專利名稱：側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池(Solar Cell)是一種能量轉(zhuǎn)換的光電元件，它是經(jīng)由太陽(yáng)光照射后， 把光的能量轉(zhuǎn)換成電能。堆疊型太陽(yáng)能電池(tandem solar cell)或多結(jié)太陽(yáng)能電池(multi-junction solar cell)是將兩個(gè)或兩個(gè)以上相同或不同能隙的p_n結(jié)元件堆疊起來(lái)，形成堆疊型太 陽(yáng)能電池。設(shè)計(jì)上將能夠吸收較高能量光譜的p-n結(jié)元件置于上層，吸收較低能量光譜的 p-n結(jié)元件置于下層，將光子的能量層層吸收后可以增加所接受的太陽(yáng)光，降低傳遞損失， 提升效率。在典型的太陽(yáng)能電池裝置中，太陽(yáng)光的接收方向與外延層生長(zhǎng)表面垂直，因此最 上層須設(shè)置透明入光面。此外，每個(gè)P-n結(jié)元件的厚度會(huì)限制所吸收的太陽(yáng)光使其無(wú)法完 全轉(zhuǎn)換為電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明乃針對(duì)已知技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置設(shè)計(jì)，以達(dá)到更好 的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明為一種側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，包含基板、第一波導(dǎo)層形成在該基板之上、 P-n結(jié)形成在該第一波導(dǎo)層之上、隧穿結(jié)形成在該p-n結(jié)之上、第二波導(dǎo)層形成在該隧穿結(jié) 之上；以及歐姆接觸層形成在該第二波導(dǎo)層之上，其中p-n結(jié)位于外延生長(zhǎng)表面與基板之 間，且光線入射方向與外延生長(zhǎng)表面大致平行。


根據(jù)以上所述的優(yōu)選實(shí)施例，并配合

，當(dāng)能對(duì)本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn) 有更深入的理解。但值得注意的是，為了清楚描述起見(jiàn)，本說(shuō)明書(shū)所附的附圖并未按照比例 尺加以繪示。附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明如下圖1為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置剖面圖；圖2為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置剖面圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明101 基板102 波導(dǎo)層103 p-n結(jié)104 隧穿結(jié)105 歐姆接觸層IOA 第一側(cè)向太陽(yáng)能電池IOB 第二側(cè)向太陽(yáng)能電池 IOC 第三側(cè)向太陽(yáng)能電池20A 第一間隔層20B 第二間隔層
具體實(shí)施例方式以下配合

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置剖面圖圖1顯示側(cè)向太 陽(yáng)能電池裝置10，至少包括基板101、波導(dǎo)層(waveguide layer) 102、p-n結(jié)103、隧穿結(jié) (tunnel junction) 104及歐姆接觸層(cap layer) 105。其中p_n結(jié)103可作為光吸收層， 在受到太陽(yáng)光的照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的自由電子，此電子的移動(dòng)又產(chǎn)生了電流，而在P-n結(jié) 103處產(chǎn)生電位差。隧穿結(jié)104則用來(lái)將兩組p-n結(jié)103串接在一起以吸收更多的太陽(yáng)光， 具有降低電阻、防止電流叢聚效應(yīng)(current crowding)以及接合各個(gè)獨(dú)立元件的功能，進(jìn) 而提升轉(zhuǎn)換效率。其中波導(dǎo)層102形成在p-n結(jié)103及/或隧穿結(jié)104的兩側(cè)，通過(guò)波導(dǎo) 層102的折射率小于p-n結(jié)103或隧穿結(jié)104的特性，可增加入射太陽(yáng)光被p_n結(jié)吸收，尤 其在太陽(yáng)光斜射時(shí)，能將太陽(yáng)光折射進(jìn)入P-n結(jié)103。在本實(shí)施例中，位于p-n結(jié)103及隧 穿結(jié)104兩側(cè)的波導(dǎo)層102、p-n結(jié)103及隧穿結(jié)104，可依序重復(fù)堆疊，以達(dá)到良好的吸收 效率。在本實(shí)施例中，如圖1所示，太陽(yáng)光由上方射入，即太陽(yáng)光入射方向與外延生長(zhǎng)表 面平行(箭頭所示方向)。在優(yōu)選實(shí)施例中，也可在此側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置上方，再設(shè)置聚 光裝置，如透鏡，以增加太陽(yáng)光的吸收效率。在本實(shí)施例中，其中每一 p-n結(jié)103可為單一能隙(bandgap)的p_n結(jié)，其中每一 P-n結(jié)的厚度為w，寬度為h，亦為電子擴(kuò)散的距離。在本實(shí)施例中，由于入射光和外延生長(zhǎng) 表面平行(如圖示)，因此本側(cè)面太陽(yáng)能電池的每一 P-n結(jié)103不須生長(zhǎng)得太厚，即可提供 電子所需的擴(kuò)散距離，而可有效吸收入射光。在本實(shí)施例中，若每一 p-n結(jié)103厚度w約為1 μ m，則重復(fù)堆疊100層p_n結(jié) 103，總厚度可達(dá)約100 μ m，并將的切割成100 μ mX 100 μ mX 10 μ m的管芯，則側(cè)面入射光 的面積為ΙΟΟμπιΧΙΟΟμπι。當(dāng)入射光為lOOOOsuns時(shí)，若上述聚光裝置的面積約為1cm2， 理論上每層可產(chǎn)生30mA/100層=0. 3mA/層的光電流，其電流密度在電極方向?yàn)?. 3mA/ (100 μ mX 10 μ m) = 30A/cm2。在本發(fā)明中，基板101的材料可選自硅(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(Si-Ge)、砷化鎵 (GaAs)或磷化銦(InP)。波導(dǎo)層102、p_n結(jié)103與隧穿結(jié)104的材料可選自包含一種或多 種選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構(gòu)成群組的物質(zhì)，例如可為砷化鋁 銦鎵(AlxGai_x)yIni_yAS或磷化鋁銦鎵(AlxGa1J yIrvyP，且其中波導(dǎo)層102的折射率小于p_n 結(jié)103或隧穿結(jié)104。歐姆接觸層105的材料可選自包含一種或多種選自鎵(Ga)、鋁(Al)、 銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構(gòu)成群組的物質(zhì)，例如可為砷化銦鎵InxGai_xAs或磷化銦鎵 GaxInhP0圖2為顯示依照本發(fā)明實(shí)施例的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置剖面圖其中可包含 第一側(cè)向太陽(yáng)能電池10A、第二側(cè)向太陽(yáng)能電池10B、第三側(cè)向太陽(yáng)能電池10C，并分別以第 一間隔層20A與第二間隔層20B作為分隔，形成堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置。其中第一側(cè) 向太陽(yáng)能電池10A、第二側(cè)向太陽(yáng)能電池10B及第三側(cè)向太陽(yáng)能電池10C依照本發(fā)明的第一 實(shí)施例的裝置設(shè)計(jì)，分別至少包含基板、波導(dǎo)層、P-n結(jié)、隧穿結(jié)及歐姆接觸層。可依不同需 求將位于P-n結(jié)及隧穿結(jié)兩側(cè)的波導(dǎo)層、p-n結(jié)及隧穿結(jié)，依序重復(fù)堆疊，以達(dá)到良好的吸收效率。
在本實(shí)施例中，第一側(cè)向太陽(yáng)能電池IOA的每一 p-n結(jié)可采用單一能隙的p-n結(jié)； 第二側(cè)向太陽(yáng)能電池IOB的每一 p-n結(jié)可采用單一能隙的p-n結(jié)；第三側(cè)向太陽(yáng)能電池IOC 的每一 p-n結(jié)可采用單一能隙的p-n結(jié)。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一側(cè)向太陽(yáng)能電池IOA的p-n 結(jié)的能隙大于第二側(cè)向太陽(yáng)能電池IOB的p-n結(jié)能隙，而第二側(cè)向太陽(yáng)能電池IOB的p-n 結(jié)的能隙又大于第三側(cè)向太陽(yáng)能電池IOC的p-n結(jié)能隙。在不同實(shí)施例中，也可增加側(cè)向 太陽(yáng)能電池?cái)?shù)量，惟由上至下設(shè)置的側(cè)向太陽(yáng)能電池的能隙也應(yīng)選擇為由大至小。在本實(shí)施例中，如圖2所示，太陽(yáng)光由上方射入，即太陽(yáng)光入射方向與外延生長(zhǎng)表 面呈平行。在優(yōu)選實(shí)施例中，也可在此側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置上方，再設(shè)置聚光裝置，如透鏡， 以增加太陽(yáng)光的吸收效率。在本實(shí)施例中，第一側(cè)向太陽(yáng)能電池10A、第二側(cè)向太陽(yáng)能電池10B、第三側(cè)向太 陽(yáng)能電池IOC的基板的材料可選自硅(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(Si-Ge)、砷化鎵(GaAs)或磷化 銦(InP)。波導(dǎo)層、p-n結(jié)與隧穿結(jié)的材料可選自包含一種或多種選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦 (In)、砷(As)以及磷(P)所構(gòu)成群組的物質(zhì)，例如可為砷化鋁銦鎵(AlxGai_x)yIni_yAS或磷化 鋁銦鎵(AlxGai_x)yIrvyP，且其中波導(dǎo)層的折射率小于p-n結(jié)或隧穿結(jié)。歐姆接觸層的材料 可選自包含一種或多種選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構(gòu)成群組的物 質(zhì)，例如可為砷化銦鎵InxGai_xAs或磷化銦鎵GaxIni_xP。第一間隔層20A與第二間隔層20B 可為透明不導(dǎo)電層，其材料可選自Si02、Si3N4, Al2O30以上各附圖與說(shuō)明雖僅分別對(duì)應(yīng)特定實(shí)施例，然而，各個(gè)實(shí)施例中所說(shuō)明或披露 的元件、實(shí)施方式、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及技術(shù)原理除在彼此顯相沖突、矛盾或難以共同實(shí)施之外，本 領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可依其所需任意參照、交換、搭配、協(xié)調(diào)、或合并。雖然本發(fā)明已說(shuō)明如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范圍、實(shí)施順序、或使用的材 料與工藝方法。對(duì)于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
一種外延生長(zhǎng)的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，具有外延生長(zhǎng)表面，包含基板；第一波導(dǎo)層形成在該基板之上；p n結(jié)形成在該第一波導(dǎo)層之上；隧穿結(jié)形成在該p n結(jié)之上；第二波導(dǎo)層形成在該隧穿結(jié)之上；以及歐姆接觸層形成在該第二波導(dǎo)層之上，其中該p n結(jié)位于該外延生長(zhǎng)表面與該基板之間，且光線入射方向與該外延生長(zhǎng)表面大致平行。
2.如權(quán)利要求1所述的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，還包含第三波導(dǎo)層形成在該P(yáng)-n結(jié)與該 隧穿結(jié)之間。
3.如權(quán)利要求2所述的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一波導(dǎo)層、第二波導(dǎo)層及第三 波導(dǎo)層的折射率小于該P(yáng)-n結(jié)或該隧穿結(jié)的折射率。
4.如權(quán)利要求2所述的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一波導(dǎo)層、該第二波導(dǎo)層、該第 三波導(dǎo)層、該隧穿結(jié)、該P(yáng)-n結(jié)及歐姆接觸層的材料選自包含一種或多種選自鎵、鋁、銦、砷 以及磷所構(gòu)成群組的物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一波導(dǎo)層、該p-n結(jié)、該第二波 導(dǎo)層及該隧穿結(jié)依序重復(fù)堆疊，且重復(fù)堆疊所形成的多個(gè)P-n結(jié)的能隙大致相同。
6.一種外延生長(zhǎng)的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，包含第一側(cè)向太陽(yáng)能電池，其中該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池具有外延生長(zhǎng)表面，且具有與該外 延生長(zhǎng)表面垂直的第一表面與第二表面；第二側(cè)向太陽(yáng)能電池，該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池具有外延生長(zhǎng)表面，且具有與該外延生 長(zhǎng)表面垂直的第一表面與第二表面；以及第一間隔層形成在該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池與該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池之間，且接觸該第 一側(cè)向太陽(yáng)能電池的第二表面與該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的第一表面；其中光線入射方向與 該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池與該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的外延生長(zhǎng)表面平行，且光線先照射入該 第一側(cè)向太陽(yáng)能電池的第一表面。
7.如權(quán)利要求6所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池及該 第二側(cè)向太陽(yáng)能電池二者至少其一包含基板；第一波導(dǎo)層，形成在該基板之上； P-n結(jié)，形成在該第一波導(dǎo)層之上； 隧穿結(jié)，形成在該P(yáng)-n結(jié)之上； 第二波導(dǎo)層，形成在該隧穿結(jié)之上；以及歐姆接觸層，形成在該第二波導(dǎo)層之上，其中該P(yáng)-n結(jié)位于該外延生長(zhǎng)表面與該基板 之間，且光線入射方向與該外延生長(zhǎng)表面平行。
8.如權(quán)利要求7所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，還包含第三波導(dǎo)層形成在該p-n 結(jié)與該隧穿結(jié)之間。
9.如權(quán)利要求6所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一間隔層為透明不導(dǎo)電 層，且材料選自SiO2、Si3N4或Al2O3。
10.如權(quán)利要求8所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池或 該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的該第一波導(dǎo)層、該第二波導(dǎo)層、該第三波導(dǎo)層、該隧穿結(jié)、該p-n 結(jié)及該歐姆接觸層的材料選自包含一種或多種選自鎵、鋁、銦、砷以及磷所構(gòu)成群組的物 質(zhì)，且其中該第一波導(dǎo)層、第二波導(dǎo)層及第三波導(dǎo)層的折射率小于該P(yáng)-n結(jié)或該隧穿結(jié)的 折射率。
11.如權(quán)利要求7所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池或 該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的第一波導(dǎo)層、該P(yáng)-n結(jié)、該第二波導(dǎo)層及該隧穿結(jié)依序重復(fù)堆疊， 該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池的重復(fù)堆疊所形成的多個(gè)P-n結(jié)的能隙大致相同，該第二側(cè)向太陽(yáng) 能電池的重復(fù)堆疊所形成的多個(gè)P-n結(jié)的能隙大致相同，且該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池的P-n 結(jié)的能隙大于該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池。
12.如權(quán)利要求6所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，還進(jìn)一步包含第三側(cè)向太陽(yáng)能 電池，其中該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池具有外延生長(zhǎng)表面，且具有與該外延生長(zhǎng)表面垂直的第 一表面與第二表面；以及第二間隔層形成在該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池與該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池之間，且接觸該第 二側(cè)向太陽(yáng)能電池的第二表面與該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池的第一表面；其中光線入射方向與 該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池與該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池的外延生長(zhǎng)表面平行，且光線先照射入該 第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的第一表面。
13.如權(quán)利要求12所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池包含基板；第一波導(dǎo)層形成在該基板之上；P-n結(jié)形成在該第一波導(dǎo)層之上；隧穿結(jié)形成在該P(yáng)-n結(jié)之上；第二波導(dǎo)層形成在該隧穿結(jié)之上；以及歐姆接觸層形成在該第二波導(dǎo)層之上，其中該P(yáng)-n結(jié)位于該外延生長(zhǎng)表面與該基板之 間，且光線入射方向與該外延生長(zhǎng)表面平行。
14.如權(quán)利要求13所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，還包含第三波導(dǎo)層形成在該 p-n結(jié)與該隧穿結(jié)之間。
15.如權(quán)利要求13所述的堆疊型側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，其中該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池、 該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池或該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池的第一波導(dǎo)層、該P(yáng)-n結(jié)、該第二波導(dǎo)層 及該隧穿結(jié)依序重復(fù)堆疊，該第一側(cè)向太陽(yáng)能電池的重復(fù)堆疊所形成的多個(gè)P-n結(jié)的能隙 大致相同，該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的重復(fù)堆疊所形成的多個(gè)P-n結(jié)的能隙大致相同，該第 三側(cè)向太陽(yáng)能電池的重復(fù)堆疊所形成的多個(gè)P-n結(jié)的能隙大致相同，且其中該第一側(cè)向太 陽(yáng)能電池的P-n結(jié)的能隙大于該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池且該第二側(cè)向太陽(yáng)能電池的P-n結(jié)的 能隙又大于該第三側(cè)向太陽(yáng)能電池的P-n結(jié)能隙。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種側(cè)向太陽(yáng)能電池裝置，包含基板；波導(dǎo)層；p-n結(jié)；隧穿結(jié)；以及歐姆接觸層，其中波導(dǎo)層形成在p-n結(jié)與隧穿結(jié)的兩側(cè)，且太陽(yáng)光入射方向與側(cè)向太陽(yáng)能電池外延生長(zhǎng)表面平行。
文檔編號(hào)H01L31/042GK101958348SQ20091016040
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者李世昌, 李榮仁 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司