[发明专利]倒置变质多结太阳能电池中的障壁层

说明书

政府权利声明

本发明是依据美国空军授予的第FA9453-06-C-0345号合同在政府支持下进行的。政 府在本发明中具有特定权利。

相关申请案的参考

本申请案与和本文同时申请的题为“具有刚性支撑件的薄倒置变质多结太阳能电池 (Thin Inverted Metamorphic Multijunction Solar Cell with Rigid Support)”的共同待决的第 _____号美国专利申请案相关。

本申请案与2006年12月27日申请的共同待决的第11/616,596号美国专利申请案 相关。

本申请案还与2006年6月2日申请的共同待决的第11/445,793号美国专利申请案 相关。

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，涉及包括变质层的多结太 阳能电池。此类装置还包括倒置变质太阳能电池。

背景技术

光伏电池(也称为太阳能电池)是在过去几年中变得可用的最重要新能源之一。已 对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业和面向 消费者的应用中。尽管已经在这个领域中取得了显著进步，但对太阳能电池满足更复杂 应用的需要的要求尚未能跟上需求。例如用于数据通信的卫星等应用已经剧烈增加了对 具有改进的电力和能量转换特征的太阳能电池的需求。

在卫星和其它空间相关应用中，卫星电力系统的大小、质量和成本取决于所使用的 太阳能电池的电力和能量转换效率。换句话说，有效负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，随着有效负荷变得越来越复杂，充当机载电力系统的电 力转换装置的太阳能电池也变得越来越重要。

太阳能电池通常制作成垂直多结结构并设置成水平阵列，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输出电压和电流确 定。

例如M.W.云利斯(Wanless)等人的“用于高性能III-V族光伏能量转换器的晶格失 配途径(Lattice Mismatched Approaches for High Performance，III-V Photovoltaic Energy Converters)”(2005年1月3日到7日第31届IEEE光伏专家会议的会议论文集，IEEE 出版社，2005年)中所描述的倒置变质太阳能电池结构提出将来商用高效率太阳能电池 开发的重要起点。此现有技术中所描述的结构提出许多与材料和制作步骤的恰当选择有 关的实际困难，尤其与“下部”子电池(具有最低带隙的子电池)与相邻子电池之间的 晶格失配层相关联。在本发明之前，现有技术中所揭示的材料和制作步骤尚未足以使用 倒置变质电池结构来生产商业上可行的且具有能量效率的太阳能电池。明确地说，从变 质层传播的穿透位错(threading dislocation)提出处理挑战。

发明内容

本发明提供一种形成包括上部子电池、中部子电池和下部子电池的多结太阳能电池 的方法，所述方法通过以下步骤实现：提供第一衬底，其用于半导体材料的外延生长； 在所述衬底上形成第一太阳能子电池，其具有第一带隙；在所述第一太阳能子电池上方 形成第二太阳能子电池，其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 形成障壁层，以抑制穿透位错；在所述障壁层上方形成分级夹层(grading interlayer)， 所述分级夹层具有大于所述第二带隙的第三带隙；以及在所述分级夹层上方形成第三太 阳能子电池，其具有小于所述第二带隙的第四带隙，且所述第三子电池相对于所述第二 子电池为晶格失配的。

在另一方面中，本发明还提供一种多结太阳能电池，所述多结太阳能电池包括：衬 底；第一太阳能子电池，其位于所述衬底上且具有第一带隙；第二太阳能子电池，其设 置在所述第一子电池上方且具有小于所述第一带隙的第二带隙；障壁层，其设置在所述 第二子电池上方；分级夹层，其设置在所述障壁层上方且具有大于所述第二带隙的第三 带隙；以及第三太阳能子电池，其设置在所述分级夹层上方且相对于中部子电池为晶格 失配的并具有小于所述第三带隙的第四带隙。所述障壁层由适当材料构成且为晶格恒定 的，以抑制或防止与分级夹层相关联的穿透位错传播。

附图说明