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TW201513380A - 高效率堆疊太陽電池 - Google Patents

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TW201513380A
TW201513380A TW103126913A TW103126913A TW201513380A TW 201513380 A TW201513380 A TW 201513380A TW 103126913 A TW103126913 A TW 103126913A TW 103126913 A TW103126913 A TW 103126913A TW 201513380 A TW201513380 A TW 201513380A
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Abstract

本揭露內容提供具有一光子接收表面及一第一單一同質接面矽太陽電池的一光伏打裝置。該第一單一同質接面矽太陽電池包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙。此光伏打裝置更包含具有帶有一鈣鈦礦結構的一吸收劑材料，且具有大於該第一能隙的一第二能隙的一第二太陽電池結構。該光伏打裝置配置成使得該第一及第二太陽電池各吸收被該光子接收表面接收之一部分的光子。

Description

高效率堆疊太陽電池
本發明大體上係有關包含多重堆疊太陽電池的光伏打裝置。
矽太陽電池的成本在過去幾年來已大幅下降，且可被預期的是矽技術將於未來十年保持堅定確立作為主要的光伏打技術。此種太陽電池之轉換效率的改良將持續為一關鍵因素。然而，以單一接面矽為基礎的太陽電池具有29%的一理論效率極限，而約25%的紀錄效率曾針對以實驗室為基礎的太陽電池被展示。
為進一步增加矽為基礎之太陽電池的效率，最有前景的方法為在以矽為基礎之太陽電池頂部上堆疊不同材料的電池。藉由在以矽為基礎的太陽電池上堆疊另一太陽電池，理論可能的性能從29%增加至42.5%。透過在以矽為基礎之電池上堆疊兩個另外的太陽電池，理論可能的性能增加至47.5%。
挑戰在於以一合理成本來製造此種型態的高性能光伏打材料。
根據一第一態樣，本發明提供一種光伏打裝置，其包含：一光子接收表面；一第一單一同質接面矽太陽電池，其包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙；及一第二太陽電池結構，其包含具有一鈣鈦礦(Perovskite)結構的一吸收劑材料，且具有大於該第一能隙之一第二能隙；其中該光伏打裝置被配置成使得該第一及第二太陽電池各吸收被光子接收表面接收之一部分的光子。
本發明之實施例將矽太陽電池的優點與鈣鈦礦電池的優點組合，並提供可具有與以單一矽為基礎的電池相較下提升的轉換效率。
光伏打裝置可被配置成，使得亦有所具能量接近第二能隙的能量或甚至超過第二能隙的能量之光子的一部分穿過至少一第二太陽電池結構的一部分，且被第一太陽電池結構所吸收。
第二太陽電池可為以一堆疊組配之多個第二太陽電池的一者，且該堆疊之各第二太陽電池可包含具有鈣鈦礦結構及較該第二太陽電池之能隙為大的一能隙之一吸收劑材料設置在該堆疊之下。
在一些實施例中，第一矽太陽電池具有一接面區域，其包含與一第一極性相關聯且擴散進入一第二極性之矽材料的摻雜劑原子。
於替代實施例中，第一矽太陽電池具有一接面區域，其含有與一第一極性相關聯之摻雜劑原子植入一第二極性的矽材料內。
於另一替代實施例中，第一矽太陽電池包含在一第二極性之矽層的表面部分上成長的一第一極性之矽層。此第一極性之矽層可為一磊晶矽層。
根據一第二態樣，本發明提供一光伏打裝置，其包含：一光子接收表面；一第一矽太陽電池，其包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙；一第二太陽電池結構，其包含具有鈣鈦礦結構的一吸收劑材料，且具有大於該第一能隙的一第二能隙；及至少一第三太陽電池結構，其包含具有一鈣鈦礦結構的一材料，且具有大於該第二能隙之一第三能隙；及其中該光伏打裝置被配置成使得該第一、第二及至少一第三太陽電池結構各吸收被光子接收表面接收之一部分的光子。
下文係有關根據本發明之第一態樣或本發明之第二態樣的本發明之隨意而定的特徵。
第二太陽電池結構可置設在第一太陽電池之表面部分上方。此表面部分可為一帶紋理的表面部分。
於一些實施例中，鄰近第一太陽電池之表面部分的區域沿著表面部分之平面方向具有5及300歐姆/方形區 域(square)之間的片電阻率。於一些實施例中，此電阻率可在10及30歐姆/方形區域(square)之間。
於實施例中，光伏打裝置包含一互連區域，其置設在第一太陽電池之表面部分附近，且配置成利於電荷載子從一太陽電池傳輸至另一太陽電池。此互連區域可包括第一太陽電池的表面部分。
於一些實施例中，互連區域包含一透明傳導氧化層或具有較第一能隙為高的一能隙之一摻雜半導體層。此互連區域可包含一穿隧接面。此外，該互連區域可包含具有高濃度的電氣活性缺陷之一區域，諸如於該第一及該第二太陽電池間的一缺陷接面。於實施例中，此互連區域亦包括一部分的第一或第二太陽電池。
於一些實施例中，光伏打裝置之第一太陽電池為一薄膜矽太陽電池。在替代實施例中，此第一太陽電池為以一晶圓為基礎的單晶矽太陽電池，且可類似於一鈍化射極背面局部擴散(PERL)矽太陽電池地組配。該第一太陽電池亦可為多重結晶矽太陽電池或剝離矽晶圓太陽電池。
典型地，第二太陽電池為一薄膜太陽電池。此第二太陽電池可為一固態太陽電池，且可包含利於從第二太陽電池結構傳輸電洞至第一太陽電池或一接觸結構的一電洞傳輸材料。並且，該第二太陽電池結構可包含一奈米或微米結構的多晶矽材料、一多孔性材料或一中孔性(mesoporous)材料。
在一些實施例中，第二太陽電池的吸收劑材料為 一自組合(self-assembled)材料，且可包含一無機-有機化合物。光吸收層可包含MAPb(I(1-X)BrX)3、MAPb(1-X)SnXI3、Al2O3、SrTiO3及TiO2中之任一者或其組合。MAPb(I(1-X)BrX)3材料可包含CH3NH3Pb(I(1-X)BrX)3，而MAPb(1-X)SnXI3包含CH3NH3Pb(1-X)SnXI3，其中MA表示甲基銨陽離子。其他諸如乙基銨或甲脒鹽(formamidinium)的有機陽離子亦可被使用。
典型地，一或多個太陽電池的能隙可藉由控制在光伏打裝置製造期間在吸收層中Br或Sn、或施用的有機陽離子的數量而調整。
在一些實施例中，光伏打裝置被配置成使得電荷載子從第一太陽電池的一p摻雜區域轉移至第二太陽電池結構。在替代性實施例中，光伏打裝置被配置成使得電荷載子從第一太陽電池的一n摻雜區域轉移至第二太陽電池結構。
根據一第三態樣，本發明提供一種製造光伏打裝置之方法，其包含下列步驟：提供一基體；利用該基體形成一第一單一同質接面矽太陽電池，該第一太陽電池包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙；及在該第一太陽電池結構上方積設至少一第二太陽電池結構，該至少一第二太陽電池結構包含具有鈣鈦礦結構的一吸收劑材料，且具有大於該第一能隙的一第二能隙。
於一些實施例中，基體為具有一p-n接面之第一太陽電池的矽基體。此第一太陽電池可為以晶圓為基礎的單晶或多重結晶矽太陽電池。或者，該第一太陽電池可為一薄膜矽太陽電池。
此方法亦可包含形成互連區域的步驟，該互連區域在該第一及第二太陽電池之間，配置成利於電荷載子從一太陽電池傳輸至另一太陽電池。
形成互連區域之步驟可包含以會使得表面處的載子復合速率增加之方式處理該第一及第二太陽電池間的表面的步驟。並且，形成互連區域之步驟可包含在第一太陽電池之表面部分內形成一穿隧接面的步驟。
在第一太陽電池上方積設至少一第二太陽電池結構的步驟可包含一自組合積設步驟、一旋轉塗佈步驟、一化學氣相沉積(CVD)步驟、或一物理氣相沉積(PVD)步驟。
100‧‧‧(疊接太陽電池)裝置
102‧‧‧(p型)矽晶圓
104‧‧‧p型區域/p型層
106‧‧‧n型層/頂部層
108‧‧‧吸收劑層/鈣鈦礦層/鈣鈦礦材料
110‧‧‧(鈣鈦礦)架層/金屬氧化物架體
112‧‧‧電子選擇接觸層/TiO2層
114‧‧‧電洞傳輸層/電洞傳輸媒介
116‧‧‧傳導層/層體/透明傳導氧化層
118‧‧‧接點
200‧‧‧疊接太陽電池(裝置)/疊接(裝置)/裝置
202‧‧‧(n型)矽晶圓
204‧‧‧中間層
206‧‧‧n型區域
300、600‧‧‧(流程)示意圖
302-312、608‧‧‧步驟
400‧‧‧疊接(太陽)電池/裝置
404‧‧‧p型區域
406‧‧‧p型矽晶圓
408‧‧‧頂部電池
410‧‧‧金屬接點
412‧‧‧寬度
414‧‧‧間距
500‧‧‧(光伏打)裝置
512‧‧‧電子選擇接觸層
514‧‧‧電洞傳輸層
516‧‧‧傳導層
本發明之特徵及優點將從以下參考附圖僅為例示性之實施例的敘述而明顯看出，其中：圖1及圖2為根據本發明之實施例之疊接太陽電池裝置的概要示意圖；圖3為根據本發明之實施例概示實現一疊接太陽電池所需之基本步驟的一流程圖；圖4為根據本發明之實施例由一高效率矽太陽電池及一薄膜以鈣鈦礦為基礎之太陽電池所組成的一疊接太陽電 池之示意圖；圖5為根據本發明之實施例之三電池光伏打裝置的概要示意圖；圖6為根據本發明之實施例概示實現一多重電池光伏打裝置所需之基本步驟的一流程圖。
本發明之實施例係有關由一系列太陽電池彼此堆疊於頂上所組成的高效率光伏打裝置。特別是，本發明之優異實施例係有關由一或多個薄膜太陽電池所組成的一光伏打裝置，該等太陽電池包括具有鈣鈦礦結構的吸收劑材料且係堆疊在矽單一接面太陽電池之頂部。於一實施例中，此裝置係組配成具有一單一同質接面矽底部電池及一薄膜固態以鈣鈦礦為基礎之頂部電池的一疊接太陽電池。在這些實施例中，單一同質接面電池包含一矽p-n接面，其可例如藉由n型摻雜劑在p型矽基體中的擴散來實現，反之亦然。或者，此p-n接面可使用離子佈植或磊晶程序來實現。
單一同質接面矽底部電池可為在一結晶矽晶圓上實現的一單晶電池。此電池亦可為一多重結晶電池，或替代地為例如積設在一玻璃基體上的一薄膜矽太陽電池。
具有超過15%之效率的太陽電池可使用無機-有機鈣鈦礦材料以相對不昂貴的技術來製造，此等技術諸如液相、物理或化學氣相沉積、蒸發技術、旋轉塗佈或自組合技術。這些技術為現今使用或先前已用於大量矽處理上。
以矽為基礎之太陽電池及以鈣鈦礦材料為基礎 之太陽電池的組合能提供達到高能量轉換效率的可能性。
適合堆疊在單一接面矽電池上之高品質以鈣鈦礦為基礎的太陽電池可用一不完美的鈣鈦礦晶體結構形成在矽材料上。可被用來評估鈣鈦礦為基礎的電池堆疊在矽電池上之適合性的一相關參數係為外部輻射效率(ERE)。商業上之矽電池的ERE約0.02%，且迄今所製造出最好的鈣鈦礦電池之ERE經計算等於0.06%。此數值在一或多個以鈣鈦礦為基礎的太陽電池堆疊在一矽太陽電池上時足以達到高轉換效率。
具有鈣鈦礦結構的材料可沉積在包括中孔性材料的粗糙表面上。這代表以鈣鈦礦為基礎的太陽電池可積設在矽太陽電池上，而有允許實行光捕捉技術的一帶紋理表面。
鈣鈦礦幾乎提供完美的能隙範圍，以用於具矽太陽電池之堆疊組態中。用於堆疊在矽上之單一電池的理想能隙為1.7eV。用於堆疊在矽電池上之兩個電池的理想能隙為1.5eV及2.0eV。然而，若堆疊型電池的ERE相當於或優於矽的ERE，則針對具有較低能隙的電池亦可獲得高性能，只要電池被設計成對光子能量超過它們能隙的光為部分透明。
本發明之實施例的優異特徵係藉以鈣鈦礦為基礎的太陽電池在太陽光譜之藍端的高整合電流密度而提供。此整合電流密度高於矽太陽電池的電流密度，其為在組合用於堆疊型矽電池-鈣鈦礦電池組態之高電壓輸出下 的額外優點。此組態的高電壓、低電流操作允許減少接觸光伏打裝置所需的金屬數量。金屬化成本迅速成為在電池加工中主要材料成本的一者。所需的金屬數量大致上與電池的操作電流密度成比例，而電流密度從針對一標準電池約為35mA/cm2，減少至針對堆疊在矽上之以一單一鈣鈦礦為基礎的電池約為20mA/cm2，及針對兩個堆疊型電池為約14mA/cm2。
現參照圖1，其顯示出根據本發明之實施例的一疊接太陽電池裝置100之概要表示型態。此疊接太陽電池由以矽為基礎的底部電池及以鈣鈦礦材料為基礎的頂部電池所組成。額外層體被用來提升在底部電池與頂部電池間的電荷載子傳導性，且有助於從該裝置摘取電荷載子。尤其是，矽底部電池藉由使用一p型矽晶圓102來實現，如同大部分現今商業上以矽為基礎之太陽電池。一高摻雜p型區域104可在矽晶圓102之背表面實現，以提升電流抽取作用及降低載子表面復合速率。底部電池的p-n接面透過將n型摻雜劑例如藉由擴散導入p型矽晶圓102中，且產生一n型層106。在圖1中，所有不同層體為簡單示現而以平坦層表示。然而，矽底部電池的一或多個層體可被紋理化以提升太陽電池的光學及/或電氣特性。第一太陽電池靠近第二太陽電池的表面可被紋理化，在此種情況下，頂部之薄膜太陽電池依循帶紋理表面的型態。
頂部電池為以鈣鈦礦結構為基礎之吸收劑層108的一薄膜太陽電池。在此實施例中，鈣鈦礦層108具有小於 一微米的厚度及1.5eV或更高的光學能隙(吸收臨界值)。於本發明之一些實施例中，鈣鈦礦層108係使用鈣鈦礦甲基銨三碘化物鉛酸鹽(triiodide plumbate)、三溴化物、三碘化物錫酸鹽(triiodide stannate)或其他鹵素、有機陽離子及第四族元素組合。
取決於在矽太陽電池之頂部使用的電池數量，可能需要具有不同能隙的鈣鈦礦吸收劑層。鈣鈦礦材料的能隙可例如藉由將甲基銨三碘化物鉛酸鹽與三溴化物混合成MAPb(I(1-X)BrX)3或CH3NH3Pb(I(1-X)BrX)3或與三碘化物錫酸鹽混合成MAPb(1-X)SnXI3或CH3NH3Pb(1-X)SnXI3而變化。
藉由將甲基銨三碘化物鉛酸鹽與三溴化物混合，能隙可在1.6eV及約2.3eV間變動。三碘化物錫酸鹽被指出具有低於鉛酸鹽約0.1eV或更多的能隙，使其位於1.2eV至1.6eV的範圍。鈣鈦礦甲基銨三碘化物鉛酸鹽(CH3NH3PbI3)具有在1.6eV之範圍內的一有效能隙。其他鹵素、有機陽離子及第四族元素組合有可能造成在選擇能隙的額外彈性。
一鈣鈦礦架層110可改善鈣鈦礦吸收層的形貌均勻性。此鈣鈦礦架層110一般使用一金屬氧化物來實現，於一些範例中可包含鋁氧化物(Al2O3)或其他具有鈣鈦礦之粒子的混合物。電子選擇接觸層112可包含TiO2且允許抓取從裝置朝向傳導層116的電子。在本發明之具現例中，鈣鈦礦架層110及電子選擇接觸層112可被替代性電子傳導層所取代。傳導層116之功用在於為至接點118的電流抽取作用產 生一低電阻率路徑。於本發明之實施例中，層體116透過使用一透明傳導氧化物(TCO)或經摻雜高能隙半導體層來實現。
以電洞傳輸媒介為基礎的一電洞傳輸層114，沉積在底部矽電池與頂部之以鈣鈦礦為基礎的電池之間，以對下方的矽電池之經摻雜頂部層106提供低電阻接觸，及在層體106與鈣鈦礦108之間傳輸電洞。
現參照圖2，其顯示出根據本發明之一實施例的疊接太陽電池裝置200之概要示意圖。此疊接太陽電池200具有類似於圖1之疊接太陽電池的組態，具有一底部矽電池及一以鈣鈦礦材料為基礎的頂部電池。然而，在圖2之疊接裝置200中的電池極性為相反。矽底部電池藉使用一n型矽晶圓202來實現。一高摻雜n型區域106實現在矽晶圓202之背表面，以提升電流抽取作用及降低載子表面復合速率。底部電池的p-n接面透過將p型摻雜劑導入n型矽晶圓202並產生一p型層104。頂部之以鈣鈦礦為基礎的電池為具有與圖1之實施例中所述之裝置之頂部電池類似特性的一薄膜太陽電池。然而，於此實施例中，電子選擇接觸層112及鈣鈦礦架層110置設在頂部之鈣鈦礦電池結構之矽電池側上，而電洞傳輸層114置設在頂部電池的接點側上。當把電子選擇接觸層112及電洞傳輸層114反過來時，會使頂部電池之極性相反。在一些情況中，鈣鈦礦架層110及電子選擇接觸層112可以替代的電子傳導層取代。
圖1及2之光伏打裝置的底部及頂部太陽電池以 串聯方式連接，且在操作期間共有相同電流。在第一及第二太陽電池間的互連區域典型地配置成利於電荷載子從一太陽電池傳輸至另一太陽電池。此互連區域可具現太陽電池的電氣互連，且在不同實施例中，其係完全置設在第一太陽電池內，越過第一及第二太陽電池且可包含疊接結構的一或多個層體。典型地，互連區域包括第一太陽電池之頂部表面的至少一部分。
舉例來說，於圖2之結構中，互連區域包含一中間層204。此中間層204沉積在底部矽電池與頂部之以鈣鈦礦為基礎之電池間，以利於載子在二電池間的傳輸。此層體一般為透明傳導氧化物，諸如氟摻雜錫氧化物(FTO)。然而，其他類型的材料，包括其他傳導氧化物或高能隙經摻雜半導體，可被用來具現中間層204。在替代性實施例中，鈣鈦礦架層110及TiO2層112可被消除或以電子傳輸層取代。現參照圖3，其顯示出根據本發明之實施例概示實現一疊接太陽電池所需步驟的流程示意圖300。第一步驟302包含提供一矽基體。一單一同質接面矽太陽電池係使用習知技術而形成(步驟304)。此基體接著可被轉移至沉積設備以在矽太陽電池上實現必要的中間層。取決於用來實現以鈣鈦礦材料為基礎之太陽電池的沉積設備，該基體可被轉移至另一沉積工具，以積設薄膜鈣鈦礦頂部電池(步驟308)。透明傳導層可接著在金屬接觸結構實現前被沉積(步驟312)。
鈣鈦礦頂部電池的積設(步驟308)可藉由使用不 同積設技術來實現，諸如液相、物理或化學氣相沉積、蒸發技術、旋轉塗佈或自組合技術。於一些實施例中，鈣鈦礦吸收材料以單一步驟，藉由沉積一鈣鈦礦材料在一中孔性金屬氧化薄膜上而被實現。在其他實施例中，鈣鈦礦吸收材料以兩個步驟，將鈣鈦礦之一部分沉積於金屬氧化物架體110之孔洞內，且將經沉積區域暴露於含有鈣鈦礦之其他成分的一溶液中而被實現。在此兩部分接觸時發生的化學反應，即產生光吸收鈣鈦礦材料。此第二種方法允許對頂部電池之均勻性有改善的控制效果。
在替代性實施例中，鈣鈦礦材料108直接在電洞傳輸媒介114上沉積(步驟308)，且一架層110可於接續的步驟中被附加在鈣鈦礦材料108上。於這些實施例中，電洞傳輸媒介114可經由化學或物理處理以提升它的黏著性及/或電氣特性。給定鈣鈦礦材料之低分解溫度(約300℃)的狀況下，緊密的TiO2層112可在其後透過一低溫方法來沉積，諸如濺鍍或從化學溶液。隨後，沉積一透明傳導氧化層116(步驟310)，其後接續積設接點118(步驟312)。
於本發明之實施例中，以鈣鈦礦為基礎的吸收層為一有機-無機化合物，諸如CH3NH3PbX3，其中X可為Cl、Br、I中之一者。
現參照圖4，其顯示出根據本發明之實施例一疊接太陽電池400之示意圖，該疊接太陽電池400係由高效率單一接面矽太陽電池及一薄膜以鈣鈦礦為基礎的太陽電池所組成。圖4之疊接電池400組配成如圖1之裝置100或圖2中 所示的裝置200。底部矽太陽電池為使用一p型矽晶圓402來實現的一單晶或多重結晶矽太陽電池。此底電池在背表面處具有一高摻雜p型區域404，且p-n接面透過將n型摻雜劑導入p型矽晶圓406而實現。在本發明之一些具現例中，單晶矽太陽電池的一或多個表面被鈍化，以降低少數載子的復合。高摻雜區域可被實現在對應於背金屬接點(圖4中未顯示)之底部電池的背表面上，以減少接觸電阻並降低載子復合。此外，此裝置可被紋理化以提升光捕捉作用。於光伏打裝置的一特別具現例中，底部矽電池類似於一鈍化射極背面局部擴散(PERL)矽太陽電池地組配。此PERL電池由澳洲新南威爾斯大學的光伏打研究中心所製造，且目前保持著針對矽單一接面太陽電池的世界效率紀錄。
頂部電池408為一薄膜以鈣鈦礦為基礎的太陽電池，其積設在矽底部電池之頂部。於一些實施例中，中間層沉積在底部及頂部電池間。底部結晶矽太陽電池可被紋理化以提升光的捕捉作用。鈣鈦礦頂部電池積設在矽底部電池之帶紋理的表面上方。此鈣鈦礦頂部電池之物理及電氣特性允許維持適當的電池性能，即使電池積設在一帶紋理的表面上。圖4之裝置400在較單一矽太陽電池為低的電流及實質上為高的電壓下操作。這能降低接觸光伏打裝置所需的金屬數量。具有較低寬度412與較大間距414的金屬接點410可被用來接觸該裝置，降低金屬化成本及遮蔽損失。此外，薄膜鈣鈦礦頂部電池對於短的可見波長之良好性能允許放寬矽底部電池頂部表面的設計要求，而進一步 簡化本裝置的製造程序。
現參照圖5，其顯示出根據本發明之實施例的三電池光伏打裝置500之概要示意圖。此裝置500採與圖1之裝置100的類似方式組配。圖1之裝置100與圖5之裝置500的底部矽電池及第一以鈣鈦礦為基礎的電池實質上相同。然而，圖5之裝置500包含積設在中間電池之頂部的另一薄膜以鈣鈦礦為基礎的電池。另一電洞傳輸層514沉積在傳導層116上。一薄膜頂部之以鈣鈦礦為基礎的太陽電池接著積設在電洞傳輸層514上。頂部電池之吸收材料具有較中間電池之光學能隙為高的一光學能隙。另一電子選擇接觸層512設置在堆疊的頂部，且一傳導層516被實現來為至接點118的電流抽取作用建立一低電阻率路徑。
現參照圖6，其顯示出根據本發明之實施例概示實現多重電池光伏打裝置所需基本步驟之流程示意圖600。圖6之示意圖600的初始與最終步驟與圖3之示意圖300的初始與最終步驟實質上相同。然而，於圖6之示意圖600中，多重薄膜以鈣鈦礦為基礎的電池在沉積最終傳導層310及接觸結構312之前以連續方式積設(步驟608)。
熟於此技者將得知可對如同顯示於特定實施例中之本發明，在不脫離本發明以最廣義描述之精神及範疇下，做出多種變化及/或修改。據此，現有實施例應在各方面被視為例示性且非限制性的。
100‧‧‧(疊接太陽電池)裝置
102‧‧‧(p型)矽晶圓
104‧‧‧p型區域/p型層
106‧‧‧n型層/頂部層
108‧‧‧吸收劑層/鈣鈦礦(層)
110‧‧‧鈣鈦礦架層
112‧‧‧電子選擇接觸層
114‧‧‧電洞傳輸層
116‧‧‧傳導層/層體
118‧‧‧接點

Claims (40)

  1. 一種光伏打裝置，其包含：一光子接收表面；一第一單一同質接面矽太陽電池，其包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙；及一第二太陽電池的結構，其包含具有一鈣鈦礦(Perovskite)結構的一吸收劑材料，且具有一第二能隙；其中該光伏打裝置配置成使得該等第一及第二太陽電池各吸收被該光子接收表面接收之光子的一部分。
  2. 如請求項1之光伏打裝置，其中該第二太陽電池為組配於一堆疊中之多個第二太陽電池中之一者，該堆疊之各第二太陽電池包含具有一鈣鈦礦結構且能隙較在該堆疊中設置於下方之太陽電池之能隙為大的一吸收劑材料。
  3. 如請求項1或2之光伏打裝置，其中該第一矽太陽電池具有一接面區域，其含有與一第一極性相關聯且擴散進入一第二極性之矽材料的摻雜劑原子。
  4. 如請求項1或2之光伏打裝置，其中該第一矽太陽電池具有一接面區域，其含有具一第一極性且植入一第二極性之矽材料內的摻雜劑原子。
  5. 如請求項1或2之光伏打裝置，其中該第一太陽電池包含在一第二極性之一矽層的一表面部分上成長之一第一極性的一矽層。
  6. 如請求項5之光伏打裝置，其中具第一極性之該矽層為一磊晶矽層。
  7. 一種光伏打裝置，其包含：一光子接收表面；一第一單一矽太陽電池，其包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙；一第二太陽電池結構，其包含具有一鈣鈦礦結構且具有大於該第一能隙之一第二能隙的一吸收劑材料；及至少一第三太陽電池結構，其包含具有一鈣鈦礦結構的一材料，且具有大於該第二能隙之一第三能隙；及其中該光伏打裝置被配置成使得該等第一、第二及至少一第三太陽電池結構各吸收被該光子接收表面接收之光子的一部分。
  8. 如請求項1至7中任一項的光伏打裝置，其中該第二太陽電池結構置設在該第一太陽電池之一表面部分上。
  9. 如請求項8之光伏打裝置，其中該第一太陽電池之該表面部分為一帶紋理表面。
  10. 如請求項8或9之光伏打裝置，其包含置設在該第一太陽電池之該表面部分附近且配置成利於電荷載子從一太陽電池傳輸至另一太陽電池的一互連區域。
  11. 如請求項10之光伏打裝置，其中該互連區域包括該第一太陽電池的該表面部分。
  12. 如請求項9至11中任一項的光伏打裝置，其中該互連區域包含一透明傳導氧化物層或具有高於該第一能隙的 一較高能隙之一摻雜半導體層。
  13. 如請求項8至12中任一項的光伏打裝置，其中該第一太陽電池之該表面部分的區域沿著該表面部分之平面方向具有5及300歐姆/方型區域(square)之間的一片電阻率。
  14. 如請求項8至12中任一項的光伏打裝置，其中該第一太陽電池之該表面部分的區域沿著該表面部分之平面方向具有10及30歐姆/方型區域(square)之間的一電阻率。
  15. 如請求項9至12中任一項的光伏打裝置，其中該互連區域包含一穿隧接面。
  16. 如請求項9至15中任一項的光伏打裝置，其中該互連區域包括該第二太陽電池的一部分。
  17. 如請求項9至16中任一項的光伏打裝置，其中該互連區域包含具有一高濃度電氣活性缺陷的一區域。
  18. 如請求項9至17中任一項的光伏打裝置，其中該互連區域包含在該第一及該第二太陽電池間的一缺陷接面。19. 如請求項1至18中任一項的光伏打裝置，其中該第一太陽電池為一薄膜矽太陽電池。
  19. 如請求項1至18中任一項的光伏打裝置，其中該第一太陽電池為一以晶圓為基礎的單晶矽太陽電池。
  20. 如請求項19之光伏打裝置，其中該第一太陽電池類似於一鈍化射極背面局部擴散(PERL)矽太陽電池地組配。
  21. 如請求項1至18中任一項的光伏打裝置，其中該第一太陽電池為一多重結晶矽太陽電池或一剝離矽晶圓太陽 電池。
  22. 如請求項1至21中任一項的光伏打裝置，其中該第二太陽電池結構為一薄膜太陽電池。
  23. 如請求項22之光伏打裝置，其中該薄膜太陽電池裝置為一固態太陽電池。
  24. 如請求項1至23中任一項的光伏打裝置，其中該第二太陽電池結構包含一電洞傳輸材料，其利於從該第二太陽電池結構傳輸電洞至該第一太陽電池或一接觸結構。
  25. 如請求項1至24中任一項的光伏打裝置，其中該第二太陽電池結構之該吸收劑材料包含一奈米或微米結構的多晶矽材料、一多孔性材料或一中孔性(mesoporous)材料。
  26. 如請求項1至25中任一項的光伏打裝置，其中該第二太陽電池之該吸收劑材料為一自組合(self-assembled)材料。
  27. 如請求項25或26之光伏打裝置，其中該第二太陽電池之該吸收劑材料為一無機-有機化合物。
  28. 如請求項27之光伏打裝置，其中的光吸收層包含MAPb(I(1-X)BrX)3、MAPb(1-X)SnXI3、Al2O3、SrTiO3及TiO2中之任一者或其組合。
  29. 如請求項28之光伏打裝置，其中MAPb(I(1-X)BrX)3包含CH3NH3Pb(I(1-X)BrX)3，且MAPb(1-X)SnXI3包含CH3NH3Pb(1-X)SnXI3。
  30. 如請求項28或29之光伏打裝置，其中一或多個太陽電池 之能隙藉由控制在該光伏打裝置製造期間所施用的Br、Sn或有機陽離子的數量而調整。
  31. 如請求項1至30中任一項的光伏打裝置，其中該光伏打裝置配置成使得電荷載子從該第一太陽電池的一n摻雜區域轉移至該第二太陽電池結構。
  32. 如請求項1至29中任一項的光伏打裝置，其中該光伏打裝置被配置成使得電荷載子從該第一太陽電池的一p摻雜區域轉移至該第二太陽電池結構。
  33. 一種製造光伏打裝置之方法，該方法包含下列步驟：提供一基體；使用該基體形成一第一單一矽同質接面太陽電池，該第一太陽電池包含具有相反極性的兩個摻雜矽部分，且具有一第一能隙；及在該第一太陽電池的結構上方積設至少一第二太陽電池結構，該至少一第二太陽電池結構包含具有一鈣鈦礦結構的一吸收劑材料，且具有大於該第一能隙之一第二能隙。
  34. 如請求項33之方法，其中該基體為一矽基體，且該第一太陽電池具有一p-n接面。
  35. 如請求項33或34之方法，其中該第一太陽電池為一以晶圓為基礎的單晶或多重結晶矽太陽電池。
  36. 如請求項33之方法，其中該第一太陽電池為一薄膜矽太陽電池。
  37. 如請求項33至36中任一項的方法，其更包含以下步驟： 在該第一及該第二太陽電池之間形成一互連區域，配置來利於從一太陽電池傳輸電荷載子至另一太陽電池。
  38. 如請求項37之方法，其中形成該互連區域之步驟包含處理該第一及該第二太陽電池間之該表面的步驟，其處理的方式係會使得該表面處的載子復合速率增加。
  39. 如請求項37或38之方法，其中形成該互連區域之步驟包含在該第一太陽電池之一表面部分內形成一穿隧接面。
  40. 如請求項34或35之方法，其中在該第一太陽電池上方積設至少一第二太陽電池結構之步驟包含一自組合積設步驟、一旋轉塗佈步驟、一化學氣相沉積(CVD)步驟、或一物理氣相沉積(PVD)步驟。
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