[發(fā)明專利]耐輻射倒置變質(zhì)多結(jié)太陽能電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310544913.5
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN104300025A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 普拉溫·帕特爾;本杰明·邱
• 申請（專利權(quán)）人: 安科太陽能公司
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0735;H01L31/0725
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 齊楊

政府權(quán)利聲明

本發(fā)明是依據(jù)由美國空軍授予的第FA9453-04-09-0371號及第FA9453-04-2-0041號合約在政府支持下做出的。政府對本發(fā)明具有特定權(quán)利。

相關(guān)申請案交叉參考

本申請案是以全文引用的方式并入本文中的2012年6月7日提出申請的第13/491,390號申請案的部分接續(xù)案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于有時稱為零空氣質(zhì)量(AM0)環(huán)境的空間輻射環(huán)境的變質(zhì)多結(jié)太陽能電池。此類太陽能電池由許多衛(wèi)星用作電源。

背景技術(shù)

對較高轉(zhuǎn)換效率的需要已推動了多結(jié)太陽能電池的開發(fā)，即，具有兩個或兩個以上太陽能子電池的太陽能電池，所述太陽能子電池具有不同帶隙且以減小帶隙的次序布置，使得高能量輻射由第一太陽能子電池吸收且低能量的光子穿過第一太陽能子電池并由后續(xù)太陽能子電池吸收。為了在每一太陽能電池中提供增加數(shù)目的太陽能子電池，已知將不同材料用于不同太陽能子電池，在此情況下，如果使用具有不同晶格常數(shù)的材料，那么太陽能電池稱為變質(zhì)多結(jié)太陽能電池。每一太陽能子電池具有相關(guān)聯(lián)的短路電流且按慣例，太陽能電池經(jīng)設(shè)計以使每一太陽能子電池的短路電流匹配以實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)換效率。

倒置變質(zhì)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制作(例如在M.W.瓦拉斯(M.W.Wanlass)等人的用于高性能III-V光伏能量轉(zhuǎn)換器的晶格不匹配方法(Lattice?Mismatched?Approaches?for?High?Performance，III-V?Photovoltaic?Energy?Converters)(第31屆IEEE光伏專家會議的會議錄，2005年1月3-7日，IEEE出版社，2005)中所描述)涉及在生長襯底上以反向次序生長太陽能子電池(即，從最高帶隙太陽能子電池到最低帶隙太陽能子電池)且接著移除生長襯底。

US2010/0122724A1(其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中)論述四結(jié)倒置變質(zhì)多結(jié)太陽能電池。

對既定用于空間應(yīng)用的太陽能電池的關(guān)鍵要求是能夠耐受暴露于電子及質(zhì)子粒子輻射。先前對InGaAs太陽能子電池進行的電子輻射研究已證實相對于InGaP及GaAs的較低耐輻射性，參見M.山口(M.Yamaguchi)的“化合物半導(dǎo)體太陽能電池的耐輻射性(Radiation?Resistance?of?Compound?Semiconductor?Solar?Cells)”，應(yīng)用物理期刊，78，1995，pp1476-1480。因此，InGaAs太陽能子電池的性能在AM0環(huán)境中將比InGaP或GaAs太陽能子電池更快地劣化。因此，將InGaAs子電池并入到“抗輻射”多結(jié)太陽能電池中提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在改進具有至少兩個InGaAs太陽能子電池的變質(zhì)多結(jié)太陽能電池在AM0環(huán)境中的性能。根據(jù)本發(fā)明，在于AM0環(huán)境中部署太陽能電池期間，在壽命開始時將不匹配引入到與太陽能電池的太陽能子電池相關(guān)聯(lián)的短路電流中以允許至少兩個InGaAs太陽能子電池的轉(zhuǎn)換效率有較大劣化，從而產(chǎn)生多結(jié)裝置的較高壽命結(jié)束轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的實施例提供一種多結(jié)太陽能電池，其包括：第一太陽能子電池，其由InGaP構(gòu)成，具有第一帶隙及第一短路電流；第二太陽能子電池，其由GaAs構(gòu)成，安置于所述第一太陽能子電池上方且具有小于所述第一帶隙的第二帶隙及不匹配的第二短路電流，其中所述第一短路電流比所述第二短路電流小多達8％的量；第三太陽能子電池，其由InGaAs構(gòu)成，安置于所述第二太陽能子電池上方且具有小于所述第二帶隙的第三帶隙及與所述第二短路電流大致匹配的第三短路電流；及第四太陽能子電池，其由InGaAs構(gòu)成，安置于所述第三太陽能子電池上方且具有小于所述第三帶隙的第四帶隙及與所述第三短路電流大致匹配的第四短路電流。如本文中所使用，與參考短路電流“大致匹配”的短路電流意指所述短路電流相對于所述參考短路電流的偏差在±4％內(nèi)。所述第一到第四短路電流經(jīng)設(shè)定使得在AM0空間環(huán)境中在所述多結(jié)太陽能電池的壽命結(jié)束狀態(tài)下，所述子電池中的每一者的所述短路電流大致匹配。所述壽命結(jié)束狀態(tài)可對應(yīng)于在AM0空間環(huán)境中至少15年的使用周期或暴露于每平方厘米1×10¹⁵1-MeV電子的通量。

附圖說明

圖1示意性地展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的多結(jié)太陽能電池的主要區(qū)域；