[发明专利]具有嵌入式镜面的工程衬底

说明书

工程衬底包括：由用于太阳能电池生长的第一半导体材料制成的种子层；在种子层上的第一键合层；由第二半导体材料制成的支持衬底；在支持衬底的第一侧上的第二键合层；第一和第二键合层之间的键合界面；第一和第二键合层各自由金属材料制成；其中，选择工程衬底的掺杂浓度和厚度，特别是种子层、支持衬底以及第一和第二键合层的掺杂浓度和厚度，使得种子层的吸收小于20％，优选小于10％，并且工程衬底的总面积归一化串联电阻小于10mOhm·cm²，优选小于5mOhm·cm²。

技术领域

本发明涉及具有嵌入式镜面的工程衬底以及制造具有嵌入式镜面的工程衬底的方法。

背景技术

光伏或太阳能电池被设计为用于将太阳辐射转换成电流。在聚光太阳能光伏应用中，入射的太阳光在被引导到太阳能电池之前被光学地聚集。例如，入射的太阳光由主镜接收，该主镜将接收的辐射反射到副镜，进而副镜又将辐射反射到太阳能电池，该太阳能电池通过在例如III-V半导体或单晶硅中产生电子-空穴对而将聚集的辐射转换为电流。聚光光伏设备可以替代性地或额外地包括用于聚集入射太阳辐射的菲涅耳透镜光学器件。

最近，在光电子应用领域，例如CPV(聚光光伏)电池、IR(红外)探测器等，一直致力于回收光子、减少光子损失和降低电阻率。

与这些问题相关的问题之一是电池的效率。例如，常用的衬底(例如GaAs衬底)需要掺杂来确保低接触电阻。但这种掺杂会导致光子的吸收增加。

WO2013143851公开了一种制造MJ太阳能电池装置的方法，包括在最终衬底上转移种子层。

对于MJ(多结)太阳能电池，或更一般的“光检测器”，例如，适用于WO2013143851中所述的MJ太阳能电池的制造方法(其意指直接键合(bonding)至少两个子电池，即每个子电池在衬底上生长，但是两个衬底具有不同的晶格常数)的那些，需要合适的衬底来提高基于这种衬底的光检测或转换装置的效率。

鉴于上述问题，本发明的一个目的是为MJ太阳能电池提供一种具有改进的效率的足够透明且导电的衬底。

发明内容

提供一种工程衬底，其包括：由用于太阳能电池生长的第一半导体材料制成的种子层；在种子层上的第一键合层；由第二半导体材料制成的支持衬底；在支持衬底的第一侧上的第二键合层；第一和第二键合层之间的键合界面；第一和第二键合层各自由金属材料制成；其中，上述半导体材料的掺杂浓度和工程衬底的各层的厚度(特别是种子层、支持衬底以及第一和第二键合层的厚度)被选择成使得种子层的吸收小于20％，优选小于10％，并且工程衬底的总面积归一化串联电阻小于10mOhm·cm²，优选小于5mOhm·cm²。

在如上提供的工程衬底中，支持衬底也可以称为接收衬底。所述工程衬底包括两种非晶格匹配的材料，即包括种子层的顶部薄层和包括支持/接收衬底的通常更厚的底部材料，例如，InP用于顶部薄层，即种子层，而GaAs或Ge用于底部接收衬底，即支持衬底。第一材料的种子层薄层可以通过几种方法获得，包括在第二材料上进行键合。因此，第一和第二键合层之间的键合界面具有金属材料镜面层的功能，以便更好地反射光子。这里使用术语“镜面层”来定义在400nm-2000nm波长范围内表现出高反射系数(sup.70％)的金属层。在其第一次通过时未被生长在种子层上方的活性器件吸收的入射光子随后能够在镜面层处被反射并重新注入该活性器件中以被吸收。镜面键合层与活性器件的接近确保了高光子收集概率，从而改善了设备特性(电流，效率……)。

电阻率是一种固有特性，可以量化给定材料阻碍电流流动的强烈程度。低电阻率表示容易允许电荷移动的材料。电阻率通常用希腊字母ρ(rho)表示。电阻率的单位分别来自电阻R与太阳能电池或工程衬底的表面积或横截面积A的乘积。作为公式，R·A＝ρ·I，其中，I表示基本垂直于面积A的长度或厚度。因此，电阻率ρ的单位是欧姆·米(Ω·m)，但由此可以推导出其他单位例如欧姆·厘米(Ω·cm)。