專利名稱：具有Ⅳ/Ⅲ-Ⅴ族混合合金的多結(jié)太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域及其制作工藝及裝置，例如基于IV/III-V族混合 半導(dǎo)體化合物的多結(jié)太陽能電池。
背景技術(shù)：
已主要通過硅半導(dǎo)體技術(shù)提供來自光伏打電池(也稱作太陽能電池)的太陽能電 力。然而，在過去幾年中，大量制造用于太空應(yīng)用的III-V族化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池 已加速此技術(shù)不僅用于太空中而且用于陸地太陽能電力應(yīng)用的發(fā)展。與硅相比，盡管III-V 族化合物半導(dǎo)體多結(jié)裝置往往制造起來更復(fù)雜，但其具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率且通常更抗 輻照。典型的商用III-V族化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池在一個太陽、0氣團(tuán)(AMO)照明 條件下具有超過27%的能量效率，而即使是最有效的硅技術(shù)在相當(dāng)?shù)臈l件下通常僅達(dá)到約 18%的效率。在高太陽能會聚(例如，500倍)的情況下，陸地應(yīng)用(AM處于1.5D)中的市 場可購得III-V族化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池具有超過37%的能量效率。與硅太陽能電 池相比，III-V族化合物半導(dǎo)體太陽能電池的較高轉(zhuǎn)換效率部分地基于能夠?qū)崿F(xiàn)通過使用 具有不同帶隙能量的多個光伏打區(qū)域進(jìn)行對入射輻照的光譜分離且積累來自所述區(qū)域中 的每一者的電流。在衛(wèi)星及其它太空相關(guān)的應(yīng)用中，衛(wèi)星電力系統(tǒng)的大小、質(zhì)量及成本依賴于所使 用的太陽能電池的功率及能量轉(zhuǎn)換效率。換句話說，有效負(fù)載的大小及機(jī)載服務(wù)的可用性 與所提供的功率量成比例。因此，隨著有效負(fù)載變得更加成熟，太陽能電池的功率對重量比 變得越來越重要，且越發(fā)關(guān)注具有高效率及低質(zhì)量的重量較輕、“薄膜”型太陽能電池。典型的III-V族化合物半導(dǎo)體太陽能電池以垂直、多結(jié)結(jié)構(gòu)制作于半導(dǎo)體晶片 上。然后，將個別太陽能電池或晶片安置成水平陣列，其中個別太陽能電池以串聯(lián)電路方式 連接在一起。陣列的形狀及結(jié)構(gòu)以及其包含的電池數(shù)目部分地取決于所需要的輸出電壓及 電流。

發(fā)明內(nèi)容
簡要且概括地，本發(fā)明的一個方面包括制造太陽能電池的方法，所述方法包括提 供鍺半導(dǎo)體生長襯底；在所述半導(dǎo)體生長襯底上沉積形成太陽能電池的半導(dǎo)體材料層的序 列，其包含由IV/III-V族混合合金構(gòu)成的子電池。在另一方面中，本發(fā)明包括通過以下步驟制造太陽能電池的方法提供半導(dǎo)體生 長襯底；及在所述半導(dǎo)體生長襯底上沉積形成太陽能電池的半導(dǎo)體材料層的序列，其包含 由GeSiSn構(gòu)成的至少一個層及生長在所述GeSiSn層由Ge構(gòu)成的一個層。在另一方面中，提供根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種太陽能電池，其包括由GeSiSn 構(gòu)成且具有第一帶隙的第一太陽能子電池；由GaAsUnGaAsP或InGaP構(gòu)成且安置在所述第 一太陽能子電池上方的第二太陽能子電池，其具有大于所述第一帶隙的第二帶隙且與所述 第一太陽能子電池晶格匹配；及由GaInP構(gòu)成且安置在所述第二太陽能子電池上方的第三太陽能子電池，其具有大于所述第二帶隙的第三帶隙且相對于所述第二子電池晶格匹配。本發(fā)明的一些實施方案可并入或?qū)嵤┥鲜霭l(fā)明內(nèi)容中所述的各個方面及特征中 的數(shù)者。依據(jù)本發(fā)明(包含下文詳細(xì)說明)及通過實踐本發(fā)明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明 了本發(fā)明的另外方面、優(yōu)點及新穎特征。雖然下文參照優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明，但應(yīng)了 解，本發(fā)明并不限于此。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通過閱讀本文中的教示將會認(rèn)識到本發(fā)明在 其它領(lǐng)域中的另外應(yīng)用、修改及實施例，這些應(yīng)用、修改及實施例均屬于本文所揭示并請求 的發(fā)明范圍內(nèi)且本發(fā)明對于這些應(yīng)用、修改及實施例可具有實用性。


結(jié)合附圖考慮并參照以下詳細(xì)說明將更好且更全面地理解本發(fā)明，附圖中圖1是表示某些二進(jìn)制材料的帶隙及其晶格常數(shù)的圖表；圖2A是在根據(jù)本發(fā)明一個實施例于生長襯底上沉積半導(dǎo)體層之后的本發(fā)明太陽 能電池的橫截面視圖；圖2B是在根據(jù)本發(fā)明另一實施例于生長襯底上沉積半導(dǎo)體層之后的發(fā)明本太陽 能電池的橫截面視圖；圖2C是在根據(jù)本發(fā)明另一實施例在生長襯底上沉積半導(dǎo)體層之后的本發(fā)明太陽 能電池的橫截面視圖；圖3是圖2A、2B或者2C的太陽能電池在下一工藝步驟之后的高度簡化橫截面視 圖；圖4是圖3的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視圖；圖5是圖4的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視圖；圖6A是在其中制作有四個太陽能電池的晶片的俯視平面圖；圖6B是圖6A的晶片的仰視平面圖；圖6C是在其中制作有兩個太陽能電池的晶片的俯視平面圖；圖7是圖5的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視圖；圖8是圖7的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視圖，在所述下一工藝步 驟中附接蓋片玻璃；及圖9是根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池中子電池的基極層及發(fā)射極層的摻雜分布的圖表。
具體實施例方式現(xiàn)在將描述本發(fā)明的細(xì)節(jié)，包含其實例性方面及實施例。參照圖式及下文說明，相 同的參考編號用于識別相同或功能上相似的元件，且打算以高度簡化的圖示方式圖解說明 實例性實施例的主要特征。此外，這些圖式既不打算描繪實際實施例的每一特征，也不打算 描繪所描繪元件的相對尺寸，且這些圖式并非按比例繪制。制作多結(jié)太陽能電池的基本概念是在襯底上以有序序列生長太陽能電池的子電 池。即，直接在半導(dǎo)體生長襯底(例如，GaAs或Ge)上外延生長低帶隙子電池(即，具有介 于0.7到1.2eV范圍中的帶隙的子電池)，且因此，此類子電池與此襯底晶格匹配。然后，可
5在低帶隙子電池上生長一個或一個以上中等帶隙的中間子電池(即，具有介于1.0到2. 4eV 范圍中的帶隙)。在所述中間子電池上方形成頂部子電池或上部子電池，以使得頂部子電池相對于 中間子電池大致晶格匹配且以使得所述頂部子電池具有第三較高帶隙(即，介于1.6到 2. 4eV范圍中的帶隙)。在上述相關(guān)申請案中，揭示了多結(jié)太陽能電池的各種不同特征及方面。此類特征 中的一些特征或所有特征可包含在與本發(fā)明太陽能電池相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)及工藝中。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的層的晶格常數(shù)及電特性優(yōu)選地通過規(guī)定適當(dāng)反應(yīng)器生長溫度及 時間且通過使用適當(dāng)化學(xué)組成及摻雜劑來控制。使用氣相沉積方法(例如，有機(jī)金屬氣相 外延(OMVPE)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、或其它氣相沉積方法)或用于逆向生長的 其它沉積技術(shù)(例如分子束外延(MBE))可使單塊半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成電池的層能夠生長為 具有所需厚度、元素組成、摻雜劑濃度及粒度和傳導(dǎo)性類型。圖2A描繪在鍺生長襯底上順序形成三個子電池A、B及C之后的根據(jù)本發(fā)明的多 結(jié)太陽能電池。更特定來說，其顯示襯底201，所述襯底優(yōu)選地為鍺(Ge)或其它適合材料。在Ge襯底的情況下，可在襯底201上直接沉積成核層202。在襯底201上，或在 成核層202上方(在Ge襯底的情況下)，進(jìn)一步沉積緩沖層203。在Ge襯底的情況下，緩 沖層203優(yōu)選地為ρ+型Ge。然后，在層203上沉積ρ+型GeSiSn的BSF層204。然后，在 BSF層204上外延沉積由ρ型基極層205及η+型發(fā)射極層206構(gòu)成的子電池Α，所述基極 層及發(fā)射極層由鍺構(gòu)成。子電池A通常與生長襯底201晶格匹配。子電池A可具有大約為 0. 67eV的帶隙。BSF層204從基極/BSF界面表面附近的區(qū)域驅(qū)動少數(shù)載流子，以使復(fù)合損失效應(yīng) 最小化。換句話說，BSF層204減少太陽能子電池A背側(cè)處的復(fù)合損失且從而減少基極中 的復(fù)合。應(yīng)注意，多結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)可由周期表中所列的III到V族元素的滿足晶格常 數(shù)及帶隙要求的任何適合組合形成，其中III族包含硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)及鉈 (T)。所述IV族包含碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)及錫(Sn)0所述V族包含氮(N)、磷(P)、砷 (As)、銻(Sb)及鉍(Bi)。在基極層206的頂部上，沉積窗口層207，其優(yōu)選地為η+型GeSiSn，且所述窗口層 用于減少復(fù)合損失。在窗口層207的頂部上，沉積形成隧道二極管(即，將子電池A連接到子電池B的 歐姆電路元件)的重?fù)诫sP型及η型層208a及208b的序列。層208a優(yōu)選地由n++GaAs 構(gòu)成，且層208b優(yōu)選地由p++AlGaAs構(gòu)成。在隧道二極管層208a/208b的頂部上，沉積BSF層209，其優(yōu)選地為ρ+型InGaAs。 更大體來說，子電池B中所使用的BSF層209操作以減少界面復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)明了，可在不背離本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除一個或多個 額外層。在BSF層209的頂部上，沉積子電池B的各個層ρ型基極層210及η+型發(fā)射極 層211。這些層優(yōu)選地由InGaAs構(gòu)成，但也可使用與晶格常數(shù)及帶隙要求相一致的任何其 它適合材料。因此,子電池B可由GaAs、GaInP, GaInAs, GaAsSb或GaInAsN發(fā)射極區(qū)域及GaAs、GaInAs、GaAsSb或GaInAsN基極區(qū)域構(gòu)成。子電池B的帶隙可大約為1. 25到1. 4eV。 將結(jié)合圖9論述根據(jù)本發(fā)明的層210及211的摻雜分布。在子電池B的頂部上，沉積窗口層212，其與窗口層207執(zhí)行相同的功能。在窗口 層212上方分別沉積類似于層208a及208b的p++/n++隧道二極管層213a及213b，所述隧 道二極管層形成將子電池B連接到子電池C的歐姆電路元件。層213a優(yōu)選地由n++GaInP 構(gòu)成，且層213b優(yōu)選地由p++AlGaAs構(gòu)成。然后，在隧道二極管層213b上方沉積優(yōu)選地由ρ+型InGaAlP構(gòu)成的BSF層214。 此BSF層操作以減少子電池“C”中的復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了，可在不背離 本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除額外層。在BSF層214的頂部上，沉積子電池C的各個層p型基極層215及η+型發(fā)射極層 216。這些層優(yōu)選地分別由ρ型InGaAs或InGaP及η+型InGaAs或InGaP構(gòu)成，但也可使 用與晶格常數(shù)及帶隙要求相一致的任何其它適合材料。子電池C的帶隙可大約為1. 75eV。 將結(jié)合圖9論述根據(jù)本發(fā)明的層215及216的摻雜分布。然后，在子電池C的頂部上沉積窗口層217，其優(yōu)選地由η+型InAlP構(gòu)成，所述窗 口層與窗口層207及212執(zhí)行相同功能。將以對圖3及后續(xù)圖的說明為開始來描述對制作圖2Α的實施例中的太陽能電池 的后續(xù)處理步驟的說明。同時，將描述多結(jié)太陽能電池半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其它實施例。圖2Β描繪在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中在鍺生長襯底上順序形成四個子電池Α、 B、C及D之后的多結(jié)太陽能電池。更特定來說，其顯示襯底201，所述襯底優(yōu)選地為鍺(Ge) 或其它適合材料。圖2B的實施例中的層202到212的組成類似于圖2A的實施例中所述的那些層， 但具有實現(xiàn)不同帶隙所必要的不同元素組成或摻雜劑濃度，且因此此處不需重復(fù)對此類層 的說明。特定來說，在圖2B的實施例中，子電池A的帶隙可大約為0. 73eV，且子電池B的帶 隙可大約為1. 05eV。在窗口層212的頂部上，沉積形成隧道二極管(S卩，將子電池B連接到子電池C的 歐姆電路元件)的重?fù)诫sP型及η型層213c及213d的序列。層213c優(yōu)選地由n++GaAs 構(gòu)成，且層213d優(yōu)選地由p++AlGaAs構(gòu)成。在隧道二極管層213C//213d的頂部上，沉積BSF層214，其優(yōu)選地為ρ+型AlGaAs。 更大體來說，子電池C中所使用的BSF層214操作以減少界面復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)明了，可在不背離本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除一個或多個 額外層。在BSF層214的頂部上，沉積子電池C的各個層p型基極層215及η+型發(fā)射極 層216。這些層優(yōu)選地分別由InGaAs及InGaAs或InGaP構(gòu)成，但也可使用與晶格常數(shù)及帶 隙要求相一致的任何其它適合材料。因此，子電池C可由GaAs、GaInP, GaInAs, GaAsSb或 GaInAsN發(fā)射極區(qū)域及GaAs、GaInAs, GaAsSb或GaInAsN基極區(qū)域構(gòu)成。子電池C的帶隙 可大約為1. 25到1. 4eV。將結(jié)合圖9論述根據(jù)本發(fā)明的層215及216的摻雜分布。在子電池C的頂部上，沉積由InAlP構(gòu)成的窗口層217，所述窗口層與窗口層212 執(zhí)行相同的功能。在窗口層217上方分別沉積類似于層213c及213d的p++/n++隧道二極 管層218a及218b，所述隧道二極管層形成將子電池C連接到子電池D的歐姆電路元件。層218a優(yōu)選地由n++InGaP構(gòu)成，且層218b優(yōu)選地由p++AlGaAs構(gòu)成。然后，在隧道二極管層218b上方沉積優(yōu)選地由ρ+型AlGaAs構(gòu)成的BSF層219。 此BSF層操作以減少子電池“D”中的復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了，可在不背離 本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除額外層。在BSF層219的頂部上，沉積子電池D的各個層p型基極層220及η+型發(fā)射極 層221。這些層優(yōu)選地分別由ρ型InGaP及η+型InGaP構(gòu)成，但也可使用與晶格常數(shù)及帶 隙要求相一致的任何其它適合材料。子電池D的帶隙可大約為1. 85eV。將結(jié)合圖9論述根 據(jù)本發(fā)明的層220及221的摻雜分布。然后，在子電池D的頂部上沉積優(yōu)選地由η+型InAlP構(gòu)成的窗口層222，所述窗口 層與窗口層207、212及217執(zhí)行相同的功能。圖2C描繪在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中在鍺生長襯底上順序形成五個子電池Α、 B、C、D及E之后的多結(jié)太陽能電池。更特定來說，其顯示襯底201，所述襯底優(yōu)選地為鍺 (Ge)或其它適合材料。圖2C的實施例中的層201到212的組成類似于圖2Α的實施例中所述的那些層， 但其具有實現(xiàn)不同帶隙所必要的不同元素組成或摻雜劑濃度，且因此此處不需重復(fù)對此類 層的說明。特定來說，在圖2C的實施例中，子電池A的帶隙可大約為0. 73eV，子電池B的帶 隙可大約為0.95eV，且子電池C的帶隙可大約為1.24eV。因此，以窗口層212的頂部上的 層來繼續(xù)對圖2C的實施例的說明。在窗口層212的頂部上，沉積形成隧道二極管(即，將子電池A連接到子電池B的 歐姆電路元件)的重?fù)诫sP型及η型層213e及213f的序列。層213e優(yōu)選地由n++GeSiSn 構(gòu)成，且層213f優(yōu)選地由p++GeSiSn構(gòu)成。在隧道二極管層213e//213f的頂部上，沉積BSF層214a，其優(yōu)選地為ρ+型GeSiSn。 更大體來說，子電池C中所使用的BSF層214a操作以減少界面復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)明了，可在不背離本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除一個或多個 額外層。在BSF層214a的頂部上，沉積子電池C的各個層p型基極層215a及η+型發(fā)射 極層216a。這些層優(yōu)選地由GeSiSn構(gòu)成，但也可使用與晶格常數(shù)及帶隙要求相一致的任何 其它適合材料。因此，子電池C可由GaAs、GaInP, GaInAs, GaAsSb或GaInAsN發(fā)射極區(qū)域 及GaAs、GaInAs、GaAsSb或GaInAsN基極區(qū)域構(gòu)成。子電池C的帶隙可大約為1. 24eV。將 結(jié)合圖9論述根據(jù)本發(fā)明的層215a及216a的摻雜分布。在子電池C的頂部上，沉積由InAlP構(gòu)成的窗口層217a，所述窗口層與窗口層207 及212執(zhí)行相同的功能。在窗口層217a上方分別沉積類似于層208a及208b以及213e及 213f的p++/n++隧道二極管層218e及218d，所述隧道二極管層形成將子電池C連接到子電 池D的歐姆電路元件。層218c優(yōu)選地由n++InGaAsP構(gòu)成，且層218d優(yōu)選地由p++AlGaAs 構(gòu)成。然后，在隧道二極管層218d上方沉積優(yōu)選地由ρ+型AlGaAs構(gòu)成的BSF層219a。 此BSF層操作以減少子電池“D”中的復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了，可在不背離 本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除額外層。在BSF層219a的頂部上，沉積子電池D的各個層p型基極層220a及η+型發(fā)射極層221a。這些層優(yōu)選地分別由ρ型InGaAsP或AlGaAs及η+型InGaAsP或AlGaInAs構(gòu) 成，但也可使用與晶格常數(shù)及帶隙要求相一致的任何其它適合材料。子電池D的帶隙可大 約為1. 6eV。將結(jié)合圖9論述根據(jù)本發(fā)明的層220a及221a的摻雜分布。然后，在子電池D的頂部上沉積優(yōu)選地由η+型InAlP、InGaAsP或AlGaInAs構(gòu)成 的窗口層222a，所述窗口層與窗口層207、212及217a執(zhí)行相同的功能。在窗口層222a上方分別沉積類似于層218c及218d的p++/n++隧道二極管層223a 及223b，所述隧道二極管層形成將子電池D連接到子電池E的歐姆電路元件。層223a優(yōu)選 地由n++InGaAsP構(gòu)成且層223b優(yōu)選地由p++AlGaAs構(gòu)成。然后，在隧道二極管層223b上方沉積優(yōu)選地由ρ+型AlGaAs或InGaAlP構(gòu)成的 BSF層224。此BSF層操作以減少子電池‘ ”中的復(fù)合損失。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了， 可在不背離本發(fā)明的范圍的前提下在所述電池結(jié)構(gòu)中添加或刪除額外層。在BSF層224的頂部上，沉積子電池E的各個層p型基極層225及η+型發(fā)射極 層226。這些層優(yōu)選地分別由ρ型AlGaInP及η+型AlGaInP構(gòu)成，但也可使用與晶格常數(shù) 及帶隙要求相一致的任何其它適合材料。子電池E的帶隙可大約為2. OeV。將結(jié)合圖9論 述根據(jù)本發(fā)明的層224及225的摻雜分布。然后，在子電池E的頂部上沉積優(yōu)選地由η+型InAlP構(gòu)成的窗口層227，所述窗口 層227與窗口層207、212、217a及222a執(zhí)行相同的功能。圖3是圖2A、2B或2C中的任一者的太陽能電池的高度簡化橫截面視圖，其顯示其 中在窗口層249上沉積優(yōu)選地由η+型InGaAs構(gòu)成的高帶隙接觸層250的下一工藝步驟， 所述窗口層可根據(jù)情況分別表示圖2Α、2Β及2C的窗口層217、222或227。后續(xù)圖將利用此 圖3的高度簡化橫截面視圖，應(yīng)理解，對太陽能電池的后續(xù)制作的說明可以涉及所描繪的 圖2Α、2Β或2C實施例中的任一者，或本文上文所述的額外或類似實施例中的任一者。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了，除了接觸層250，可在不背離本發(fā)明的范圍的前提下 在所述電池結(jié)構(gòu)中于子電池結(jié)構(gòu)的頂部上添加或刪除一個或多個額外層。圖4是圖3的太陽能電池在下一工藝步驟的序列之后的橫截面視圖，在所述下一 工藝步驟的序列中，將光致抗蝕劑層(未顯示)置于半導(dǎo)體接觸層318上方。借助掩模以 光刻方式圖案化光致抗蝕劑層以形成柵格線501的位置，移除光致抗蝕劑層的其中將要形 成柵格線的部分，且然后通過蒸氣或類似工藝將金屬接觸層319既沉積到光致抗蝕劑層上 方又沉積到光致抗蝕劑層中的其中將要形成柵格線的開口中。然后，剝離覆蓋接觸層318 的光致抗蝕劑層部分以留下完成的金屬柵格線501，如圖中所描繪。柵格線501優(yōu)選地由層 Pd/Ge/Ti/Pd/Au的序列構(gòu)成，但也可使用其它適合序列及材料。圖5是圖4的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視圖，在所述下一工藝步 驟中將所述柵格線用作掩膜來使用檸檬酸/過氧化物蝕刻混合物向下蝕刻所述表面到達(dá) 窗口層249。圖6A是在其中實施四個太陽能電池的IOOmm(或4英寸)晶片的俯視平面圖。對 四個電池的描繪僅出于說明的目的，且本發(fā)明并不限于每一晶片的任何特定電池數(shù)目。在每一電池中，存在柵格線501 (更具體地顯示于圖5的橫截面圖中)、互連總線 502及接觸墊503。柵格線及總線以及接觸墊的幾何形狀及數(shù)目為說明性的，且本發(fā)明并不 限于所圖解說明的實施例。
9
圖6B是圖6A的晶片的仰視平面圖，其概括地顯示四個太陽能電池的位置。圖6C是在其中實施兩個太陽能電池的100mm(或4英寸)晶片的俯視平面圖。盡 管可利用各種多邊形幾何形狀來界定太陽能電池在晶片內(nèi)的邊界，但在所圖解說明的幾何 配置中，每一太陽能電池具有26. 3cm2的面積。圖7是圖5的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視圖，在所述下一工藝步 驟中在晶片的具有柵格線501的“頂部”側(cè)的整個表面上方施加抗反射(ARC)電介質(zhì)涂布層。圖8是在本發(fā)明第二實施例中圖7的太陽能電池在下一工藝步驟之后的橫截面視 圖，在所述下一工藝步驟中，通過粘合劑513將蓋片玻璃514固定到電池的頂部。蓋片玻璃 514通常約為4密耳厚，且優(yōu)選地覆蓋整個通道510、在平臺516的一部分上方延伸，但不延 伸到通道511。盡管對于眾多環(huán)境條件及應(yīng)用，期望使用蓋片玻璃，但其對于所有實施方案 并非為必要，且也可利用額外的層或結(jié)構(gòu)來向太陽能電池提供額外的支撐或環(huán)境保護(hù)。圖9是本發(fā)明的多結(jié)太陽能電池的一個或一個以上子電池中發(fā)射極層及基極層 中的摻雜分布的圖表。在2007年12月13日提出申請的第11/956，069號共同未決美國專 利申請案(其以引用的方式并入本文中)中更具體描述本發(fā)明范圍內(nèi)的各種摻雜分布及此 類摻雜分布的優(yōu)點。本文中所描繪的摻雜分布僅為說明性，且如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所明 了，可在不背離本發(fā)明的范圍的前提下使用其它更復(fù)雜的分布。應(yīng)了解，上文所述元件中的每一者或者兩個或兩個以上元件一起，也可有用地應(yīng) 用于不同于上文所述類型的構(gòu)造的其它類型的構(gòu)造中。另外，盡管所圖解說明的實施例配置有頂部及底部電觸點，但替代地子電池可借 助金屬觸點與子電池之間的橫向傳導(dǎo)性半導(dǎo)體層接觸。此類布置可用于形成3-端子裝置、 4_端子裝置且大體來說，n-端子裝置?？墒褂眠@些額外端子將所述子電池互連成電路， 以使得可有效地使用每一子電池中的大多數(shù)可用光生電流密度，從而導(dǎo)致多結(jié)電池的高效 性，盡管在各種子電池中光生電流密度通常為不同。如上文所述，本發(fā)明可利用一個或一個以上或者全部為單質(zhì)結(jié)的電池或子電池 (即，其中在兩者均具有相同化學(xué)組成及相同帶隙而僅在摻雜劑種類及類型上有所不同的 P型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體之間形成p-n結(jié)的電池或子電池)的布置。具有p型及n型InGaP 的子電池是單質(zhì)結(jié)子電池的一個實例。另一選擇是，如在美國專利7，071，407中更具體地 描述，本發(fā)明可利用一個或一個以上或全部為異質(zhì)結(jié)的電池或子電池，即其中在P型半導(dǎo) 體與n型半導(dǎo)體之間形成p-n結(jié)的電池或子電池，所述兩種半導(dǎo)體除了在形成p-n結(jié)的p 型及n型區(qū)域中利用不同的摻雜劑種類及類型之外，還在n型區(qū)域中具有半導(dǎo)體材料的不 同化學(xué)組成及/或在P型區(qū)域中具有不同的帶隙能量。在一些電池中，可將薄的所謂“本征層”置于發(fā)射極層與基極層之間，其具有與發(fā) 射極層或者基極層相同或不同的組成。所述本征層可用于抑制空間電荷區(qū)域中的少數(shù)載流 子復(fù)合。類似地，基極層或發(fā)射極層也可以是本征的或在其厚度的一部分或全部上為非故 意摻雜的(“NID”)。在2008年10月16日提出申請的第12/253,051號共同未決美國專 利申請案中更具體地描述了 一些此類配置。窗口或BSF層的組成可利用滿足晶格常數(shù)及帶隙要求的其它半導(dǎo)體化合物，且可 包含 AllnP、AlAs、A1P、AlGalnP、AlGaAsP、AlGalnAs、AlGalnPAs、GalnP、GalnAs、GalnPAs、AlGaAs、AlInAs、AlInPAs、GaAsSb、AlAsSb、GaAlAsSb、AlInSb、GaInSb、AlGaInSb、AIN、GaN、 InN、GalnN、AlGalnN、GalnNAs、AlGalnNAs、ZnSSe、CdSSe 及類似材料，且此仍歸屬于本發(fā)明 的精神內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制造太陽能電池的方法，其包括提供鍺半導(dǎo)體生長襯底；在所述半導(dǎo)體生長襯底上沉積形成太陽能電池的半導(dǎo)體材料層的序列，其包含由IV/III-V族混合合金構(gòu)成的子電池。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述IV/III-V族混合合金為GeSiSn。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述GeSiSn子電池具有介于0.SeV到1. 2eV范圍中 的帶隙。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述GeSiSn子電池與所述鍺襯底之間沉 積由鍺構(gòu)成的子電池。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述層的序列包含具有介于0.91eV到0. 95eV范圍 中的帶隙的第一 GeSiSn子電池及具有介于1. 13eV到1. 24eV范圍中的帶隙的第二 GeSiSn 子電池。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積半導(dǎo)體材料層的序列的步驟包含在所述 襯底上形成由GeSiSn構(gòu)成且具有第一帶隙的第一太陽能子電池；在所述第一子電池上方 形成由InGaAs構(gòu)成的第二太陽能子電池，其具有大于所述第一帶隙的第二帶隙；及在所述 第二太陽能子電池上方形成由GaInP構(gòu)成的第三太陽能子電池，其具有大于所述第二帶隙 的第三帶隙。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積半導(dǎo)體材料層的序列的步驟包含在所述 襯底上形成由Ge構(gòu)成且具有第一帶隙的第一太陽能子電池；在所述第一子電池上方形成 由GeSiSn構(gòu)成的第二太陽能子電池，其具有大于所述第一帶隙的第二帶隙；及在所述第二 太陽能子電池上方形成由InGaAs構(gòu)成的第三太陽能子電池，其具有大于所述第二帶隙的 第三帶隙；及形成由GaInP構(gòu)成的第四太陽能子電池，其具有大于所述第三帶隙的第四帶 隙且與所述第三太陽能子電池晶格匹配。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積半導(dǎo)體材料層的序列的步驟包含在所述 襯底上形成由Ge構(gòu)成且具有第一帶隙的第一太陽能子電池；在所述第一子電池上方形成 由GeSiSn構(gòu)成的第二太陽能子電池，其具有大于所述第一帶隙的第二帶隙；及在所述第二 太陽能子電池上方形成由GeSiSn構(gòu)成的第三太陽能子電池，其具有大于所述第二帶隙的 第三帶隙；及形成由InGaAs構(gòu)成的第四太陽能子電池，其具有大于所述第三帶隙的第四帶 隙且與所述第三太陽能子電池晶格匹配；形成由GaInP構(gòu)成的第五太陽能子電池，其具有 大于所述第四帶隙的第五帶隙且與所述第四太陽能子電池晶格匹配。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中借助金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝在約700°C的溫度 下沉積所述層中的一些層。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中適當(dāng)?shù)仄ヅ渌錾L襯底與所述半導(dǎo)體材料層之 間的熱膨脹系數(shù)以避免破裂。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括在由Ge構(gòu)成的所述第一子電池與由 GeSiSn構(gòu)成的所述第二子電池之間形成由GeSiSn構(gòu)成的隧道二極管。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述生長襯底上方沉積由GeSiSn構(gòu)成 的BSF層。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過化學(xué)氣相沉積在約300°C的溫度下沉積所述IV/III-V族混合合金。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述鍺生長襯底上方沉積Ge緩沖層。
15.如權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包括在鄰近于所述鍺子電池處形成GeSiSin BSF層及GeSiSn窗口層。
16.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述鍺子電池具有大約0.73eV的帶隙。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過將As及/或P擴(kuò)散到混合合金層中而在所述 IV/III-V族混合合金中形成結(jié)以形成光伏子電池。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在鄰近于由所述IV/III-V族混合合金構(gòu) 成的所述子電池處形成由所述IV/III-V族混合合金構(gòu)成的窗口層及BSF層。
19.一種制造太陽能電池的方法，其包括提供半導(dǎo)體生長襯底；及在所述半導(dǎo)體生長襯底上沉積形成太陽能電池的半導(dǎo)體材料層的序列，其包含由 GeSiSn構(gòu)成的至少一個層及生長在所述GeSiSn層上方由Ge構(gòu)成的一個層。
20.一種多結(jié)太陽能電池，其包括第一太陽能子電池，其由GeSiSn構(gòu)成且具有第一帶隙；第二太陽能子電池，其由GaAsUnGaAsP或InGaP構(gòu)成且安置在所述第一太陽能子電池 上方，所述第二太陽能子電池具有大于所述第一帶隙的第二帶隙且與所述第一太陽能子電 池晶格匹配；及第三太陽能子電池，其由GaInP構(gòu)成且安置在所述第二太陽能子電池上方，所述第三 太陽能子電池具有大于所述第二帶隙的第三帶隙且相對于所述第二子電池晶格匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有IV/III-V族混合合金的多結(jié)太陽能電池。一種通過以下步驟制造太陽能電池的方法提供鍺半導(dǎo)體生長襯底；及在所述半導(dǎo)體生長襯底上沉積形成太陽能電池的半導(dǎo)體材料層的序列，其包含由IV/III-V族混合合金構(gòu)成的子電池。
文檔編號H01L31/0264GK101882644SQ20101014797
公開日2010年11月10日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者保羅·夏普斯, 弗雷德·紐曼 申請人:安科太陽能公司