[發明專利]具有III-V族化合物半導體電池的高聚光度地面太陽能電池組件

無效

• 申請號: 200810180415.6
• 申請日: 2008-11-26
• 公開（公告）號: CN101494246A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 丹尼爾·J·艾肯;馬克·A·斯坦;弗雷德·紐曼
• 申請（專利權）人: 昂科公司
• 主分類號: H01L31/052
• 分類號: H01L31/052
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 孟 銳

技術領域

1.發明領域

本發明大體來說涉及將太陽光轉換為電能的聚光地面太陽能供電系統的太陽能電池的設計，且更特定來說涉及包含聚光透鏡及使用III-V族化合物半導體的太陽能電池的組件(arrangement)，及所述太陽能電池上的聚光度水平的優化。

背景技術

市面上地面太陽能供電應用的硅太陽能電池具有處于從8％到15％的效率。基于III-V族化合物的化合物半導體太陽能電池在正常操作條件下具有28％的效率。此外，眾所周知，將太陽能聚光到III-V族化合物半導體光伏電池上可在聚集時將電池效率增加到37％效率以上。

當前，地面太陽能發電系統使用硅太陽能電池是由于其成本低且可廣泛地使用。雖然III-V族化合物半導體太陽能電池已廣泛用于人造衛星應用中(其中在選擇此類裝置時其比功率效率是比每瓦特成本更重要的考慮因素)，然而此類太陽能電池經設計以用于在地球大氣層(稱作氣團0，或AMO)頂部的太陽能光譜，且不適于存在于地球表面(稱作氣團1.5或AM1.5)的太陽能光譜的覆蓋。所述AMO電池也沒有經配置以用于地面太陽能跟蹤、聚光光伏系統。

在硅及III-V族化合物半導體太陽能電池二者的設計中，一個電觸點通常放置在太陽能電池的光吸收側或前側上，且第二觸點放置在所述電池的背側上。光激活半導體設置在所述襯底的光吸收側上且包含一個或一個以上p-n結。當在電池內吸收光時，所述p-n結形成電子流。柵格線在電池頂部表面上方延伸以俘獲此電子流，然后將所述電子流連接到前部觸點或接合墊中。

規定太陽能電池的設計的一個重要方面是組成所述太陽能電池的半導體材料層的物理結構(成分、能帶隙及層厚度)。太陽能電池常常制造成垂直、多結的結構以便利用具有不同帶隙的材料并盡可能多地轉換太陽光譜。用于根據本發明的設計的一種類型的多結結構是由鍺底部電池、砷化鎵(GaAs)中間電池及磷化鎵銦(InGaP)頂部電池組成的三結太陽能電池結構。

在本發明之前，尚不存在對伴隨著適于地面應用的三結III-V族化合物半導體太陽能電池的聚光度水平效應的考慮，也不存在對使電池的效率最大化的聚光度水平的確定。

發明內容

1.發明目的

本發明的一個目標是提供一種地面供電應用的經改善III-V族化合物半導體多結太陽能電池，每個太陽能電池可產生超過15瓦特的峰值DC功率。

本發明的又一目標是在III-V族半導體太陽能電池的前表面上提供一種柵格結構以適應用于聚光光伏地面功率應用的高電流。

本發明的又一目標是為III-V族半導體太陽能電池提供相對較厚的前部或頂部子電池半導體層，所述半導體層具有經優化以用于可用于地面供電應用的高聚光度AM1.5太陽能輻射的成分。

本發明的再一目標是提供一種由多個太陽能電池陣列組成的地面太陽能供電系統，所述太陽能電池陣列具有適于準許所述太陽能電池以最大效率操作的聚光光學裝置。

2.本發明特征

簡單地且一般地說，本發明提供一種從太陽產生能量的聚光光伏太陽能電池，其包含：鍺襯底，其包含第一光激活結且形成底部太陽能子電池；砷化鎵中間子電池，其設置在所述襯底上；磷化鎵銦頂部子電池，其設置在所述中間子電池上方且具有可使AM1.5光譜區中的吸收最大化的能帶隙且進一步具有大于7000埃的厚度及小于330歐姆/平方的片電阻(sheet?resistance)，其適于以大于20個太陽的聚光度水平來操作，其中所述頂部子電池的電流密度大于35安培/平方厘米；及表面柵格，其設置在所述頂部子電池上方且具有覆蓋頂部子電池表面區域的大約5％且適于傳導太陽能電池所形成的相對較高的電流。

在另一方面中，本發明提供一種從太陽產生能量的聚光光伏太陽能電池，其包含：底部子電池，其包含第一光伏結；中間子電池，其設置在所述底部子電池上且包含第二光伏結；及頂部子電池，其設置在所述中間子電池上方且具有光伏結及能帶隙以使AM1.5光譜區中的吸收最大化，且具有小于500歐姆/平方的頂部層片電阻且適于以大于20個太陽的聚光度水平來操作。

在另一方面中，本發明提供一種從太陽產生能量的聚光光伏太陽能電池，其包含：第一光伏結；砷化鎵中間子電池，其設置在所述襯底上；及磷化鎵銦頂部子電池，其設置在所述中間子電池上方且具有使AM1.5光譜區中的吸收最大化的能帶隙及大于7000埃的厚度以在所述頂部子電池的表面上載送與聚光的太陽光相關聯的增大的電流。

附圖說明

圖1是根據本發明構造的地面太陽能電池的高度放大剖視圖；

圖2是顯示第一實施例中的柵格線的圖1的太陽能電池的俯視平面圖；