[發明專利]堆疊狀的單片的正置變質的地面式的聚光太陽能電池

在審

• 申請號: 202010199946.0
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111739970A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: D·富爾曼;W·古特;M·莫伊澤爾
• 申請（專利權）人: 阿聚爾斯佩西太陽能有限責任公司
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0352;H01L31/036;H01L31/065
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

一種堆疊狀的、單片的、正置變質的、地面式的聚光太陽能電池，其具有恰好五個子電池且具有變質緩沖層，其中，第一子電池具有第一晶格常數G1，并且由鍺組成，第二子電池具有第二晶格常數，并且具有GaInAs，第三子電池具有第二晶格常數G2，并且具有GaInAs，第四子電池具有第二晶格常數G2，并且具有InP，所述第五子電池具有第二晶格常數G2并且具有InP，G1G2適用于所述晶格常數，變質緩沖層布置在第一子電池和第二子電池之間，并且在面向第一子電池的下側上具有第一晶格常數G1，并且在面向第二子電池的上側上具有第二晶格常數G2，聚光太陽能電池的布置在第一子電池上方的所有半導體層均在各個位于前面的子電池上外延產生。

技術領域

本發明涉及一種堆疊狀的、單片的(monolithisch)、正置變質的(aufrechtmetamorphe)、地面式的聚光太陽能電池(Konzentrator-Solarzelle)，所述太陽能電池具有恰好五個子電池和一個變質緩沖層(Puffer)。

背景技術

為了更好地充分利用太陽光譜，多結太陽能電池通常包括三個或更多子電池，所述子電池具有不同且彼此協調的帶隙，其中，最上方的子電池具有最大的帶隙，而最下方的子電池具有最小的帶隙，并且最上方的子電池位于該多結太陽能電池的面向太陽的一側。

例如由DE 10 2015 016 047A1，EP 2 779 253A1和US 2012/0 216 858A1已知多結太陽能電池。

在鍺襯底上晶格匹配的多結太陽能電池中，多結太陽能電池的最上方的子電池——以下也稱為上電池(Oberzelle)——通常由InGaP組成，其帶間距約為1.88eV。

InGaP上電池的開路端電壓(offene Klemmspannung)V_oc顯示約為1.4V。為了提高多結太陽能電池的效率，正在尋求具有三個以上子電池的變質的且晶格匹配的設計。

為了實現更高的效率，有義務使用其間具有4個子電池的多結太陽能電池。然而，在正置變質的AlGaInP/AlGaInAs/GaInAs/Ge四結太陽能電池(也稱為UMM)中存在以下問題：在上方的兩個子電池中為了提高帶隙所需使用大量的鋁會導致材料特性的劣化，由此導致太陽能電池效率降低。由于少數電荷載流子壽命短，相比于在例如晶格匹配的GaAs和GaInP太陽能電池的情況下，例如開路端電壓(V_oc)與能帶間隙(Eg)之間的差異明顯更高。

附加地，在最上方的子電池中使用鋁導致最上方的子太陽能電池的發射極中的多數電荷載流子的遷移率(Beweglichkeit)降低，并且因此導致多結太陽能電池中的層電阻明顯增大。所提及的效應在聚光太陽能電池(其通常在500倍至1000倍的聚光因子下運行)中極其重要。在此，串聯電阻略微增加到2倍大小，這已經導致多結太陽能電池在聚光的情況下的效率明顯降低。

由此，至今已開發含Al的上電池的AlGaInP/AlGaInAs/GaInAs/Ge四結太陽能電池用于太空應用。相比于在聚光的情況下，對層電阻的要求由于缺失太陽光的聚光而低得多，使得串聯電阻的損耗對多結太陽能電池的整體效率具有更小的影響。

附加地，在太空中使用太空太陽能電池時，太空太陽能電池由于存在于太空中的(由電子和質子組成的)高能粒子輻射總歸會退化(degradieren)，從而相比于先前使用的不含Al的上電池，在任務起始時較短的少數載流子壽命(英：beginning-of-life，縮寫BOL，開始壽命)由于含Al材料的材料質量降低而對在任務終止時決定終止壽命(英：end-of-life，縮寫EOL)的效率具有較少的影響。