[發(fā)明專利]多結(jié)太陽(yáng)能電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380059909.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-15
• 公開（公告）號(hào): CN104813485A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丹尼爾·德卡克斯;麗貝卡·瓊斯-艾伯特斯;維基特·薩博尼斯;費(fèi)倫·蘇阿雷茲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太陽(yáng)結(jié)公司
• 主分類號(hào): H01L31/04
• 分類號(hào): H01L31/04;H01L31/043;H01L31/18
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 王達(dá)佐;劉錚

本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求于2012年11月16日提交的第61/727,636號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，具體涉及主要由III-V半導(dǎo)體合金形成的高效多結(jié)太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)

眾所周知，在空間與聚光光生伏打領(lǐng)域中，使用降低價(jià)格的高效率多結(jié)太陽(yáng)能電池仍然是擴(kuò)大太陽(yáng)能市場(chǎng)的主要焦點(diǎn)。降低太陽(yáng)能成本的一種方法是降低電池制造成本并且增大電池效率和保持材料質(zhì)量。當(dāng)前，最成功的增大太陽(yáng)能電池效率的技術(shù)集中在建造多結(jié)太陽(yáng)能電池。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員知道可通過(guò)將更多子電池結(jié)堆疊在太陽(yáng)能電池上以獲得更寬的太陽(yáng)光譜范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的效率，但是建造超過(guò)目前市場(chǎng)上可得到的三結(jié)電池的四結(jié)、五結(jié)、六結(jié)電池仍然是繁重且昂貴的任務(wù)。當(dāng)前商業(yè)多結(jié)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)的最大效率記錄略高于44％。

本領(lǐng)域中通常用于多結(jié)太陽(yáng)能電池的材料由III-V半導(dǎo)體合金組成，生長(zhǎng)在包括鍺、砷化鎵、硅、或磷化銦的各種基底上。III-V合金是從標(biāo)準(zhǔn)周期表的IIIA列和VA列得到的，下文中通過(guò)其標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)符號(hào)、名稱和縮寫標(biāo)識(shí)，其中來(lái)自IIIA列的元素的總數(shù)基本等于來(lái)自VA列的元素總數(shù)。本文中“III-AsNV”材料限定為來(lái)自周期表IIIA族(即B、Al、Ga、In、Tl)和VA族(即N、P、As、Sb、Bi)的元素的合金，其中該合金包括As、N以及來(lái)自Sb和Bi的至少一個(gè)其他元素。

III-V半導(dǎo)體原子通常設(shè)置在清楚限定的三維配置(稱為點(diǎn)陣)中。點(diǎn)陣匹配指具有相同原子間距和結(jié)構(gòu)的兩個(gè)不同材料并因此形成互連的界面。因?yàn)樵又g沒有額外的或缺失的鍵并且維持了這兩種材料的高質(zhì)量晶體本質(zhì)，所以該方案是理想的。應(yīng)注意，在下文中，“基本點(diǎn)陣匹配”通常理解為當(dāng)這些材料的厚度大于100nm時(shí)這些材料在充分松弛狀態(tài)下的面內(nèi)點(diǎn)陣常數(shù)相差小于0.6％。此外，本文中使用的彼此基本點(diǎn)陣匹配的子電池指的是子電池中厚度大于100nm的所有材料具有在充分松弛狀態(tài)下相差小于0.6％的面內(nèi)點(diǎn)陣常數(shù)。當(dāng)兩個(gè)材料具有不同的原子間距時(shí)，發(fā)生點(diǎn)陣失配。

為了將不同材料集成到多結(jié)太陽(yáng)能電池中，不同最優(yōu)熱處理是期望的。為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)材料質(zhì)量，選擇需要具體熱處理、基底生長(zhǎng)和/或基底定向的材料。例如，必須小心地控制形成用于許多多結(jié)太陽(yáng)能電池的Ge子電池的生長(zhǎng)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)最佳的材料質(zhì)量。因此，鑒于實(shí)現(xiàn)所選材料的最優(yōu)性能所需的不同要求，有利的是生長(zhǎng)可進(jìn)行某退火過(guò)程和/或生長(zhǎng)的材料并將這些材料集合起來(lái)，之后將這些材料集成到多結(jié)太陽(yáng)能電池中。

具體地，對(duì)于包括稀釋氮化物子電池的多結(jié)太陽(yáng)能電池，需要原位退火或生長(zhǎng)后退火，以實(shí)現(xiàn)可靠的材料性能。這種高溫退火可能影響一些鄰近材料的性能。此外，可利用每個(gè)稀釋氮化物子電池具有不同帶隙的多個(gè)稀釋氮化物子電池實(shí)施先進(jìn)的四結(jié)、五結(jié)、六結(jié)或更多結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。為了使每個(gè)結(jié)最優(yōu)地執(zhí)行，這些不同的帶隙稀釋氮化物子電池可能需要不同的退火過(guò)程。在這種情況下，對(duì)于用于多結(jié)太陽(yáng)能電池的子電池的所有材料的整體質(zhì)量有利的是各個(gè)稀釋氮化物子電池生長(zhǎng)在不同基底上并接受其最優(yōu)的熱處理。例如，結(jié)合技術(shù)可能允許對(duì)底部擴(kuò)散電池(Ge)和將結(jié)合在頂部上的三結(jié)結(jié)構(gòu)使用不同的退火處理。該方法可準(zhǔn)許使生長(zhǎng)技術(shù)最優(yōu)化，例如通過(guò)MOCVD生長(zhǎng)底部電池和通過(guò)MBE生長(zhǎng)三結(jié)堆。雖然電池效率提高位于CPV成本等式的一邊，而與生長(zhǎng)技術(shù)和材料使用相關(guān)聯(lián)的成本仍在位于另一邊。本領(lǐng)域技術(shù)人員使用分子束外延(MBE)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)過(guò)程進(jìn)行外延生長(zhǎng)。雖然MBE已表現(xiàn)出能夠制造最高性能的多結(jié)太陽(yáng)能電池，但MOCVD是工業(yè)中通常使用的方法，其根據(jù)子電池生長(zhǎng)可以是成本有利的。組合MOCVD和MBE生長(zhǎng)過(guò)程而不是僅使用MBE或MOCVD對(duì)于具有4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)或更多子電池的多結(jié)太陽(yáng)能電池可能是成本有效的。

此外，用于生長(zhǎng)某些子電池的基底可能非常昂貴。因此有利的是重復(fù)使用非外延生長(zhǎng)襯底以形成其他子電池生長(zhǎng)。