка включает VMJ элемент(ы), сформированный(ые) обрезанием таким образом, чтобы открыть или практически открыть (100) кристаллические плоскости солнечному свету с целью установить меньшие степени пассивации поверхности. Следует оценить то, что солнечный элемент может быть обработан, чтобы открыть или практически открыть другие кристаллические поверхности, например, (qrs) плоскости, такие как (311).At 2640, a set of structured metallized photovoltaic cells is added to form a solar cell. The set of photovoltaic cells that form the solar cell includes M cells, where M is a natural number determined, at least in part, by the desired operating voltage of the solar cell. In an aspect, the set of PV elements may be homogeneous or heterogeneous. In a homogeneous set, each element or a separate element of the set is based on the same source elements, while in a heterogeneous set, each element is based on different source elements. Different initial elements can be based on the same semiconductor structures, for example, Si, Ge, GaAs, InAs or other semiconductor structures of III-V groups, semiconductor structures of II-VI groups, CuGaSe, CuInSe, CuInGaSe, but differ in the type of doping or, for structures alloys, alloy concentration. In addition, such structured metallized PV elements include limited diffuse alloying regions, as discussed above. At
Фиг.27 является структурной схемой примерной системы 2700, которая делает возможным производство солнечных элементов в соответствии с аспектами, здесь описанными. Реактор(ы) для отложения 2710 делает(ют) возможной обработку основанных на полупроводниках пластин для производства ФЭ элементов или отдельных элементов, которые составляют солнечные элементы, например, VMJ солнечные элементы, как здесь описано. Реактор(ы) для отложения 2710 и модуль(и) в нем включают различные элементы оборудования, элементы программного обеспечения или их сочетание(ия) и связанные электрические и электронные сети, чтобы осуществлять работу. В аспекте модуль(и) покрытия 2712 позволяет осуществлять структурирование поверхности полупроводящей пластины или подложки с диэлектрическим покрытием. Пластина или подложка могут быть номинально нелегированными или легированными и являются исходными элементами ФЭ элементов, используемых для производства солнечных элементов. Как указано выше, структурирование может быть основано на отложении диэлектрического материала с помощью подходящей маски, фотолитографии или травления. Реактор(ы) для отложения 2710 также включает модуль(и) легирования, который(ые) позволяет(ют) проводить внедрение легирующих примесей в полупроводниковые исходные элементы для ФЭ элементов. Легирующие примеси могут сформировать диффузные легированные слои, как описано выше (смотри, например, фиг.19 или фиг.23); тем не менее, модуль(и) легирования 2714 также может(гут) обеспечить проведение практически любого типа легирования, такого как легирование на основе эпитаксиального выращивания, например, дельта-легирование. Кроме того, модуль(и) легирования 2714 делает(ют) возможным формирование диффузных барьеров, которые могут предотвратить автолегирование.FIG. 27 is a block diagram of an
Как описано выше, покрытие ФЭ элемента диэлектрическим материалом может быть осуществлено до или после легирования. Легирование после отложения структурированного диэлектрика задействует такой тип отложения, как с помощью маски, для получения ограниченных или практически ограниченных областей легирования (смотри, например, фиг.22).As described above, the coating of the PV element with a dielectric material can be carried out before or after alloying. Doping after deposition of a structured dielectric involves a type of deposition, such as using a mask, to obtain limited or practically limited doping regions (see, for example, FIG. 22).
Модуль(и) металлизации 2716 делает(ют) возможным отложение металлического(их) слоя(ев) на ФЭ элемент, который включает области легирования, неограниченные или ограниченные, и структурированное(ые) диэлектрическое(ие) покрытие(ия). Металлизация может быть осуществлена с помощью отложения полупроводникового материала с последующим легированием или металлического материала. В аспекте такие материалы имеют термический(ие) коэффициент(ы), которые совпадают или практически совпадают с термическим(и) коэффициентом(ами) ФЭ элемента с легированными областями.The metallization module (s) 2716 makes it possible to deposit metal (s) layer (s) on the PV element, which includes doping regions, unlimited or limited, and structured dielectric coating (s). Metallization can be carried out by deposition of a semiconductor material followed by alloying or a metal material. In an aspect, such materials have thermal coefficient (s) that coincide or practically coincide with thermal coefficient (s) of the PV element (s) with doped regions.
Реактор(ы) для отложения 2719 может(гут) включать распылительную(ые) камеру(ы), камеру(ы) для эпитаксиального выращивания, камеру(ы) для осаждения из паровой фазы; электронно-лучевую(ые) пушку(и); держатель(и) исходного материала; хранилище пластин; образец подложки; печь(и), вакуумный(ые) насос(ы); например, турбомолекулярный насос, диффузионный насос и им подобное. Кроме того, реактор(ы) для осаждения 2710 может(гут) включать компьютер(ы), включающий(ие) процессор(ы) и запоминающие устройства в нем, причем запоминающие устройства могут быть энергозависимыми или энергонезависимыми; программируемый(ые) логический(ие) контроллер(ы); специализированный(ые) процессор(ы), такой(ие) как узконаправленный(ые) набор(ы) микросхем или им подобное. Реактор(ы) для отложения 2710 может также включать программное(ые) приложение(я), такое(ие) как операционная(ые) система(ы), или кодовые последовательности для влияния на один или более этапов производства, включая, по меньшей мере, те, что описаны выше. Описанное оборудование, программное обеспечение и их сочетание способствуют или делают возможным, по меньшей мере, частичное функционирование реактора(ов) для отложения 2710 и модуля(ей) в них. Шина 2718 делает возможным обмен информацией, например, сведениями или кодовыми инструкциями, о передаче материалов, о смене обрабатываемых элементов и так далее, между различным оборудованием, программным обеспечением и их сочетанием(ями) в реакторе(ах) для отложения 2710.Deposition reactor (s) 2719 may (gut) include spray chamber (s), chamber (s) for epitaxial growth, chamber (s) for vapor deposition; electron beam gun (s); holder (s) of the source material; plate storage; substrate sample; furnace (s), vacuum pump (s); for example, a turbomolecular pump, a diffusion pump and the like. In addition, sedimentation reactor (s) 2710 may (gut) include computer (s) including processor (s) and memory therein, the memory devices being volatile or nonvolatile; programmable logic controller (s); specialized processor (s), such as narrowly targeted chipset (s) or the like. Reactor (s) for
Фотоэлектрический(ие) элемент(ы) может подаваться на платформу упаковки 2730 для дальнейшей обработки. Связь для обмена, например, конвейерная связь или обменная камера и электромеханические оставляющие в них, может подавать ФЭ элемент(ы); по меньшей мере, одна из связей для обмена или обменная камера изображены в качестве стрелки 2720. Структура модуля(ей) 2732 может собирать набор из ФЭ элемента(ов) и позволяет накладывать каждый из ФЭ элементов путем высокотемпературного процесса или этапа с целью получения солнечного элемента, например, VMJ солнечного элемента. Блок перемещается в модуль(и) спецификации 2734, который доводит солнечный элемент до установленной спецификации, например, блок распиливается, чтобы позволить открыть отдельную кристаллическую плоскость ФЭ элементов в блоке, который формирует солнечный элемент. Такой обработке может(гут) способствовать или делать ее возможной, по меньшей мере частично, модуль(и) испытаний 2760, который может определять кристаллографическую ориентацию ФЭ элементов или отдельных элементов в солнечном элементе; такое определение может быть установлено с помощью рентгеновской спектроскопии, например, дифракционный спектр и характеристика кривой качания.Photovoltaic (s) element (s) may be supplied to
Для гарантии качества или удовлетворения спецификациям модуль(и) испытаний 2760 может(гут) исследовать исходные материалы или обрабатываемые материалы на различных этапах процесса производства солнечного элемента. В качестве примера модуль(и) испытаний 2760 может(гут) исследовать плотность отверстий в структурированном диэлектрическом покрытии ФЭ элемента(ов), чтобы определить, подходит ли такая плотность для предполагаемой интенсивности солнечного излучения или потока фотонов в солнечном концентраторе. В другом примере, модуль(и) испытаний может(гут) определять плотность дефектов, которая может возрасти при термической периодической обработке ФЭ элемента металлическими слоями, чтобы определить, подходят ли материал или используемый процесс металлизации. Наконец, модуль(и) испытаний 2760 может(гут), по меньшей мере, быть применен для проведения измерений продолжительности жизни неосновных носителей, рентгеновской спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, туннельной электронной микроскопии, сканирующей туннельной микроскопии, спектроскопии энергетических потерь электронов или им подобного. Испытание(я), проводимое(ые) модулем(ями) испытаний 2760, может(гут) осуществляться как на месте производства, так и за его пределами. Образцы исходных элементов обрабатываемых материалов или устройств, например, солнечных элементов, могут передаваться в модуль(и) испытаний посредством связей для обмена 2740 и 2750.To guarantee quality or meet specifications, test module (s) 2760 may (gut) examine raw materials or processed materials at various stages of the solar cell manufacturing process. By way of example, test module (s) 2760 may (gut) examine the density of holes in the structured dielectric coating of the PV element (s) to determine whether such a density is suitable for the intended intensity of solar radiation or photon flux in a solar concentrator. In another example, the test module (s) can (gut) determine the density of defects, which can increase during thermal batch treatment of the PV element with metal layers to determine whether the material or metallization process is suitable. Finally, test module (s) 2760 can (gut) at least be used to measure minority carrier lifetimes, X-ray spectroscopy, scanning electron microscopy, tunneling electron microscopy, scanning tunneling microscopy, electron energy loss spectroscopy, or the like. The test (s) carried out by the test module (s) of
Устройство(а) обработки (не изображено(ы)) может воздействовать на логику с целью регулирования, по меньшей мере, части различных процессов, здесь описанных, в связи с работой системы 2700. Такое(ие) устройство(а) обработки (не изображено(ы)) может(гут) включать кодовые инструкции, которые воздействуют на управляющую логику; кодовые инструкции, например, программного модуля(ей) или программных приложений, могут храниться в устройстве(ах) памяти (не изображено(ы)), функционально соединенном(ых) с процессором(ами).The processing device (a) (not shown (s)) can act on the logic to control at least part of the various processes described here in connection with the operation of the 2700 system. Such processing device (a) (not shown) (s)) may (gut) include code instructions that affect control logic; code instructions, for example, software module (s) or software applications, may be stored in memory device (s) (not depicted (s)) functionally coupled to processor (s).
Описанное выше включает примеры систем и способы, которые обеспечивают преимущества по данному изобретению. Конечно, невозможно описать все возможные сочетания элементов или способов с целью описания данного изобретения, но обычный специалист в данной области техники может понять, что много других сочетаний и изменений данного изобретения, описанного в формуле изобретения, возможны. Кроме того, в случае, когда термины «содержит», «имеет», «обладает» и им подобные используются в подробном описании, пунктах формулы изобретения, приложениях и чертежах, подразумевается, что эти термины также включающие, как и термин «включает», когда «включает» интерпретируется при использовании как переходное слово в пункте формулы изобретения.The foregoing includes examples of systems and methods that provide advantages of the present invention. Of course, it is impossible to describe all possible combinations of elements or methods for the purpose of describing the present invention, but one of ordinary skill in the art may understand that many other combinations and variations of the present invention described in the claims are possible. In addition, in the case where the terms “contains”, “has”, “possesses” and the like are used in the detailed description, claims, appendices and drawings, it is understood that these terms are also inclusive, as the term “includes”, when “includes” is interpreted when used as a transition word in a claim.
Claims (22)
монолитный блок из множества выполненных на основе полупроводников фотоэлектрических (ФЭ) элементов, где каждый элемент из упомянутого множества выполненных на основе полупроводников ФЭ элементов включает в себя по меньшей мере один диффузионный легированный слой Р-типа или диффузный легированный слой N-типа;
структурированное диэлектрическое покрытие, нанесенное на по меньшей мере один диффузионный легированный слой Р-типа или диффузионный легированный слой N-типа, причем структуры на упомянутом структурированном диэлектрическом покрытии уменьшают площадь поверхности контакта между металлическим слоем и легированными слоями, чтобы уменьшить рекомбинационные потери фотогенерированных носителей во множестве выполненных на основе полупроводников ФЭ; и металлический слой, расположенный на поверхности раздела между элементами во множестве выполненных на основе полупроводников ФЭ элементов.1. A photovoltaic cell containing:
a monolithic block of a plurality of semiconductor-based photovoltaic (PV) elements, where each element of said plurality of semiconductor-based PV elements includes at least one P-type diffusion doped layer or an N-type diffuse doped layer;
a structured dielectric coating applied to at least one P-type diffusion doped layer or an N-type diffusion doped layer, the structures on said structured dielectric coating reducing the contact surface area between the metal layer and the doped layers to reduce the recombination losses of photogenerated carriers in a plurality made on the basis of PV semiconductors; and a metal layer located on the interface between the elements in a plurality of PV elements based on semiconductors.
структурирование ряда поверхностей фотоэлектрического (ФЭ) элемента с помощью диэлектрического покрытия, чтобы уменьшить площадь поверхности контакта между омической областью и легированными областями и уменьшить рекомбинационные потери фотогенерированных носителей в упомянутом ФЭ;
нанесение омического контакта на одну или более структурированных поверхностей ФЭ элемента;
компоновку в виде пакета блока структурированных ФЭ элементов с омическими контактами с целью формирования многопереходного (VMJ) фотоэлектрического элемента с вертикальными переходами и
обработку сформированного VMJ фотоэлектрического элемента с целью облегчения применения в ФЭ устройстве, оптимизации фотоэлектрической производительности или достижения и того, и другого.15. A method of manufacturing photovoltaic cells with reduced recombination losses of photogenerated carriers, the method comprising:
structuring a number of surfaces of the photovoltaic (PV) element using a dielectric coating to reduce the contact surface area between the ohmic region and the doped regions and to reduce the recombination losses of photogenerated carriers in said PV;
applying ohmic contact to one or more structured surfaces of the PV element;
arrangement as a package of a block of structured PV elements with ohmic contacts in order to form a multi-junction (VMJ) photoelectric element with vertical transitions and
processing the generated VMJ photovoltaic cell in order to facilitate application in a photovoltaic device, optimize photovoltaic performance, or achieve both.
Applications Claiming Priority (17)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US8892108P | 2008-08-14 | 2008-08-14 | |
US8893608P | 2008-08-14 | 2008-08-14 | |
US61/088,921 | 2008-08-14 | ||
US61/088,936 | 2008-08-14 | ||
US8938908P | 2008-08-15 | 2008-08-15 | |
US61/089,389 | 2008-08-15 | ||
US9253108P | 2008-08-28 | 2008-08-28 | |
US61/092,531 | 2008-08-28 | ||
US12/535,952 US20100037937A1 (en) | 2008-08-15 | 2009-08-05 | Photovoltaic cell with patterned contacts |
US12/535,952 | 2009-08-05 | ||
US12/536,992 | 2009-08-06 | ||
US12/536,987 | 2009-08-06 | ||
US12/536,982 US20100037943A1 (en) | 2008-08-14 | 2009-08-06 | Vertical multijunction cell with textured surface |
US12/536,987 US8106293B2 (en) | 2008-08-14 | 2009-08-06 | Photovoltaic cell with buffer zone |
US12/536,992 US8293079B2 (en) | 2008-08-28 | 2009-08-06 | Electrolysis via vertical multi-junction photovoltaic cell |
US12/536,982 | 2009-08-06 | ||
PCT/US2009/053576 WO2010019685A1 (en) | 2008-08-14 | 2009-08-12 | Photovoltaic cells with processed surfaces and related applications |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012141985/28A Division RU2012141985A (en) | 2008-08-14 | 2012-10-02 | PHOTOELECTRIC ELEMENTS WITH PROCESSED SURFACES AND THEIR APPLICATION |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011109164A RU2011109164A (en) | 2012-09-20 |
RU2472251C2 true RU2472251C2 (en) | 2013-01-10 |
Family
ID=43663782
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011109164/28A RU2472251C2 (en) | 2008-08-14 | 2009-08-12 | Photoelectric cells with treated surfaces and use thereof |
RU2012141985/28A RU2012141985A (en) | 2008-08-14 | 2012-10-02 | PHOTOELECTRIC ELEMENTS WITH PROCESSED SURFACES AND THEIR APPLICATION |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012141985/28A RU2012141985A (en) | 2008-08-14 | 2012-10-02 | PHOTOELECTRIC ELEMENTS WITH PROCESSED SURFACES AND THEIR APPLICATION |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2327107A1 (en) |
JP (1) | JP2012500474A (en) |
CN (4) | CN102171840A (en) |
AU (1) | AU2009281960A1 (en) |
BR (1) | BRPI0917838A2 (en) |
CA (2) | CA2733976C (en) |
IL (1) | IL211205A0 (en) |
MX (1) | MX2011001738A (en) |
RU (2) | RU2472251C2 (en) |
TW (1) | TWI535042B (en) |
WO (1) | WO2010019685A1 (en) |
Families Citing this family (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI418046B (en) * | 2010-12-03 | 2013-12-01 | Mh Solar Co Ltd | A manufacturing method for the multi-junction solar cell |
TWI424657B (en) * | 2010-12-03 | 2014-01-21 | Mh Solar Co Ltd | Concentrating solar cell system with the heating device |
TWI420798B (en) * | 2010-12-03 | 2013-12-21 | Mh Solar Co Ltd | Hybrid solar energy power system |
TWI420782B (en) * | 2010-12-06 | 2013-12-21 | Mh Solar Co Ltd | A electronic device with self power generation |
TWI420781B (en) * | 2010-12-06 | 2013-12-21 | Mh Solar Co Ltd | A portable solar cell device with self-power generation |
CN102646749A (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-22 | 美环光能股份有限公司 | Manufacturing method of vertical multi-junction solar cell |
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 |
CN103165742B (en) * | 2011-12-16 | 2016-06-08 | 清华大学 | The preparation method of solar cell |
CN103165690B (en) | 2011-12-16 | 2015-11-25 | 清华大学 | Solar cell |
CN103165719B (en) * | 2011-12-16 | 2016-04-13 | 清华大学 | Solar cell |
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 |
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 |
TWI513017B (en) * | 2013-06-28 | 2015-12-11 | Mh Gopower Company Ltd | Solar cell having a passivation layer and method of manufacturing the same |
US9786800B2 (en) * | 2013-10-15 | 2017-10-10 | Solarworld Americas Inc. | Solar cell contact structure |
TWI639247B (en) * | 2015-06-29 | 2018-10-21 | 美環能股份有限公司 | Energy conversion device with multiple voltage outputs 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 (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4082570A (en) * | 1976-02-09 | 1978-04-04 | Semicon, Inc. | High intensity solar energy converter |
US4332973A (en) * | 1974-11-08 | 1982-06-01 | Sater Bernard L | High intensity solar cell |
US5244509A (en) * | 1990-08-09 | 1993-09-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate having an uneven surface for solar cell and a solar cell provided with said substrate |
US5266125A (en) * | 1992-05-12 | 1993-11-30 | Astropower, Inc. | Interconnected silicon film solar cell array |
RU2210142C1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр завода "Красное знамя" | Solar cell manufacturing process |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4516314A (en) * | 1974-11-08 | 1985-05-14 | Sater Bernard L | Method of making a high intensity solar cell |
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 |
JPH0797653B2 (en) * | 1991-10-01 | 1995-10-18 | 工業技術院長 | Photoelectric conversion element |
US5261969A (en) * | 1992-04-14 | 1993-11-16 | The Boeing Company | Monolithic voltage-matched tandem photovoltaic cell and method for making same |
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 |
JP2002170980A (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-14 | Rasa Ind Ltd | Photoelectric cell for electrolysis of aqueous solution |
US6611085B1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-08-26 | Sandia Corporation | Photonically engineered incandescent emitter |
JP2003124481A (en) * | 2001-10-11 | 2003-04-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solar battery |
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 |
CA2657964C (en) * | 2006-06-14 | 2014-09-23 | Kyosemi Corporation | Rod-shaped semiconductor device |
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 |
-
2009
- 2009-08-12 CA CA2733976A patent/CA2733976C/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-12 CN CN2009801392214A patent/CN102171840A/en active Pending
- 2009-08-12 RU RU2011109164/28A patent/RU2472251C2/en not_active IP Right Cessation
- 2009-08-12 CA CA2820184A patent/CA2820184A1/en not_active Abandoned
- 2009-08-12 CN CN201310219468.5A patent/CN103354247B/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-12 EP EP09807234A patent/EP2327107A1/en not_active Withdrawn
- 2009-08-12 CN CN2013102194702A patent/CN103337547A/en active Pending
- 2009-08-12 MX MX2011001738A patent/MX2011001738A/en active IP Right Grant
- 2009-08-12 AU AU2009281960A patent/AU2009281960A1/en not_active Abandoned
- 2009-08-12 WO PCT/US2009/053576 patent/WO2010019685A1/en active Application Filing
- 2009-08-12 JP JP2011523143A patent/JP2012500474A/en active Pending
- 2009-08-12 CN CN201310219215.8A patent/CN103337546B/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-12 BR BRPI0917838A patent/BRPI0917838A2/en not_active IP Right Cessation
- 2009-08-14 TW TW098127486A patent/TWI535042B/en not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-02-13 IL IL211205A patent/IL211205A0/en unknown
-
2012
- 2012-10-02 RU RU2012141985/28A patent/RU2012141985A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4332973A (en) * | 1974-11-08 | 1982-06-01 | Sater Bernard L | High intensity solar cell |
US4082570A (en) * | 1976-02-09 | 1978-04-04 | Semicon, Inc. | High intensity solar energy converter |
US5244509A (en) * | 1990-08-09 | 1993-09-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrate having an uneven surface for solar cell and a solar cell provided with said substrate |
US5266125A (en) * | 1992-05-12 | 1993-11-30 | Astropower, Inc. | Interconnected silicon film solar cell array |
RU2210142C1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр завода "Красное знамя" | Solar cell manufacturing process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012141985A (en) | 2014-05-10 |
MX2011001738A (en) | 2011-08-12 |
CA2820184A1 (en) | 2010-02-18 |
CN103354247A (en) | 2013-10-16 |
IL211205A0 (en) | 2011-04-28 |
CN103337547A (en) | 2013-10-02 |
EP2327107A1 (en) | 2011-06-01 |
BRPI0917838A2 (en) | 2017-02-14 |
JP2012500474A (en) | 2012-01-05 |
CA2733976A1 (en) | 2010-02-18 |
CN103337546B (en) | 2017-03-01 |
AU2009281960A1 (en) | 2010-02-18 |
CA2733976C (en) | 2015-12-22 |
RU2011109164A (en) | 2012-09-20 |
TW201013951A (en) | 2010-04-01 |
TWI535042B (en) | 2016-05-21 |
CN103354247B (en) | 2016-10-05 |
CN102171840A (en) | 2011-08-31 |
WO2010019685A1 (en) | 2010-02-18 |
CN103337546A (en) | 2013-10-02 |
WO2010019685A4 (en) | 2010-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2472251C2 (en) | Photoelectric cells with treated surfaces and use thereof | |
US20100037937A1 (en) | Photovoltaic cell with patterned contacts | |
Meng | Terawatt solar photovoltaics roadblocks and opportunities | |
Terheiden et al. | Manufacturing 100‐µm‐thick silicon solar cells with efficiencies greater than 20% in a pilot production line | |
KR101699743B1 (en) | Solar cell | |
US20120048329A1 (en) | Charge-coupled photovoltaic devices | |
Fernández et al. | Back‐surface optimization of germanium TPV cells | |
US11984274B2 (en) | Solar cell having a porous silicon layer | |
KR101484620B1 (en) | Silicon solar cell | |
KR101497326B1 (en) | Manufacturing method of solar cell module | |
Franklin et al. | Sliver solar cells for concentrator PV systems with concentration ratio below 50 | |
Srivastava et al. | Nanostructured black silicon for efficient thin silicon solar cells: potential and challenges | |
US20170084763A1 (en) | Semiconductor device | |
AU2013251282B2 (en) | Photovoltaic cells with processed surfaces and related applications | |
Nowak et al. | Optimizing folded silicon thin-film solar cells on ZnO honeycomb electrodes | |
Vu | An investigation into current challenges in solar cell technology | |
KR20110048068A (en) | Method for local contact and local doping of semiconductor layer | |
Haas et al. | Influence of the laser parameters on the patterning quality of thin-film silicon modules | |
Mertens | Trends in solar cell research | |
WO2012115602A1 (en) | Photovoltaic converter (variants) and solar battery based thereon | |
CN102646749A (en) | Manufacturing method of vertical multi-junction solar cell | |
Sun | Development of Silver-Free Silicon Photovoltaic Solar Cells with All-Aluminum Electrodes | |
Bazli et al. | A review on bimetallic composites and compounds for solar cell applications | |
Debney et al. | Terrestrial solar cells—present and future | |
Wong et al. | Nanoscience and Technology in Solar Cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150813 |