[发明专利]具渐变式超晶格结构的太阳电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳电池(Solar Cell)，且特别涉及一种提高效率的具渐变式超晶格结构(Grading Superlattice Structure)的太阳电池。

背景技术

目前商品化的太阳电池的主要材料方面大致可区分为硅基太阳电池及III-V族化合物半导体基太阳电池两大类。就硅基太阳电池而言，目前效率最高约达18～23％，而III-V族化合物半导体基太阳电池方面，其能隙为直接能隙，能量转换效率高，又具有辐射耐力强等方面的特性，品质较目前的硅半导体占优势，所以许多研究报告都指出，III-V族半导体材料是最适合用来发展高效能太阳电池的材料。

III-V族半导体太阳电池结构方式，主要以串接式的结构为主，其制作方式简单且效率高。若依制造过程来看，常用的外延工艺基板又有GaAs基板和Ge基板两种，由于后者的晶格常数与GaAs很接近，容易与各种常用的III-V族材料产生最佳匹配，本身又可于0.67eV处制作出一个结(junction)，吸收长波段的光线，提高电池效率，因此，已成为市场的主流。

此外，在太阳电池元件的结构上也逐步演进，采取能够使频谱响应的范围涵盖太阳光谱的紫外光、可见光及红外光等不同能量区域的多结(multi-junction)结构，以取代单一结(single-junction)太阳电池，并逐渐提高结的数目，来得到更高效率的太阳电池。

近来有一种四结的太阳电池已经由美国圣地亚公司(Sandia Corporation)提出，其是由InGaP(1.85eV)/GaAs(1.40eV)/InGaNAs(1.0eV)/Ge(0.67eV)的四结结构所构成，理论上可大幅提高转换效率。然而，实际上由于InGaNAs材料的品质常随着N含量增加而急速劣化，造成载流子扩散距离短、移动速率慢、寿命(carrier lifetime)短、缺陷杂质浓度高等。而且由于欲得到高品质的InGaNAs(1.0eV)外延材料仍十分困难，导致此种结构的太阳电池到目前为止依然无法被实用化。

发明内容

本发明提供一种太阳电池，具有渐变式超晶格结构。

本发明提供一种太阳电池，可降低材料缺陷、加大临界厚度，以提高整体效率。

本发明提出一种太阳电池，包括一个底部电池(bottom cell)、一个中间电池和一个顶部电池。其中底部电池位于一个基板上，而中间电池是位在底部电池上，其中中间电池包括依序堆叠的一层背面电场(back surface field)、一个基极(base)、一层渐变式超晶格结构、一个射极(emitter)以及一层透光层。顶部电池(top cell)则是位在中间电池上，其中顶部电池包括依序堆叠的一层背面电场、一个基极、一个射极以及一层透光层。此外，分别在底部电池与中间电池之间以及在中间电池与顶部电池之间各有一层穿隧接面(tunneljunction)层。而在基板之下和顶部电池上各有一层底部接触层与一层顶部接触层。另有一层抗反射层(anti-reflection)位在未被顶部接触层覆盖的顶部电池上。

在本发明的一实施例中，上述渐变式超晶格结构为砷化镓/砷化镓铟(GaAs/GaInAs)渐变式超晶格结构，其是通过增加砷化镓/砷化镓铟中的铟的含量来达成该渐变式超晶格结构。

在本发明的一实施例中，上述基板的材料至少包括锗(Ge)。

在本发明的一实施例中，上述底部电池包括锗底部电池(Ge bottom cell)。

在本发明的一实施例中，上述顶部电池为磷化镓铟顶部电池(GaInP top cell)。

在本发明的一实施例中，上述中间电池的背面电场的材料包括磷化镓铟。

在本发明的一实施例中，上述中间电池的基极的材料包括砷化镓。

在本发明的一实施例中，上述中间电池的射极的材料包括砷化镓。

在本发明的一实施例中，上述中间电池的透光层的材料包括磷化镓铟。

在本发明的一实施例中，上述穿隧接面层的材料包括砷化镓(GaAs)或磷化镓铟(InGaP)。

在本发明的一实施例中，上述顶部电池的背面电场层的材料包括磷化铝镓铟(AlGaInP)。

在本发明的一实施例中，上述顶部电池的透光层的材料包括磷化铝铟(AlInP)。

在本发明的一实施例中，上述顶部电池的基极的材料包括磷化铟镓(InGaP)。

在本发明的一实施例中，上述顶部电池的射极的材料包括磷化铟镓。

在本发明的一实施例中，上述顶部接触层包括n-type掺杂接触层，其材料如锗/金/镍/金(Ge/Au/Ni/Au)。