[发明专利]反项变质多结太阳能电池中的指数掺杂层

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池半导体装置领域，且特定来说涉及包括变质层的多结太阳能电池。所述装置还包括称作反相变质太阳能电池的太阳能电池。

背景技术

还称作太阳能电池的光生伏打电池是过去几年中已变得实用的最重要的新能源之一。人们已对太阳能电池的开发作出了大量努力。因此，太阳能电池当前正用于许多商业及面向消费者的应用中。虽然在此领域中已取得了显著进步，但对太阳能电池满足更复杂应用需要的要求还跟不上需求的步伐。例如在数据通信中使用的卫星等应用已大大提高了对具有经改善的功率及能量转换特性的太阳能电池的需求。

在卫星及与空间相关的其它应用中，卫星功率系统的大小、质量及成本依赖于所使用太阳能电池的功率及能量转换效率。换句话说，有效负载的大小及机载服务的可用性与所提供的功率量成比例。因此，随着有效负载变得越来越复杂，充当机载功率系统的功率转换装置的太阳能电池变得越来越重要。

太阳能电池常常制作成垂直的多结结构，并设置于水平阵列中，其中将单个太阳能电池串联连接在一起。阵列的形状及结构以及其包含的电池数量部分地取决于所需要的输出电压及电流。

在例如M.W.Wanless(万勒斯)等人所著的“用于高性能、III-V光生伏打能量转换器的晶格失配方法(Lattice Mismatched Approaches for High Performance，III-VPhotovoltaic Energy Converters)”(2005年1月3-7日举行的第31届IEEE光生伏打专家会议的会刊，IEEE出版社，2005年)中所说明的反相变质太阳能电池结构为未来商业高效率太阳能电池的开发提供了重要起点。说明于所述现有技术中的结构提供与材料及制作步骤的适当选择相关的多个实际困难。

在本发明之前，在现有技术中所揭示的材料及制作步骤尚不足以产生一种使用反相变质电池结构的商业上可行且能量高效的太阳能电池。

发明内容

本发明提供一种形成多结太阳能电池的方法，所述多结太阳能电池包含上部子电池、中间子电池及下部子电池，所述方法包含：提供用于半导体材料的外延生长的第一衬底；在所述衬底上形成具有基极及射极的第一太阳能子电池，所述第一太阳能子电池具有第一带隙；在所述第一太阳能子电池上方形成具有基极及射极的第二太阳能子电池，所述第二太阳能子电池具有小于所述第一带隙的第二带隙；在所述第二子电池上方形成分级夹层，所述分级夹层具有大于所述第二带隙的第三带隙；及在所述分级夹层上方形成具有基极及射极的第三太阳能子电池，所述第三太阳能子电池具有小于所述第二带隙的第四带隙，以使得所述第三子电池相对于所述第二子电池晶格失配，其中所述基极中的至少一者具有指数掺杂分布。

另一方面，本发明提供一种通过以下步骤制造太阳能电池的方法：提供第一衬底、在所述第一衬底上沉积形成太阳能电池的一半导体材料层序列，所述半导体材料层序列包括具有指数掺杂的至少一个基极层；将替代衬底安装在所述层序列的顶部上；及移除所述第一衬底。

另一方面，本发明提供一种通过以下步骤制造太阳能电池的方法：提供第一衬底；在所述第一衬底上沉积形成太阳能电池的一半导体材料层序列，所述半导体材料层序列包括具有指数掺杂的至少一个基极层；将替代衬底安装在所述层序列的顶部上；及移除所述第一衬底。另一方面，本发明提供一种用于形成太阳能电池的方法，所述方面包含：形成包括由InGaP半导体材料构成的基极及射极层的顶部电池；形成InGaP半导体材料的中间电池射极层及GaAs半导体材料的基极层；及形成包括InGaAs半导体材料的射极及基极层的底部电池，其中所述基极中的至少一者具有指数掺杂分布。

附图说明

结合附图研究参照以下详细说明将更好且更全面地理解本发明，附图中：

图1是根据本发明构造的太阳能电池的放大剖面图；

图2是图1的太阳能电池在下一工艺步骤之后的剖面图；

图3是图2的太阳能电池在下一工艺步骤之后的剖面图；

图4是图3的太阳能电池在下一工艺步骤之后的剖面图；

图5A是图4的太阳能电池在下一工艺步骤之后的剖面图，在所述下一工艺步骤中移除原始衬底；

图5B是图5A的替代衬底在图式的底部的太阳能电池的另一剖面图；

图6A是在其中制作所述太阳能电池的晶片的俯视平面图；

图6B是在其中制作所述太阳能电池的晶片的仰视平面图；

图7是图6A的晶片在下一工艺步骤之后的俯视平面图；

图8是图5B的太阳能电池在下一工艺步骤之后的剖面图；