[发明专利]用于太阳能电池中的隧道结的高掺杂层

说明书

技术领域

在此描述的主题的实施例大体涉及用于改进相邻太阳能电池之间的互联隧道结的电特性的方法和具有改进的互连隧道结的多结太阳能电池。

背景技术

多结太阳能电池是具有特定取向电流产生的p-n结二极管或子电池/单元的电流的叠层。当串联电连接时，在一个子电池中产生的电流流到串联的下一个子电池。子电池之间的互连隧道结的电特性对多结太阳能电池的整体效率有贡献。

发明内容

本发明关于一种用于改进多结太阳能电池的子电池之间的互连隧道结的电特性的方法和一种具有改进的互连隧道结的多结太阳能电池。在各实施例中，该方法和改进的互连隧道结包括互连隧道结内的窄δ掺杂层，其改进多结太阳能电池的子电池之间的互连隧道结的电流处理能力。

在本公开的一方面，提供一种多结太阳能电池，其包括：第一p/n型半导体材料的隧道二极管的第一层；具有与所述第一p/n型半导体材料类似的p/n型掺杂的δ掺杂层，所述δ掺杂层的厚度明显比所述第一层的厚度薄，所述δ掺杂层达到比所述第一层的掺杂剂浓度明显高的掺杂浓度，并且所述δ掺杂层沉积在所述第一层上；与所述隧道二极管的所述第一层和所述δ掺杂层互补的第二p/n型半导体材料的所述隧道二极管的第二层，所述第二层外延地生长在所述δ掺杂层上；以及由所述隧道二极管电连接的至少两个光伏子电池。多结太阳能电池还可以包括在所述δ掺杂层与所述第二层之间的所述第一p/n型半导体材料的附加层。多结太阳能电池的δ掺杂层可以具有与所述互补的第二p/n型半导体材料类似的p/n型掺杂。多结太阳能电池还包括：在所述第一层与所述δ掺杂层之间的所述互补的第二p/n型半导体材料的附加层。多结太阳能电池还可以包括基底；外延地生长在所述基底上的第一光伏子电池/子单元；以及外延地生长在所述隧道二极管的所述第二层上的第二光伏子电池/子单元；并且其中所述隧道二极管的所述第一层生长在所述第一光伏子电池上。多结太阳能电池还可以包括多个光伏子电池，所述多个光伏子电池中的每一个都被具有δ掺杂层的隧道二极管分隔开。

所述δ掺杂层中的掺杂剂浓度比所述第一层的所述掺杂剂浓度大近10倍。δ掺杂层的掺杂剂浓度大于10²⁰cm^-3。所述δ掺杂层的宽度近似为20埃。所述第一光伏子电池可以包括带隙比所述第二光伏子电池低的半导体材料。所述第一光伏子电池包括镓铟砷化物，并且所述第二光伏子电池包括镓铟磷化物。隧道二极管包括带隙等于或高于所述第一光伏电池的材料。多结太阳能电池的隧道二极管包括从以下物质组成的组中选择的半导体材料：砷化镓、镓铟砷化物、镓铟磷化物和铝镓砷化物。所述第一光伏子电池和所述第二光伏子电池是n在p上的子电池；并且其中所述第一层和所述δ掺杂层是II、IV或V族的n型掺杂的半导体材料，并且所述第二层是IV或VI族的p型掺杂半导体材料。

另一方面，提供一种制造δ掺杂互连隧道结的方法，其包括：外延地生长隧道二极管的第一层，所述第一层使用第一掺杂剂；中断外延地生长所述隧道二极管的所述第一层的所述步骤；在所述隧道二极管的所述第一层上沉积与所述第一掺杂剂相同的受主/施主类型的第二掺杂剂的δ掺杂层，所述δ掺杂层中的所述第二掺杂剂达到比所述隧道二极管的所述第一层中的所述第一掺杂剂的浓度明显高的掺杂剂浓度；以及外延地生长所述隧道二极管的第二层，所述第二层使用与所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂互补的受主/施主类型的第三掺杂剂。制造δ掺杂互连隧道的方法还包括：在所述沉积步骤之后，使用所述第一掺杂剂外延地生长附加层。该方法还包括：准备基底；外延地生长第一光伏子电池；以及外延地生长第二光伏子电池；并且其中所述第一光伏子电池生长在所述基底上，所述隧道二极管的所述第一层生长在所述第一光伏子电池上，并且所述第二光伏子电池生长在所述隧道二极管的所述第二层上。所述第一光伏子电池包括带隙比所述第二光伏子电池低的材料。隧道二极管包括带隙等于或高于所述第一光伏子电池的材料。所述δ掺杂层中的掺杂剂浓度比所述隧道二极管的所述第一层中的所述第一掺杂剂的所述浓度大近10倍。δ掺杂层具有大于10²⁰cm^-3的掺杂浓度。所述δ掺杂层的宽度近似为20埃。所述第一掺杂剂和所述第二掺杂剂是受主型的II、IV或V族的掺杂剂，并且所述第三掺杂剂是施主型的IV或VI族的掺杂剂。