[发明专利]纹理化的多结太阳能电池及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多结光伏器件，更具体地，涉及导致增加的效率的纹理化的多结光伏器件以及制造方法。

背景技术

太阳能器件利用光伏电池产生电流。太阳光中的光子碰撞太阳能电池或面板并且被诸如硅的半导体材料吸收。载流子获得允许其流过材料以产生电力的能量。因此，太阳能电池将太阳能转换成可用量的电力。

光子只需要具有比带隙能量更大的能量来将电子从价带激发到导带中。由于太阳辐射包含能量大于硅的带隙的光子，较高能量的光子将被太阳能电池吸收，同时（高于带隙）的一些能量转换成热而不是转换成可用的电能。

为了增强太阳能电池的效率，已经开发了多结电池。多结电池包括彼此叠加的两个或更多个电池。透射经过顶部电池的任何辐射都有机会被下面的电池吸收。

尽管由具有不同带隙的半导体材料的叠层构成的多结太阳能电池提供了更高的电池效率，但是期望和需要效率的进一步提高。

发明内容

一种多结光伏器件包括具有金字塔形状的锗层，所述金字塔形状具有暴露的（111）刻面（facet）以形成纹理化表面。在该纹理化表面上或之上形成第一p-n结。在第一p-n结之上并遵循该纹理化表面形成另一p-n结。

另一多结光伏器件包括具有金字塔形状的锗层以及由III-V半导体材料形成的多个p-n结，所述金字塔形状具有暴露的（111）刻面以形成纹理化表面。所述多个p-n结被形成为遵循所述纹理化表面的（111）刻面的形状以增加光俘获和增加总体器件效率。所述III-V材料具有相关联的带隙能量使得所述p-n结通过减小带隙能量而排序。

另一多结光伏器件包括具有金字塔形状的锗层，所述金字塔形状具有暴露的（111）刻面以形成纹理化表面。通过对所述锗层的顶部掺杂在所述锗层上或内形成第一p-n结。通过外延生长含GaAs的层在第一p-n结上形成第二p-n结。通过外延生长含GaP的层在第二p-n结上形成第三p-n结，其中所述p-n结遵循所述纹理化表面的（111）刻面的形状以增加光俘获和增加总体器件效率。

一种形成多结光伏器件的方法，包括：提供锗层；在锗层中蚀刻金字塔形状，使（111）刻面暴露以形成纹理化表面；在纹理化表面上或之上由III-V半导体材料形成第一p-n结；以及在第一p-n结上并遵循该纹理化表面由III-V半导体材料形成至少一个其他的p-n结。

另一种形成多结光伏器件的方法，包括：提供锗层；使用包含过氧化氢以及磷酸和氢氟酸之一的酸性蚀刻剂湿法蚀刻所述锗层；在所述锗层中形成金字塔形状，使（111）刻面暴露以形成纹理化表面；对所述锗层的顶表面进行掺杂以在该纹理化表面上或之上形成第一p-n结；在该顶表面沉积遵循所述纹理化表面的轮廓的第一半导体层；对该第一半导体层的一部分掺杂以形成第二p-n结。

又一种形成多结光伏器件的方法，包括：提供体锗或者形成在硅衬底上的锗层之一；使用包含比率为1:1:1的磷酸、过氧化氢和乙醇的酸性蚀刻剂湿法蚀刻所述锗层；在所述锗层中形成金字塔形状，使（111）刻面暴露以形成纹理化表面；对所述锗层的顶表面进行掺杂以在该纹理化表面上或之上形成第一p-n结；在该顶表面上沉积遵循所述纹理化表面的轮廓的第一半导体层；其中所述第一半导体层包括GaAs层或其合金；对该第一半导体层的一部分掺杂以形成第二p-n结；在所述第一半导体层上沉积第二半导体层，该第二半导体层遵循所述纹理化表面的轮廓，其中所述第二半导体层包括GaP层或其合金；以及对该第二半导体层的一部分掺杂以形成第三p-n结。

从下文中对其说明性实施例的详细描述中，这些和其它特征及优点将变得显而易见，所述详细描述要结合附图阅读。

附图说明

本公开将参考以下附图在优选实施例的以下描述中提供细节，在附图中：

图1是根据本发明原理的锗衬底或层的横截面视图；

图2是根据本发明原理在湿法蚀刻以暴露（111）表面从而形成三维纹理化表面之后，图1的衬底或层的横截面视图；

图3是根据本发明原理在对衬底的上表面掺杂之后，图2的结构的横截面视图；

图4是根据本发明原理在形成第一半导体层之后，图3的结构的横截面视图；

图5是根据本发明原理在对第一半导体层的一部分掺杂之后，图4的结构的横截面视图；

图6是根据本发明原理在形成第二半导体层之后，图5的结构的横截面视图；

图7是根据本发明原理在对第二半导体层的一部分掺杂之后，图6的结构的横截面视图；

图8是示出根据现有技术的粗糙化表面的横截面视图；