[发明专利]形成于N-掺杂衬底上的多结太阳能电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC 119(e)要求于2009年11月18日提交的、题为“MULTIJUNCTION SOLAR CELLS FORMED ON N-DOPEDSUBSTRATES（形成于N-掺杂衬底上的多结太阳能电池）”的第61/262,374号美国临时申请的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。

关于对在联邦资助的研究或开发下做出的发明的权利的声明

不适用

对以“序列表”、表格、或随压缩光盘提交的计算机程序表附件的引用

不适用

背景技术

本发明涉及用于构造基于III-V材料（诸如镓和砷化物）的太阳能电池的结构和技术。更具体地，本发明涉及形成用于含有III-V材料的装置或结构的电端子的可靠导电接触的问题。

如图1中的剖视图所示，传统或已知的基于III-V GaAs的太阳能电池可被分为三部分：下部、中部、以及上部。下部10是生长衬底，装置的各个层顺序地生长在生长衬底上。在典型的多结太阳能电池中，下部10通常为p-GaAs或p-Ge衬底，其余的层生长在该衬底上。此外，该下部可包括后部或底部电接触部11，以从电池向某些类型的负载导电。中部20代表异质外延III-V装置层，形成完全包含在中间区域内的至少一个p-n结。上部30代表需要完成与装置的电接触的半导体和金属层，此外，还代表常包含在这种装置内的抗反射涂层（ARC）。

通常，上部30中的金属和半导体层被构图为线条栅格40，如图3所示。栅格线图案的许多变型是可能的。用于栅格的金属堆叠的厚度必须足以使电池所产生的太阳能生成电流在较小电阻下传导。主要包含银或金的金属堆叠厚度通常为约5μm的量级。文献中和现有技术中描述了III-V太阳能电池的多种不同设计，这些设计使用各种材料和制造技术。图2中示出了两结太阳能电池的示意性剖视图。

面向太阳的层又称为最上部结的最上层或顶层。大多数太阳能电池结包括位于较厚p型基极区顶部的较薄n型发射极区（“n-on-p”型结构）。为了使电池适当地工作，III-V堆内的所有结均必须具有相同的定向。因此，如果一个结是“n-on-p”型，则电池中的所有结也必须是“n-on-p”型。多结太阳能电池堆叠中的结可包括背面电场和正面电场。隧道结可连接各种子电池p-n结。

因为III-V堆叠内的结需要统一的定向，故标准的“n-on-p”型太阳能电池通常生长于p-掺杂衬底（诸如p-GaAs或p-Ge）上。衬底在这种电池中常常被用作最下部结的底层。然而，p-掺杂GaAs衬底通常比可替换的n型或半绝缘（SI）变体更加昂贵。因此，期望通过使用低成本n-掺杂生长衬底来降低“n-on-p”型太阳电池的生产成本。然而，直接这样做将导致最下部结的反定向，从而导致太阳能电池无法正常工作。

发明内容

根据本发明，提供了一种使用n-GaAs（或其它n-掺杂半导体材料）作为用于“n-on-p”型太阳能电池设计的衬底的方法，该方法包括在衬底之上将“p-on-n”隧道结二极管沉积为第一层材料，以及将全部III-V堆叠沉积在隧道二极管之上。其它层可生长于衬底与第一隧道结之间，只要其它层的掺杂类型为n型或者为未掺杂的。与太阳能电池中的其它隧道结一样，该第一隧道结在非整流状态下工作。在电学方面上，隧道结像低阻值电阻器一样工作并且不阻碍电流流动。

通过下面结合附图的详细描述，本发明将被更好地理解。

附图说明

图1是代表太阳能电池的概括（现有技术）的截面图，其中太阳能电池包括金属层上的下部、中部和上部。

图2是代表双结n-on-p型太阳能电池堆叠的概括（现有技术）的截面图。

图3是示意性地描绘（现有技术）金属栅格布局的平面图。

图4是根据本发明的p-on-n型装置的示意性形式的截面图，其中隧道结已经插入衬底与III-V异质外延太阳能电池装置层之间，代表三结、四结或五结太阳能电池。

图5是在模拟的“1-太阳”太阳光谱构成的光施加至太阳能电池的情况下，InGaP/GaAs多结太阳能电池的电流-电压特性的图解表示。

具体实施方式

图4示出了本发明。“n-on-p”型太阳能电池装置包括上部30、中部20、以及作为下部10的n型衬底。附加的隧道结50沉积在下部10与中部20之间，并且隧道结50基本将衬底的n-掺杂表面转换为p-掺杂材料。可将标准的n型半导体和金属接触部11制造为n型衬底10。