肖特基結太陽能電池的電子柵改進制造技術

提供了用于肖特基結太陽能電池的不同系統和方法。在一個實施方式中，太陽能電池包括在半導體層上形成的網格層和在網格層上形成的離子層。離子層滲透通過網格層，并直接接觸半導體層。在另一個實施方式中，太陽能電池包括在半導體層上形成的第一網格層、耦合到第一網格層的第一金屬化層、通過柵電壓耦合到第一金屬化層的第二高表面面積導電電極、以及與第一網格層和第二高表面面積導電電極電通信的離子層。在另一個實施方式中，太陽能電池包括在半導體層上形成的柵格層以及與柵格層和半導體層電通信的離子層。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】肖特基結太陽能電池的電子柵改進相關申請的交叉引用本申請要求于2010年4月27日提交的共同待審的美國臨時申請第61/328，417號、標題為“肖特基結太陽能電池的電子柵改進(ELECTRONIC GATE ENHANCEMENT OFSCHOTTKY JUNCTION SOLAR CELLS)”的優先權，其全部內容據此以引用方式并入。聯邦資助研究的聲明本專利技術在ECCS-0824157協議下，通過國家科學基金會獲得政府的支持。美國政府具有本專利技術的某些權益。附圖簡述本公開內容的許多方面可以通過參考以下附圖來被更好地理解。附圖中的組件不 必依照比例，反而，將重點放在清楚地示出本公開內容的原理上。此外，在附圖中，相似的引用數字在幾個圖中標示對應的部分。圖I是根據本公開內容的不同實施方式的太陽能電池的實施例的圖示。圖2A和2B是示出了根據本公開內容的不同實施方式的包含在圖I太陽能電池中的金屬和半導體的能級的能帶圖的實施例。圖3是根據本公開內容的不同實施方式的圖I的太陽能電池的實施方式的模擬的電流密度對電壓(J-V)特性的實施例的圖。圖4和5是根據本公開內容的不同實施方式的在被照射時在圖I的太陽能電池的實施方式上測量的J-V特性的實施例的圖。圖6是根據本公開內容的不同實施方式的太陽能電池的另一個實施例的圖示。圖7A是根據本公開內容的不同實施方式的太陽能電池的另一個實施例的圖示。圖7B是根據本公開內容的不同實施方式的圖7A的太陽能電池的柵格層的照片。圖8是根據本公開內容的不同實施方式的沒有離子導體層的圖I的太陽能電池的實施方式和沒有離子導體層的圖7A的太陽能電池的實施方式在黑暗和被照射時的J-V特性的實施例的圖。圖9是根據本公開內容的不同實施方式的沒有離子導體層的和有離子導體層的圖7A的太陽能電池的實施方式的J-V特性的實施例的圖。附圖說明圖10A是根據本公開內容的不同實施方式的圖7A的太陽能電池的實施方式的實驗的J-V特性的實施例的圖。圖10B是根據本公開內容的不同實施方式的圖7A的太陽能電池的模擬參數和幾何形狀的圖示。圖10C-10H是根據本公開內容的不同實施方式的在圖7A的太陽能電池的耗盡層中生成的電場的實施例的圖示。詳細描述太陽能電池用于將日光轉換為能量。本公開內容描述了包括納米管膜-半導體結的太陽能電池，其具有內建電勢，內建電勢不僅僅隨材料特性變化，而且還可以通過電子柵被更改。另外地，電子柵可以更改納米管膜和半導體之間的結的界面偶極子，從而減小通過該結的電荷傳輸的勢魚。此外，電子柵可以有助于穿過耗盡層的電場，該電場提升了將電荷清除出該區域的效率，還促進了發電能力。圖I是標示為太陽能電池IOOa的太陽能電池100的非限制性實施方式的透視圖。太陽能電池IOOa有助于示出在此描述的不同實施方式的功能。以下將詳細描述更有助于商業應用的太陽能電池100的實施方式。太陽能電池IOOa包括背接觸層101和半導體層102。太陽能電池IOOa還包括在半導體層102上的絕緣層103。部分絕緣層103被蝕刻以露出半導體層102,露出的半導體層102被第一金屬化層104a所包住。第一網格層106a被放置在蝕刻的部分上，從而第一網格層106a接觸半導體層102和第一金屬化層104a。第一網格層106a是導電的多孔網格層，其對太陽能輻射光譜的可視部分是透明的。太陽能電池IOOa還包括在絕緣層103上的第二金屬化層104b。第二網格層106b接觸第二金屬化層104b。然而，在太陽能電池100的其它實施方式中，所包括的沒有絕緣層103、沒有第二金屬化層104b并且沒有第二網格層106b。 網格層106a和106b彼此是電隔離的。第一金屬化層104a形成與第一網格層106a的接觸，而第二金屬化層104b形成與第二網格層106b的接觸。同樣的，第一網格層106a接觸半導體層102，而第二網格層106b通過絕緣層103與半導體層102隔離。第一網格層106a和第一金屬化層104a共同構成結電極。類似地,第二網格層106b和第二金屬化層104b共同構成柵電極。在圖I中描述的太陽能電池IOOa中，第一網格層106a和第二網格層106b的尺寸大致相同，并且由此具有可比較的表面積。然而，在其它實施方式中，第一網格層106a和第二網格層106b可以具有不同的形狀，但是具有相似的表面積。同樣的，在沒有包括第二網格層106b的太陽能電池100的實施方式中，結電極和相隔較遠的柵電極具有近似相同的表面積。離子導體層108覆蓋以下層中的每個的至少一部分第一網格層106a、第二網格層106b、第一金屬化層104a、第二金屬化層104b和絕緣層103。離子導體層108還向下滲透通過第一網格層106a，并且還直接接觸半導體層102。第一金屬化層104a和第二金屬化層104b在柵電壓Ve下被電壓電源120偏置。在操作中，太陽能電池100是電源。當半導體層102的表面被太陽輻射照明時，圖I中示出的太陽能電池IOOa產生功率。具體地，穿越離子導體層108并通過第一網格層104a的太陽輻射(hv)造成電荷在第一金屬化層104a上累積，同時造成相反的電荷在背接觸層101上累積。在照明下，當沒有電阻負載被電連接到第一金屬化層104a和背接觸層101時，第一金屬化層104a和背接觸層101之間的電勢差被稱為開路電壓VQC；。當能夠消耗功率的電阻負載被電連接到第一金屬化層104a和背接觸層101時，電流將流過負載。一旦電流流過負載，第一金屬化層104a和背接觸層101之間的電壓將減小。負載兩端的電壓和流過負載的電流的乘積是由負載耗散的功率，同時還是由太陽能電池IOOa產生的功率。對于太陽能電池IOOa的固定照明，穿過負載的電流對負載兩端的電壓的圖隨著負載電阻變化，這允許提取描述太陽能電池IOOa的性能的品質因數。選擇性地，源表在測量電流的時候，可以將偏壓施加在第一金屬化層104a和背接觸層101之間。該電流對施加的偏壓的圖還允許提取描述太陽能電池IOOa的性能的品質因數。描述了圖I的實施方式中的太陽能電池IOOa的結構和發電能力后，下面將描述可以包含在太陽能電池IOOa的層中的不同材料。半導體層102包括以下半導體材料中的一個或者多個Si (硅)、Ge (鍺)和/或6&六8、0(15、2110、0(156、1102。半導體材料是摻雜的，并且在一些實施方式中，半導體材料是η-型Si。背接觸層101包括與半導體層102形成低電阻歐姆接觸的一個或者多個金屬和/或其合金。當半導體層102包括輕摻雜的n-Si時，背接觸層101可以包括，例如，鈦、鋁和/或鎵錠。選擇性地，半導體層102的背側(即，半導體層102接觸背接觸層101的那一側)可以被重摻雜，在該情況下，多數金屬將形成適合的低電阻接觸。在包括絕緣層103的實施方式中，例如圖I中所描述的太陽能電池100a，絕緣層103可以包括例如二氧化硅(SiO2)的絕緣材料。如以下將進一步詳細描述的，一些實施方式不包括絕緣層103。類似地，圖I中示出的太陽能電池IOOa的第一金屬化層104a和第二金屬化層104b可以包括以下導電材料中的一個或者多個鉻(Cr)、金(Au)、鈀(Pd)和銦錫氧化物 (ΙΤ0)。然而，如以下將進一步詳本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·G·林茲勒，波亞·瓦德瓦，郭京，薛京善，
申請(專利權)人：佛羅里達大學研究基金會公司，
類型：
國別省市：