[發明專利]太陽能電池結構中的多層背面場層

有效

• 申請號: 201210352495.5
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN103022181B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: X-Q·劉;D·C·羅;E·M·雷德爾;C·M·費策爾;R·R·金
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民,張全信

背景技術

本公開的領域一般地涉及太陽能轉換設備，并且更具體地涉及太陽能電池結構中的多層背面場層。

由于對污染和有限資源的持續關心，對地面(terrestrial)和非地面應用中的光伏(″PV)電池的關注已經增加。不論這種電池的應用如何，已經繼續努力增加輸出和/或增加PV電池的效能。

一些已知的PV電池結構包括電池基體(base)，該電池基體具有與具有相對高帶隙的基底(substrate)點陣匹配的層。背面場(back?surface?field,BSF)層通常用于太陽能電池的電池基體部分和基底或鄰接基體層的層之間，以減少在界面處的電子空穴復合，阻擋少數載流子擴散遠離pn結，并由此增加電池的效能。BSF層通常與電池晶格常數點陣匹配。然而，在這種結構中相對大的電池帶隙降低了太陽能電池結構的效能。

一些多結地面用PV電池結構，利用具有較大的晶格常數和較寬的帶隙范圍的垂直變形(metamorphic)設計以更好地分裂太陽光譜，并因此增加效能。一些這樣的PV電池結構可具有從大約0.7eV至大約2.0eV的電池基體帶隙范圍。為了使BSF層與變形PV電池結構中更大的電池晶格常數點陣匹配，銦通常被添加至BSF層。例如，一些已知的垂直變形PV電池使用AlGaInAs或ALGaInP?BSF層。在至少一個已知的變形PV電池結構中，BSF層包括大約20%的銦和大約60%的鋁。盡管添加的銦增加了BSF層的晶格常數，但銦也降低了BSF層的帶隙。因此，一些已知的變形PV電池結構具有低于2.0eV的間接帶隙。在這樣的相對于電池基體帶隙相對低的帶隙下，BSF層可能沒有如期望的那樣有效地起作用，并且這樣的PV電池的效能可被降低。此外，因為碳的銦蝕刻作用，BSF層中與碳的p摻雜受限。因此，在BSF層中包括銦的至少一些已知的變形PV電池結構被限于小于大約10¹⁸cm^-3的p摻雜。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供包括發射體層、與發射體層鄰近的基體層和與基體層鄰近的背面場(BSF)層的光伏(PV)電池。BSF層包括與基體層鄰近的第一層和與第一層鄰近的第二層。第一層包括第一材料，并且第二層包括不同于第一材料的第二材料。

有利地，所述BSF層的第二層與所述基體層點陣匹配。

有利地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配。優選地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配大于大約0%。優選地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配大于大約0.5%。優選地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配大于大約1%。

有利地，發射體層和基體層每個包括AlGaInP材料。優選地，所述BSF層的所述第一層的第一材料包括AlGaAs材料。優選地，所述BSF層的所述第二層的第二材料包括AlGaInAs材料。

有利地，所述BSF層的第一層比所述BSF層的所述第二層薄。

根據本發明的一個方面，提供的光伏(PV)電池包括發射體層、與發射體層鄰近的基體層和與基體層鄰近的背面場(BSF)層。發射體層和基體層建立了電池晶格常數。BSF層包括與基體層鄰近的第一層，和與第一層鄰近的第二層。第一層與電池晶格常數失配，第二層與電池晶格常數匹配。

有利地，發射體層和基體層每個包括AlGaInP材料。優選地，所述BSF層的第一層包括AlGaAs材料。

有利地，所述BSF層的第二層包括AlGaInAs材料。優選地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配大于大約0%。優選地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配大于大約0.5%。優選地，所述BSF層的第一層與所述基體層晶格失配大于大約1%。

有利地，所述BSF層的第一層比所述BSF層的所述第二層薄。

根據本發明的一個方面，提供的光伏(PV)電池包括發射體層、與發射體層鄰近的基體層和與基體層鄰近的背面場(BSF)層。BSF層包括與基體層鄰近的應變的假晶層(strained?pseudomorphic?layer)，和與應變的假晶層鄰近的點陣匹配層。

有利地，應變的假晶層為完全應變的假晶層。優選地，所述BSF層的應變的假晶層與所述基體層晶格失配大于大約0%。優選地，所述BSF層的假晶層與所述基體層晶格失配大于大約0.5%。優選地，所述BSF層的假晶層與所述基體層晶格失配大于大約1%。

有利地，應變的假晶層具有比所述點陣匹配層高的帶隙。