[發(fā)明專利]使用III-V半導(dǎo)體太陽能電池的聚光光伏打系統(tǒng)模塊

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910009814.0
• 申請(qǐng)日: 2009-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN101510571A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 加里·赫林;米哈伊爾·卡茨;艾倫·戈倫茲;斯科特·埃爾曼;方路
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安科太陽能公司
• 主分類號(hào): H01L31/052
• 分類號(hào): H01L31/052
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 孟 銳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于使用III-V化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池的聚光光伏打系統(tǒng) 陣列中的模塊或子組合件。

背景技術(shù)

過去，太陽能電力(在太空與地面兩者中)主要由硅太陽能電池提供。然而，在 過去幾年中，對(duì)用于太空應(yīng)用的高效III-V化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池的大量制造 已使得人們考慮能夠?qū)⒋颂娲夹g(shù)用于地面電力產(chǎn)生。與硅相比，III-V化合物半導(dǎo) 體多結(jié)電池通常更能抵抗輻射且具有更大的能量轉(zhuǎn)換效率，但其制造起來往往花費(fèi)較 大。當(dāng)前一些III-V化合物半導(dǎo)體多結(jié)電池具有超過27％的能量效率，而硅技術(shù)通常 僅達(dá)到約17％的效率。在聚光條件下，當(dāng)前一些III-V化合物半導(dǎo)體多結(jié)電池具有超 過37％的能量效率。

一般來說，所述多結(jié)電池具有p上n極性且由InGaP/(In)GaAs/Ge半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 豎直堆迭組成。III-V化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池層通常可經(jīng)由金屬有機(jī)化學(xué)氣相 沉積(MOCVD)生長在鍺(Ge)襯底上。使用Ge襯底可準(zhǔn)許在n型與p型Ge之間形 成結(jié)，借此利用所述襯底來形成底部或低帶隙子電池。所述太陽能電池結(jié)構(gòu)通常生長 在直徑100毫米且平均質(zhì)量密度約86毫克/平方厘米的Ge晶片上。在某些加工過程 中，在MOCVD生長過程期間跨越容納12或13個(gè)Ge襯底的底板的外延層均勻度優(yōu) 于99.5％。每一晶片通常產(chǎn)生兩個(gè)大面積的太陽能電池。經(jīng)加工以用于生產(chǎn)的電池面 積通常介于從26.6到32.4平方厘米的范圍內(nèi)。外延晶片可隨后通過以下步驟加工為 成品太陽能電池裝置：自動(dòng)機(jī)器人光刻、金屬化、化學(xué)清洗及蝕刻、抗反射(AR)涂布、 切割成片以及測試過程。n與p觸點(diǎn)金屬化物通常主要由Ag組成，其具有薄Au頂蓋 層以保護(hù)Ag免受氧化。所述AR涂層是雙層TiO_x/Al₂O₃介電堆迭，其光譜反射率特 性經(jīng)設(shè)計(jì)以將蓋片玻璃互連電池(CIC)或太陽能電池組合件(SCA)層級(jí)處的反射降到 最低，以及使電池的壽命終止(EOL)性能達(dá)到最高。

在某些化合物半導(dǎo)體多結(jié)電池中，與GaAs電池不同，中間電池是InGaAs電池。 對(duì)于InGaAs中間電池，銦濃度可在約1.5％的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，這一布置 呈現(xiàn)增加的效率。使用InGaAs層的優(yōu)點(diǎn)是，此類層可基本完美地晶格匹配到Ge襯 底。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明一方面中，太陽能電池模塊包括一子組合件，所述子組合件包含具有多 結(jié)III-V化合物半導(dǎo)體太陽能電池的太陽能電池接收器、輔助光學(xué)元件及用于將入射 光聚集到所述太陽能電池上的透鏡。

在本發(fā)明一方面中，用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電的太陽能電池模塊包括：外殼，其包 括第一側(cè)及與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)；菲涅爾(Fresnel)透鏡整體陣列，其耦合到 所述外殼的所述第一側(cè)，每一透鏡均具有在約38.1厘米與約50.8厘米之間的焦距； 多個(gè)太陽能電池接收器，其設(shè)置在所述外殼的第二側(cè)上，每一太陽能電池接收器均包 括：包括一個(gè)或一個(gè)以上III-V化合物半導(dǎo)體層的太陽能電池，其中所述太陽能電池 具有約1厘米×約1厘米的尺寸；具有本體、陽極端子及陰極端子的二極管，所述二 極管與所述太陽能電池并聯(lián)耦合；第一及第二電端子，其與所述太陽能電池及所述二 極管并聯(lián)耦合且適于提供到一個(gè)或一個(gè)以上間隔開的太陽能電池接收器的電連接；設(shè) 置在每一相應(yīng)透鏡的光路徑中的多個(gè)輔助光學(xué)元件，每一輔助光學(xué)元件界定一具有多 個(gè)反射壁的相應(yīng)錐形光學(xué)通道；每一太陽能電池均設(shè)置在相應(yīng)透鏡及相應(yīng)光學(xué)通道的 光學(xué)路徑中，其中所述透鏡可操作以將太陽能以400或更多的聚光倍數(shù)聚集到所述相 應(yīng)太陽能電池上并產(chǎn)生超過14瓦的峰值功率。

在某些實(shí)施方案中，所述太陽能電池接收器包括：襯底，其用于支撐所述太陽能 電池及二極管；其中所述二極管本體包括頂部部分及底部部分，所述底部部分比所述 頂部部分更接近于襯底而設(shè)置；涂層，其設(shè)置在所述二極管本體的頂部部分上方并延 伸到襯底，所述涂層大致囊封所述二極管本體、陽極端子及陰極端子；底涂層，其大 致占據(jù)二極管本體底部部分與襯底之間的全部空間。

在某些實(shí)施方案中，底涂層經(jīng)設(shè)置以使得所述二極管與所述襯底之間不存在氣 隙。

在某些實(shí)施方案中，菲涅爾(Fresnel)透鏡的整體陣列是具有適于與外殼上的對(duì) 準(zhǔn)元件耦合的對(duì)準(zhǔn)元件的丙烯酸纖維薄片。

在某些實(shí)施方案中，透鏡的焦距約為45厘米。