[發明專利]紋理化的多結太陽能電池及制造方法

在審

• 申請號: 201310258334.4
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103515461A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: B·赫克瑪特紹塔巴里;A·卡基菲魯茲;G·G·沙希迪;D·沙赫莉亞迪
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L31/0236
• 分類號: H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術領域

本發明涉及多結光伏器件，更具體地，涉及導致增加的效率的紋理化的多結光伏器件以及制造方法。

背景技術

太陽能器件利用光伏電池產生電流。太陽光中的光子碰撞太陽能電池或面板并且被諸如硅的半導體材料吸收。載流子獲得允許其流過材料以產生電力的能量。因此，太陽能電池將太陽能轉換成可用量的電力。

光子只需要具有比帶隙能量更大的能量來將電子從價帶激發到導帶中。由于太陽輻射包含能量大于硅的帶隙的光子，較高能量的光子將被太陽能電池吸收，同時（高于帶隙）的一些能量轉換成熱而不是轉換成可用的電能。

為了增強太陽能電池的效率，已經開發了多結電池。多結電池包括彼此疊加的兩個或更多個電池。透射經過頂部電池的任何輻射都有機會被下面的電池吸收。

盡管由具有不同帶隙的半導體材料的疊層構成的多結太陽能電池提供了更高的電池效率，但是期望和需要效率的進一步提高。

發明內容

一種多結光伏器件包括具有金字塔形狀的鍺層，所述金字塔形狀具有暴露的（111）刻面（facet）以形成紋理化表面。在該紋理化表面上或之上形成第一p-n結。在第一p-n結之上并遵循該紋理化表面形成另一p-n結。

另一多結光伏器件包括具有金字塔形狀的鍺層以及由III-V半導體材料形成的多個p-n結，所述金字塔形狀具有暴露的（111）刻面以形成紋理化表面。所述多個p-n結被形成為遵循所述紋理化表面的（111）刻面的形狀以增加光俘獲和增加總體器件效率。所述III-V材料具有相關聯的帶隙能量使得所述p-n結通過減小帶隙能量而排序。

另一多結光伏器件包括具有金字塔形狀的鍺層，所述金字塔形狀具有暴露的（111）刻面以形成紋理化表面。通過對所述鍺層的頂部摻雜在所述鍺層上或內形成第一p-n結。通過外延生長含GaAs的層在第一p-n結上形成第二p-n結。通過外延生長含GaP的層在第二p-n結上形成第三p-n結，其中所述p-n結遵循所述紋理化表面的（111）刻面的形狀以增加光俘獲和增加總體器件效率。

一種形成多結光伏器件的方法，包括：提供鍺層；在鍺層中蝕刻金字塔形狀，使（111）刻面暴露以形成紋理化表面；在紋理化表面上或之上由III-V半導體材料形成第一p-n結；以及在第一p-n結上并遵循該紋理化表面由III-V半導體材料形成至少一個其他的p-n結。

另一種形成多結光伏器件的方法，包括：提供鍺層；使用包含過氧化氫以及磷酸和氫氟酸之一的酸性蝕刻劑濕法蝕刻所述鍺層；在所述鍺層中形成金字塔形狀，使（111）刻面暴露以形成紋理化表面；對所述鍺層的頂表面進行摻雜以在該紋理化表面上或之上形成第一p-n結；在該頂表面沉積遵循所述紋理化表面的輪廓的第一半導體層；對該第一半導體層的一部分摻雜以形成第二p-n結。

又一種形成多結光伏器件的方法，包括：提供體鍺或者形成在硅襯底上的鍺層之一；使用包含比率為1:1:1的磷酸、過氧化氫和乙醇的酸性蝕刻劑濕法蝕刻所述鍺層；在所述鍺層中形成金字塔形狀，使（111）刻面暴露以形成紋理化表面；對所述鍺層的頂表面進行摻雜以在該紋理化表面上或之上形成第一p-n結；在該頂表面上沉積遵循所述紋理化表面的輪廓的第一半導體層；其中所述第一半導體層包括GaAs層或其合金；對該第一半導體層的一部分摻雜以形成第二p-n結；在所述第一半導體層上沉積第二半導體層，該第二半導體層遵循所述紋理化表面的輪廓，其中所述第二半導體層包括GaP層或其合金；以及對該第二半導體層的一部分摻雜以形成第三p-n結。

從下文中對其說明性實施例的詳細描述中，這些和其它特征及優點將變得顯而易見，所述詳細描述要結合附圖閱讀。

附圖說明

本公開將參考以下附圖在優選實施例的以下描述中提供細節，在附圖中：

圖1是根據本發明原理的鍺襯底或層的橫截面視圖；

圖2是根據本發明原理在濕法蝕刻以暴露（111）表面從而形成三維紋理化表面之后，圖1的襯底或層的橫截面視圖；

圖3是根據本發明原理在對襯底的上表面摻雜之后，圖2的結構的橫截面視圖；

圖4是根據本發明原理在形成第一半導體層之后，圖3的結構的橫截面視圖；

圖5是根據本發明原理在對第一半導體層的一部分摻雜之后，圖4的結構的橫截面視圖；

圖6是根據本發明原理在形成第二半導體層之后，圖5的結構的橫截面視圖；

圖7是根據本發明原理在對第二半導體層的一部分摻雜之后，圖6的結構的橫截面視圖；

圖8是示出根據現有技術的粗糙化表面的橫截面視圖；