[发明专利]用于异质结构太阳能电池的基于硅晶片的结构

说明书

技术领域

本发明通常涉及太阳能电池的领域，尤其涉及用于多结太阳能电池的基于硅晶片的结构。

背景技术

在太阳能电池中所见的光伏结构系为半导体结构，可将光子转换成电力。一般而言，光伏电池在光吸收的材料中执行光生电荷载流子(电子和空穴)的作用，然后将电荷载流子分离到传输电力的导电接触。光伏电池的转换方法称为光伏效应。光伏效应使太阳能电池产生太阳能。

一种光伏电池类型为多结电池，诸如三结太阳能电池。习用的三结太阳能电池由p型Ge衬底上的GaInP及GaAs子电池组成。以As对Ge衬底进行近表面掺杂而形成n-p结，从而形成第三子电池。器件结构由能够在电池之间进行有效率电接触的重掺杂隧道结所隔离的GaInP、GaAs及Ge子电池组成。基于锗化合物半导体的三结电池提供当前最高效率的太阳能电池，并潜在地适用于光学集中器市场。但是，使用锗作为多结太阳能电池的晶片有若干缺点，诸如最终器件的总重量。还有，锗是昂贵的材料，而且也不是产量很多的材料。

因此需要克服上述先前技术的问题。

发明内容

在一个实施例中，公开了一种多结光伏器件。所述多结光伏器件包括硅衬底和形成在所述硅衬底上的介电层。锗层形成在所述介电层上。所述锗包括基本上类似于所述硅衬底的晶体结构的晶体结构。第一光伏子电池包括第一复数个掺杂半导体层，形成在所述介电层上的所述锗层上。至少第二光伏子电池包括第二复数个掺杂半导体层，形成在所述介电层上的所述锗层上的所述第一光伏子电池上。本发明各具体实施例的一个优点是，可以使用硅作为多结光伏电池的衬底。

在另一实施例中，公开了另一种多结光伏器件。所述多结光伏器件包括硅衬底及形成在所述硅衬底上的介电层。金属反射层形成在所述硅衬底与所述介电层之间。锗层形成在所述介电层上。所述锗包含基本上类似于所述硅衬底的晶体结构的晶体结构。硅-锗渐变缓冲层形成在所述介电层和所述锗层之间。包含第一复数个掺杂半导体层的第一光伏子电池形成在所述介电层上的所述锗层上。包含第二复数个掺杂半导体层的至少第二光伏子电池形成在所述介电层上的所述锗层上的所述第一多结光伏子电池上。所述第二光伏子电池经由穿隧n+p+二极管电耦合至所述第一光伏子电池。子电池亦可藉由在p型锗表面上并入n型掺杂而形成在所述锗层中。此“底部”电池藉由穿隧p/n结而耦合至位于其上的所述第一子电池。

在又一实施例中，公开了一种制造多结光伏器件的方法。所述方法包括于在硅衬底上形成介电层。形成通道于所述介电层中。所述通道延伸穿过所述介电层并暴露所述硅衬底的上部。在所述介电层上沉积锗层。所述锗层在所述通道中延伸。由于所述介电层在沉积在所述Si衬底上时为非晶，所述锗层在沉积时亦为非晶。使所述非晶锗层再结晶，使得所述硅衬底的晶向用作所述非晶锗的再结晶样板。包含第一复数个掺杂半导体层的第一光伏子电池形成在再结晶的所述锗层上。包含第二复数个掺杂半导体层的至少第二光伏子电池形成在所述介电层上的所述锗层上的所述第一光伏子电池上。

在另一实施例中，公开了一种集成电路。所述集成电路包括包含电接触的电路支撑衬底和电耦合至所述电接触的多结光伏器件。所述多结光伏器件包括硅衬底和形成在所述硅衬底上的介电层。锗层形成在所述介电层上。所述锗包括基本上类似于所述硅衬底的晶体结构的晶体结构。第一光伏子电池包括第一复数个掺杂半导体层，形成在所述介电层上的所述锗层上。至少第二光伏子电池包括第二复数个掺杂半导体层，形成于所述介电层上的所述锗层上的所述第一光伏子电池上，经由穿隧n+p+二极管电耦合至所述第一多结光伏电池。本发明各实施例的一个优点是，可以使用硅作为多结光伏电池的衬底。

如上述，在习用的多结太阳能电池中，锗通常用作衬底材料，但却很昂贵且产量不是很多。本发明各实施例因使用硅作为衬底材料而减少此成本。然后，导电或绝缘的电介质形成在所述硅衬底上，其后在所述介电层上生长锗并使锗结晶。所述锗用作其上沉积多结器件的基础。所述介电层隔开所述子电池的半导体层与所述硅衬底。所述锗再结晶可减轻由于硅晶格和多结电池的半导体不匹配所造成的缺陷。例如，再结晶方法可形成低缺陷密度衬底，其晶格与包含多结电池的化合物半导体层匹配。

附图说明

在各个附图中，相似参考数字代表相同的组件或功能上相似的组件，及与详细描述一起并入并形成本说明书部分的附图，作用在于进一步示例各种具体实施例及解释根据本发明的所有各种原理及优点，其中：

图1至7为根据本发明的一个实施例的多结光伏电池各层和制造方法的横截面图；以及