[发明专利]太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型太阳能电池及其制造方法。

背景技术

太阳光从近红外线到紫外线具有广阔的光谱分布，其能量的峰值在绿色光带区域附近。此外，为了得到具有高量子效率的太阳能电池，已知优选地，使半导体的带宽落在太阳光光谱的峰值带域中。

在具有绿色光以上的带宽大的半导体中，由于被光激发生成的载流子难以再结合，所以不仅容易提高开放电压，而且会提高得到最大输出的动作电压。为了得到高效率的太阳能电池，已知采用比硅的带宽大的半导体，例如GaAs这样的半导体。

另一方面，广泛地采用硅作为制造太阳能电池的半导体材料，而不大使用作为与硅相同的单一IV族元素半导体的锗。其中的一个理由是因为锗的带宽是0.65eV，而pn结型锗太阳能电池的开放电压低至0.27V，所以难以实现高输出的太阳能电池。

另一方面，硅的带宽是1.1eV，得到的pn结型硅太阳能电池的开放电压为0.6-0.65V。

这样，在如锗这样的带宽小的半导体中，由于被光激发生成的电子和空穴再结合的概率高，所以存在流过用于提供太阳能电池特性的pn结的反方向的饱和电流变大，开放电压变小的问题。但是，当采用带宽小的锗半导体时，可以广泛地使用从不能被硅吸收的长波长光带域到短波长带域的光，并且可以增大短路电流。

为了得到如上所述的高效率的太阳能电池，为了增大短路电流，优选地使用带宽小的半导体，但是为了得到大的开放电压，优选地使用带宽大的半导体。因此，在这些相反的现象中，多结型太阳能电池可有效地解决高效化的技术问题。

作为将太阳光光谱的波长带域分割成多个并将各带域的光有效地转换为电能的方法，采用多结型太阳能电池，即使用几个种类即不同带宽的半导体来实现pn结并且进行层叠的多结型太阳能电池。为了增加多结的数量，优选地使用晶格匹配的半导体组合。

目前，一般将pn结型锗太阳能电池与pn结型InGaAs太阳能电池、pn结型InGaP太阳能电池分别通过隧道结连接使用。这种结构通过MOCVD法在锗基板上依次外延生长。因此，需要重复地进行复杂的半导体生长，价格较高。

发明内容

在采用锗这样的带宽小的半导体制作太阳能电池的情况下，例如采用如图3所示的通常优选使用的扩散法来形成pn结时，由于表面结晶的不连续性而产生的表面顺位(順位)和结晶缺陷，使得由光照射激发的电子(05)和空穴(06)分别扩散到n型半导体(07)和p型半导体(08)，但由于促进再结合而增加反方向的插话电流(插話電流)，不能提高开放电压。

已知的事实是采用不同半导体层形成窗层，可以降低表面顺位密度。形成不同半导体的情况的问题在于，由于会在其界面产生相当大的应力，在界面容易产生晶格缺陷，所以不同半导体的选择和组合存在限制。还存在由于在形成异质结的情况下产生的带的不连续性而产生势垒，所以光激发的载流子滞留，产生再结合增加的问题。因此，由异质结形成的太阳能电池在制造上存在困难，所以不能被广泛地使用。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，将半导体A和传导体与半导体A不同且具有比半导体A的电子亲和力a1大的电子亲和力a2的半导体B结合，同时各在1％以内对所述半导体A和所述半导体B进行晶格匹配。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，所述半导体A是IV族系半导体，所述半导体B是III-V化合物半导体。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，所述半导体A是p型间接迁移型半导体，所述半导体B是n型直接迁移型半导体。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，所述半导体A是p型锗，所述半导体B是n型InGaP。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，所述In和所述Ga的组成比分别是49％和51％。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，p型锗的空穴载流子浓度控制为10¹⁸cm^-3。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，所述半导体A是p型硅，所述半导体B是以n型GaP为主要成份的混晶。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，在所述GaP中的氮掺杂量是0.2％，晶格匹配在0.1％以内，在GaP和Si之间分别获得晶格匹配。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，所述半导体A是p型，并且是硅和锗的混晶，所述半导体B是以n型化合物半导体的混晶。

本申请发明的异质结型太阳能电池的特征在于，半导体A形成p型碳化硅，并在其表面上设置n型AlN。