[发明专利]倒置变形多结太阳能电池中的异质结子电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池半导体装置的领域，且明确地说，涉及包括变形层的多结太 阳能电池。此类装置还包括称为倒置变形多结太阳能电池的太阳能电池。

背景技术

光伏电池(也称为太阳能电池)是已经在过去几年中变得可用的最重要的新能源之 一。已经向太阳能电池开发投入了相当大的努力。因而，太阳能电池当前正用于许多商 用和以消费者为导向的应用中。尽管已经在此领域中作出了显著进步，但对太阳能电池 满足较复杂应用需要的要求尚未能跟上需求。例如用于数据通信中的集线器地面电力系 统和人造卫星等应用已经极大地增加了对电力与能量转换特征得到改进的太阳能电池 的需求。

在人造卫星和其它太空相关的应用中，人造卫星电力系统的大小、质量和成本取决 于所使用的太阳能电池的电力与能量转换效率。换句话说，有效载荷的大小和机载服务 的可用性与所提供的电力量成比例。因此，随着有效载荷变得较为复杂，太阳能电池(其 充当机载电力系统的电力转换装置)变得越来越重要。

太阳能电池经常被制作成垂直多结结构，且设置成水平阵列，其中各个太阳能电池 串联连接在一起。阵列的形状和结构以及其所含有的电池数目部分由所需的输出电压和 电流决定。

例如在M.W.万勒斯(M.W.Wanless)等人的“用于高性能III-V光伏能量转换器的 晶格失配方法”(第31届IEEE光伏专家会议的会议记录，2005年1月3日到7日，IEEE 出版社2005年出版)中描述的倒置变形太阳能电池结构展现将来商用高效率太阳能电 池开发的重要概念出发点。此参考文献中所描述的结构展现许多与材料和制作步骤的恰 当选择有关的实际困难。

在本发明之前，现有技术中所揭示的材料和制作步骤尚不足以使用倒置变形多结电 池结构生产商业可行且能量高效的太阳能电池。

发明内容

简要且概括地说，本发明提供多结太阳能电池，所述多结太阳能电池包括：底部子 电池，其具有在0.8到1.2eV范围内的带隙；中部子电池，其具有基极和发射极、在1.2 到1.6eV的范围内的带隙，且设置于底部电池上方并与之晶格失配；以及顶部子电池， 其具有基极和发射极，且设置于中部电池上方并与之晶格失配，其中所述中部和底部子 电池中的基极-发射极结中的至少一者是异质结。

在另一方面中，本发明提供一种多结太阳能电池，所述多结太阳能电池包括：上部 第一太阳能子电池，其具有基极和发射极且具有第一带隙；中部第二太阳能子电池，其 邻近于第一太阳能子电池并具有小于第一带隙的第二带隙且具有异质结基极和发射极； 分级夹层，其邻近于第二太阳能子电池，所述分级夹层具有大于第二带隙的第三带隙； 以及下部太阳能子电池，其邻近于分级夹层，所述下部子电池具有小于第二带隙的第四 带隙，使得第三子电池相对于第二子电池晶格失配。

在另一方面中，本发明提供一种光伏太阳能电池，其包括：顶部子电池，其包括具 有InGaP半导体材料的基极和发射极层；中部子电池，其包括具有GaAs半导体材料的 基极层和具有InGaP半导体材料的发射极层；以及底部子电池，其包括由InGaP构成的 发射极层和由InGaAs半导体材料构成的基极层。

在另一方面中，本发明提供一种多结太阳能电池，其包括：第一子电池，其包含具 有第一带隙和第一晶格常数的第一半导体材料；第二子电池，其包含具有异质结基极和 发射极以及第二带隙和第二晶格常数的第二半导体材料，其中第二带隙小于第一带隙且 第二晶格常数大于第一晶格常数；以及晶格常数过渡材料，其安置于第一子电池与第二 子电池之间，所述晶格常数过渡材料具有从第一晶格常数逐渐变化到第二晶格常数的晶 格常数。

在另一方面中，本发明提供一种形成多结太阳能电池的方法，所述方法包含：形成 第一子电池，其包含具有第一带隙和第一晶格常数的第一半导体材料；形成第二子电池， 其包含具有第二带隙和第二晶格常数的第二半导体材料，其中第二带隙小于第一带隙且 第二晶格常数大于第一晶格常数；以及形成晶格常数过渡材料，其安置于第一子电池与 第二子电池之间，所述晶格常数过渡材料具有从第一晶格常数逐渐变化到第二晶格常数 的晶格常数，其中所述子电池中的至少一者包括异质结。