[發(fā)明專利]具漸變式超晶格結(jié)構(gòu)的太陽電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710102816.5
• 申請(qǐng)日: 2007-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN101304051A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭盛輝;陳奕良;吳佩璇;許榮宗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01L31/042
• 分類號(hào): H01L31/042;H01L31/0352
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 陶鳳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽電池(Solar?Cell)，且特別涉及一種提高效率的具漸變式超晶格結(jié)構(gòu)(Grading?Superlattice?Structure)的太陽電池。

背景技術(shù)

目前商品化的太陽電池的主要材料方面大致可區(qū)分為硅基太陽電池及III-V族化合物半導(dǎo)體基太陽電池兩大類。就硅基太陽電池而言，目前效率最高約達(dá)18～23％，而III-V族化合物半導(dǎo)體基太陽電池方面，其能隙為直接能隙，能量轉(zhuǎn)換效率高，又具有輻射耐力強(qiáng)等方面的特性，品質(zhì)較目前的硅半導(dǎo)體占優(yōu)勢(shì)，所以許多研究報(bào)告都指出，III-V族半導(dǎo)體材料是最適合用來發(fā)展高效能太陽電池的材料。

III-V族半導(dǎo)體太陽電池結(jié)構(gòu)方式，主要以串接式的結(jié)構(gòu)為主，其制作方式簡(jiǎn)單且效率高。若依制造過程來看，常用的外延工藝基板又有GaAs基板和Ge基板兩種，由于后者的晶格常數(shù)與GaAs很接近，容易與各種常用的III-V族材料產(chǎn)生最佳匹配，本身又可于0.67eV處制作出一個(gè)結(jié)(junction)，吸收長(zhǎng)波段的光線，提高電池效率，因此，已成為市場(chǎng)的主流。

此外，在太陽電池元件的結(jié)構(gòu)上也逐步演進(jìn)，采取能夠使頻譜響應(yīng)的范圍涵蓋太陽光譜的紫外光、可見光及紅外光等不同能量區(qū)域的多結(jié)(multi-junction)結(jié)構(gòu)，以取代單一結(jié)(single-junction)太陽電池，并逐漸提高結(jié)的數(shù)目，來得到更高效率的太陽電池。

近來有一種四結(jié)的太陽電池已經(jīng)由美國圣地亞公司(Sandia?Corporation)提出，其是由InGaP(1.85eV)/GaAs(1.40eV)/InGaNAs(1.0eV)/Ge(0.67eV)的四結(jié)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，理論上可大幅提高轉(zhuǎn)換效率。然而，實(shí)際上由于InGaNAs材料的品質(zhì)常隨著N含量增加而急速劣化，造成載流子擴(kuò)散距離短、移動(dòng)速率慢、壽命(carrier?lifetime)短、缺陷雜質(zhì)濃度高等。而且由于欲得到高品質(zhì)的InGaNAs(1.0eV)外延材料仍十分困難，導(dǎo)致此種結(jié)構(gòu)的太陽電池到目前為止依然無法被實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種太陽電池，具有漸變式超晶格結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供一種太陽電池，可降低材料缺陷、加大臨界厚度，以提高整體效率。

本發(fā)明提出一種太陽電池，包括一個(gè)底部電池(bottom?cell)、一個(gè)中間電池和一個(gè)頂部電池。其中底部電池位于一個(gè)基板上，而中間電池是位在底部電池上，其中中間電池包括依序堆疊的一層背面電場(chǎng)(back?surface?field)、一個(gè)基極(base)、一層漸變式超晶格結(jié)構(gòu)、一個(gè)射極(emitter)以及一層透光層。頂部電池(top?cell)則是位在中間電池上，其中頂部電池包括依序堆疊的一層背面電場(chǎng)、一個(gè)基極、一個(gè)射極以及一層透光層。此外，分別在底部電池與中間電池之間以及在中間電池與頂部電池之間各有一層穿隧接面(tunneljunction)層。而在基板之下和頂部電池上各有一層底部接觸層與一層頂部接觸層。另有一層抗反射層(anti-reflection)位在未被頂部接觸層覆蓋的頂部電池上。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述漸變式超晶格結(jié)構(gòu)為砷化鎵/砷化鎵銦(GaAs/GaInAs)漸變式超晶格結(jié)構(gòu)，其是通過增加砷化鎵/砷化鎵銦中的銦的含量來達(dá)成該漸變式超晶格結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述基板的材料至少包括鍺(Ge)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述底部電池包括鍺底部電池(Ge?bottom?cell)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述頂部電池為磷化鎵銦頂部電池(GaInP?top?cell)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述中間電池的背面電場(chǎng)的材料包括磷化鎵銦。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述中間電池的基極的材料包括砷化鎵。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述中間電池的射極的材料包括砷化鎵。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述中間電池的透光層的材料包括磷化鎵銦。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述穿隧接面層的材料包括砷化鎵(GaAs)或磷化鎵銦(InGaP)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述頂部電池的背面電場(chǎng)層的材料包括磷化鋁鎵銦(AlGaInP)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述頂部電池的透光層的材料包括磷化鋁銦(AlInP)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述頂部電池的基極的材料包括磷化銦鎵(InGaP)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述頂部電池的射極的材料包括磷化銦鎵。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述頂部接觸層包括n-type摻雜接觸層，其材料如鍺/金/鎳/金(Ge/Au/Ni/Au)。