專利名稱：使用穿硅通孔的改進的光伏電池效率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光伏電池。更具體來說，本發(fā)明涉及通過使用穿硅通孔來減少光障礙。
背景技術(shù)：
常規(guī)太陽能電池從例如太陽等光源接收能量，且將所述能量轉(zhuǎn)化為電力。常規(guī)太陽能電池通常包括光伏層，光伏層接收可見光子且將那些光子轉(zhuǎn)化為電力。為了增強效率， 具有不規(guī)則表面的傳導(dǎo)電極層(例如，由銦錫氧化物制成的傳導(dǎo)電極層)已用來使更多光子偏轉(zhuǎn)到光伏層中。在此布置中，金屬跡線定位于光伏層的一側(cè)上的電極層的頂部上，且金屬層定位于光伏層的另一側(cè)上。連接于光伏層的一側(cè)上的金屬跡線與另一側(cè)上的金屬層之間的負載提供用于所產(chǎn)生的電力的傳導(dǎo)路徑。在此布置中，在光伏電池的光接收側(cè)上的金屬跡線將阻擋一些光進入到光伏層中，且因此將降低太陽能電池的效率。一種提高效率的方式已減小了金屬跡線的大小，使得更多光子進入光伏層。然而， 減小跡線大小還增大了太陽能電池的內(nèi)阻，由此降低效率。另一解決方案已在不減小金屬跡線的大小的情況下減小電極層的厚度，以減小由電極層吸收的光的量。然而，電極層的減小的厚度造成增大的內(nèi)阻，且光繼續(xù)被金屬跡線阻礙。因此，需要一種光伏電池結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)將減小金屬跡線對光到光伏電池的障礙， 且借此在不增大光伏電池的內(nèi)阻的情況下提高光伏電池的效率。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種光伏電池包括具有第一節(jié)點和第二節(jié)點的光伏層。第一傳導(dǎo)層電耦合到所述光伏層的所述第二節(jié)點。第二傳導(dǎo)層鄰近于所述光伏層的所述第二節(jié)點上的所述第一傳導(dǎo)層而定位，但與所述第一傳導(dǎo)層電絕緣，使得所述第二傳導(dǎo)層將不阻擋光沖擊所述光伏層的所述第一節(jié)點。至少一個穿硅通孔從所述光伏層的所述第一節(jié)點電耦合到所述第二傳導(dǎo)層，其中所述穿硅通孔通過所述光伏層的主體和所述第一傳導(dǎo)層，但與所述光伏層的所述主體和所述第一傳導(dǎo)層電絕緣。在另一實施例中，光折射層可耦合到所述光伏層的所述第一節(jié)點，以使光偏轉(zhuǎn)到所述光伏層中。然而，因為所述穿硅通孔直接電耦合到所述第一節(jié)點，所以所述光折射層無需為電極層，且無需為傳導(dǎo)的且因此可具有在不增大內(nèi)阻的情況下減小光吸收的結(jié)構(gòu)。在又一實施例中，一種用于減小光到光伏電池的障礙的設(shè)備包括用于接收光且吸收所述光以在極化節(jié)點之間產(chǎn)生電力的裝置。還包括用于傳導(dǎo)來自所述光接收裝置的第一極化節(jié)點的電力同時不會阻擋光到達所述光接收裝置的第一裝置。最后，用于傳導(dǎo)來自所述光接收裝置的第二極化節(jié)點的電力同時不會阻擋光到達所述光接收裝置的第二裝置包括于所述設(shè)備中。在又一實施例中，一種減少到太陽能電池的被阻擋的光的方法包括定位具有第一節(jié)點和第二節(jié)點的光伏層。接著定位第一傳導(dǎo)層，其鄰近于所述光伏層的所述第二節(jié)點且電耦合到所述光伏層的所述第二節(jié)點，使得所述第一傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層。接著定位第二傳導(dǎo)層，其鄰近于所述第一傳導(dǎo)層且與所述第一傳導(dǎo)層電絕緣，使得所述第二傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層。最后，接著制造至少一個穿硅通孔，所述至少一個穿硅通孔經(jīng)由所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層在所述光伏層的所述第一節(jié)點與所述第二傳導(dǎo)層之間，同時至少一個穿硅通孔與所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層電絕緣。前述內(nèi)容已廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可更好地理解以下具體實施方式
。在下文中將描述額外特征和優(yōu)點，其形成本發(fā)明的權(quán)利要求書的標(biāo)的物。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，所揭示的概念和特定實施例可易于用作修改或設(shè)計用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認識到，此些等效構(gòu)造并不脫離如所附權(quán)利要求書中所陳述的本發(fā)明的技術(shù)。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，將從以下描述更好地理解據(jù)信為本發(fā)明所特有的新穎特征(關(guān)于其組織和操作方法兩者)連同其它目標(biāo)和優(yōu)點。 然而，應(yīng)明確理解，所述圖中的每一者僅出于說明和描述的目的而提供，且無意作為對本發(fā)明的限制的定義。


為了更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)參考結(jié)合附圖進行的以下描述。圖1為常規(guī)太陽能電池的橫截面。圖2為如圖1中所描繪的常規(guī)太陽能電池的俯視圖。圖3為使用穿硅通孔的示范性光伏電池的橫截面。圖4為如圖3中所描繪的光伏電池的俯視圖。
具體實施例方式圖1為常規(guī)太陽能電池100的橫截面，常規(guī)太陽能電池100包括光伏層102、金屬層104、電極層106和金屬層108。金屬層104電耦合到光伏層102的底部節(jié)點102b，且電耦合到負載116。電極層106常規(guī)上由銦錫氧化物材料構(gòu)成，所述銦錫氧化物材料為約90% 的In2O3和10%的SnO2。電極層106電耦合到光伏層102的光接收頂部節(jié)點10加。電極層106為傳導(dǎo)層，其使光偏轉(zhuǎn)到光伏層102中以增加電力產(chǎn)生。電極層106常規(guī)上包括帶扇形邊的表面，因此光子11 和光子114b以一角度穿透電極層106，從而被反射離開所述表面(例如，光子112b和光子114b)或被偏轉(zhuǎn)到光伏層102中并被吸收。具有例如金屬跡線108a和108b的金屬跡線(或電導(dǎo)線)的金屬層108定位于電極層106上方且與電極層 106呈導(dǎo)電關(guān)系。圖2為如圖1中所描繪的太陽能電池100的俯視圖，所述俯視圖展示具有其安置于電極層106(圖1)上的金屬跡線108a、108b、108c和108d的金屬層108，電極層106與光伏層102的光接收頂部節(jié)點10 呈導(dǎo)電關(guān)系。金屬層108具有定義為Y metal的y軸尺寸，和定義為X metal的χ軸尺寸。而且，光伏層102具有定義為Y cell的y軸尺寸，和定義為X cell的χ軸尺寸。到電極層106(圖1)的常規(guī)金屬連接被配置為金屬網(wǎng)，所述金屬網(wǎng)覆蓋光伏層102上的區(qū)域，且具有阻止光沖擊光伏層102的跡線108a、108b、202、204。 可使用公式(X metal*(Y cell+Ymetal)+X cell*Ymetal)/((Y cell+Ymetal)*(X cell+X metal))來估計被常規(guī)金屬網(wǎng)阻擋的光子。結(jié)果為太陽能電池100的被金屬層108阻擋的表面積的比率的估計。光伏層102的光接收頂部節(jié)點10 的被金屬跡線108a、108b、202、 204阻擋的面積越大，所產(chǎn)生的電力越少且光伏層102的效率將越低。圖3為具有穿硅通孔的示范性光伏電池300的橫截面，所述穿硅通孔延伸穿過光伏層302，且因此減小側(cè)面的將被常規(guī)太陽能電池的金屬跡線阻擋的面積。當(dāng)可見光子沖擊光伏電池300時，形成互補的電荷且在相反方向上流動穿過光伏層302，從而導(dǎo)致極化的節(jié)點(例如，正極和負極)。光伏電池300包括光伏層302，光伏層302具有例如光接收頂部節(jié)點30 和與光接收頂部節(jié)點30 相對的底部節(jié)點302b的極化節(jié)點。盡管描述頂部節(jié)點和底部節(jié)點，當(dāng)然其它定向也是可能的。在一些實施例中，光伏層302由半導(dǎo)體材料制成， 所述半導(dǎo)體材料例如為硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)，和二硒化銅銦(Cdr^e2)。 第一傳導(dǎo)層303電耦合到光伏層302的底部節(jié)點302b。第二傳導(dǎo)層304定位于其將不阻擋任何光到達光伏層302的地方。舉例來說，第二傳導(dǎo)層304可鄰近于第一傳導(dǎo)層303而定位，但與第一傳導(dǎo)層303電絕緣。因為第二傳導(dǎo)層304鄰近于第一傳導(dǎo)層303，所以第二傳導(dǎo)層304的表面區(qū)域可為連續(xù)的，此減小了第二傳導(dǎo)層304的內(nèi)阻，因此改進了效率。第一傳導(dǎo)層303和第二傳導(dǎo)層304可由例如金屬等傳導(dǎo)材料制成。第一傳導(dǎo)層303和第二傳導(dǎo)層304兩者電耦合到負載318，使得負載318可促進第一傳導(dǎo)層303與第二傳導(dǎo)層304之間的電流流動。在一些實施例中，例如穿硅通孔(TSV)的至少一個通孔電耦合到第二傳導(dǎo)層304 和光接收頂部節(jié)點302a，因此由光伏層302產(chǎn)生的電力行進穿過光伏層302的主體到達第二傳導(dǎo)層304。穿硅通孔306和308可具有傾斜輪廓(例如，由于濕式蝕刻工藝)。穿硅通孔306和308可為經(jīng)由光伏電池300傳導(dǎo)電力的任何傳導(dǎo)材料，例如金屬或硅材料。穿硅通孔306和308中的每一者分別具有電耦合到光接收頂部節(jié)點30 的第一末端306a、 308a。因為第一末端306a和308a的占據(jù)面積實質(zhì)上小于如圖1中所示的金屬層108的占據(jù)面積，所以阻擋較少的光進入光伏層302，借此增加光伏層302的電力產(chǎn)生容量。而且，穿硅通孔306和308分別具有電耦合到第二傳導(dǎo)層304的第二相對末端306b和308b。每一穿硅通孔可經(jīng)由光伏層302和第一傳導(dǎo)層303從光伏層302的光接收頂部節(jié)點30 延伸到第二傳導(dǎo)層304，使得在光接收頂部節(jié)點30 與第二傳導(dǎo)層304之間存在傳導(dǎo)路徑320 和322。傳導(dǎo)路徑320和322不限于如圖3中所描繪的垂直配置，而是可水平地或以任何其它斜率進行配置。包括傳導(dǎo)路徑320和322的穿硅通孔306和308與光伏層302和第一傳導(dǎo)層303電絕緣(即，隔離)。此外，可跨光伏層302布置多個穿硅通孔，由此在光伏層302 的頂部表面上提供電接觸點。光折射層314定位于光接收頂部節(jié)點30 上以使光偏轉(zhuǎn)到光伏層302中，且減小被反射光(例如，光子316b)的量。在另一實施例中，光折射層314電耦合到光接收頂部節(jié)點30加。具有半透明性質(zhì)的光折射層314可使可見光子(例如，光子316a)偏轉(zhuǎn)到光伏層302中，且將所產(chǎn)生的電力從光伏層302電傳導(dǎo)到如下文在圖4中描述的穿硅通孔陣列 400。此外，光折射層314可由銦錫氧化物材料制成，或由其它傳導(dǎo)材料制成。此外，使穿硅通孔相對彼此靠近地間隔開減小了內(nèi)阻，由此允許減小光折射層314的厚度，使得更多光可穿透光伏層302。到光折射層314的穿硅通孔連接減小或消除了在光伏層302上方存在金屬化要求的需要，這是因為穿硅通孔可提供穿過光伏層302的主體到第二傳導(dǎo)層304的通道。舉例來說，替代如圖2中所展示使金屬跡線定位于光伏電池300的頂部上，光接收頂部節(jié)點30 與第二傳導(dǎo)層304之間的任何電連接將會行進穿過穿硅通孔306和308，同時減小光接收頂部節(jié)點30 的阻礙光進入光伏層302的面積，以便改進效率。盡管術(shù)語“穿硅通孔”包括詞“硅”，但應(yīng)注意，穿硅通孔不一定以硅建構(gòu)。而是，材料可為任何裝置襯底材料。在一些實施例中，光伏電池300和上述元件可變化，且不限于所提供的功能、結(jié)構(gòu)、配置、實施方案或?qū)嵗?圖4為光伏電池300 (圖幻的俯視圖，所述光伏電池300包括具有電耦合到光接收頂部節(jié)點302a (圖3)的穿硅通孔306、307、308和309的光伏層302。穿硅通孔306、307、 308和309在光伏層302上彼此處于導(dǎo)電關(guān)系，這對穿硅通孔之間的內(nèi)阻具有影響。穿硅通孔可沿光伏層302的光接收頂部節(jié)點30 以彼此隔開的關(guān)系進行定位，由此形成穿硅通孔陣列400。穿硅通孔陣列400提供光伏層302與光折射層314之間的任何所要數(shù)目個電接觸點，以提供到第二傳導(dǎo)層304的更多傳導(dǎo)路徑，因此改進效率。此外，可通過使穿硅通孔彼此更靠近而隔開或增加第二傳導(dǎo)層304(圖幻的表面積來減小光伏電池300的內(nèi)阻。每一穿硅通孔之間的間距可根據(jù)可由設(shè)計要求允許的內(nèi)阻的量來調(diào)整。在一些實施例中，穿硅通孔陣列400和上述元件可變化，且不限于所提供的功能、結(jié)構(gòu)、配置、實施方案或?qū)嵗?
盡管已詳細描述了本發(fā)明和其優(yōu)點，但應(yīng)理解，在不脫離如由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的技術(shù)的情況下，可在本文中作出各種改變、替換和更改。此外，本申請案的范圍無意限于說明書中所描述的工藝、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、手段、方法和步驟的特定實施例。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易從本發(fā)明了解，根據(jù)本發(fā)明，可利用當(dāng)前存在或稍后將開發(fā)的執(zhí)行與本文中所描述的對應(yīng)實施例實質(zhì)上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)實質(zhì)上相同的結(jié)果的工藝、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求書意欲在其范圍內(nèi)包括此些工藝、機器、產(chǎn)品、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種光伏電池，其包含光伏層，其具有第一節(jié)點和第二節(jié)點；第一傳導(dǎo)層，其電耦合到所述光伏層的所述第一節(jié)點，使得所述第一傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層；第二傳導(dǎo)層，其鄰近于所述第一傳導(dǎo)層但與所述第一傳導(dǎo)層電絕緣，所述第二傳導(dǎo)層經(jīng)定位以使得所述第二傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層；以及至少一個穿硅通孔，其電耦合到所述光伏層的所述第一節(jié)點和所述第二傳導(dǎo)層兩者， 所述穿硅通孔與所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層的至少一部分電絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池，其進一步包含光折射層，所述光折射層使所述光偏轉(zhuǎn)到所述光伏層中，且鄰近于所述光伏層的所述第一節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電池，其中所述光折射層為電耦合到所述光伏層和至少一個穿硅通孔的電極層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池，其中所述穿硅通孔從所述光伏層的所述第一節(jié)點延伸穿過所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層到達所述第二傳導(dǎo)層，且提供從所述第一節(jié)點到所述第二傳導(dǎo)層的傳導(dǎo)路徑。
5.一種太陽能電池，其包含光伏層，其具有光接收頂部節(jié)點和底部節(jié)點；電極層，其鄰近于所述光伏層的所述光接收頂部節(jié)點且電耦合到所述光伏層的所述光接收頂部節(jié)點，且使光偏轉(zhuǎn)到所述光伏層中；第一傳導(dǎo)層，其電耦合到所述光伏層的所述底部節(jié)點；第二傳導(dǎo)層，其鄰近于所述第一傳導(dǎo)層且與所述第一傳導(dǎo)層電絕緣，使得所述第二傳導(dǎo)層不阻擋任何光到達所述光伏層；以及至少一個穿硅通孔，其穿過所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層電耦合于所述光伏層的所述光接收頂部節(jié)點與所述第二傳導(dǎo)層之間，但與所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層電絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其中所述穿硅通孔進一步包含第一末端，所述第一末端暴露于所述光接收頂部節(jié)點處且電耦合到所述電極層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其中所述穿硅通孔以導(dǎo)電關(guān)系相對于另一穿硅通孔而間隔開，因此形成穿硅通孔陣列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其中所述電極層進一步包含銦錫氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其中所述電極層吸收從所述至少一個穿硅通孔反射的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池，其進一步包含負載，所述負載促進所述第一傳導(dǎo)層與所述第二傳導(dǎo)層之間的電流流動。
11.一種用于減少光到光伏電池的障礙的設(shè)備，其包含用于接收光且吸收所述光以在極化節(jié)點之間產(chǎn)生電力的裝置；用于傳導(dǎo)來自所述光接收裝置的第一極化節(jié)點的電力同時不阻擋光到達所述光接收裝置的第一裝置；以及用于傳導(dǎo)來自所述光接收裝置的第二極化節(jié)點的電力同時不阻擋光到達所述光接收裝置的第二裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述用于傳導(dǎo)電力的第一裝置進一步包含用于穿過所述光接收裝置將傳導(dǎo)層電耦合到所述第一極化節(jié)點的裝置，所述電耦合裝置與所述光接收裝置電絕緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述電耦合裝置進一步包含穿硅通孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其進一步包含用于使光偏轉(zhuǎn)到所述光接收裝置中的裝置。
15.一種減少到太陽能電池的被阻擋的光的方法，其包含定位具有第一節(jié)點和第二節(jié)點的光伏層；定位第一傳導(dǎo)層，其鄰近于所述光伏層的所述第二節(jié)點且電耦合到所述光伏層的所述第二節(jié)點，使得所述第一傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層；定位第二傳導(dǎo)層，其鄰近于所述第一傳導(dǎo)層且與所述第一傳導(dǎo)層電絕緣，使得所述第二傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層；以及穿過所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層在所述光伏層的所述第一節(jié)點與所述第二傳導(dǎo)層之間制造至少一個穿硅通孔，所述至少一個穿硅通孔與所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層電絕緣。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進一步包含定位電極層，所述電極層鄰近于所述光伏層的所述第一節(jié)點且電耦合到所述光伏層的所述第一節(jié)點，以使光偏轉(zhuǎn)到所述光伏層中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包含將所述第二傳導(dǎo)層制造到至少所述第一傳導(dǎo)層的大小以減小所述電極層的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中制造至少一個穿硅通孔進一步包含使至少一個穿硅通孔以導(dǎo)電關(guān)系相對于至少一個其它穿硅通孔而間隔開，以形成穿硅通孔陣列。
全文摘要
一種光伏電池包括具有第一節(jié)點和第二節(jié)點的光伏層。第一傳導(dǎo)層電耦合到所述光伏層的所述第二節(jié)點，使得所述第一傳導(dǎo)層不阻擋光到達所述光伏層。第二傳導(dǎo)層鄰近于所述第一傳導(dǎo)層但與所述第一傳導(dǎo)層電絕緣，使得所述第二傳導(dǎo)層定位于其不阻擋光到達所述光伏層的地方。至少一個穿硅通孔電耦合到所述光伏層的所述第一節(jié)點和所述第二傳導(dǎo)層，但與所述光伏層和所述第一傳導(dǎo)層的至少一部分電絕緣。
文檔編號H01L31/0216GK102308392SQ201080006662
公開日2012年1月4日 申請日期2010年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者托馬斯·R·湯姆斯, 顧時群 申請人:高通股份有限公司