[发明专利]半导体基多结光伏装置的制造

说明书

本发明要求2012年6月22日提交的美国申请No.61/663,374的优先权。该申请还要求2012年10月26日提交的美国申请No.61/718,708的优先权。该申请为了所有目的通过引用结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及半导体基光伏，更具体地涉及单结和多结太阳能电池。

背景技术

太阳能电池，也称为光伏电池，是能通过光电伏打效应将光能转换成电能的半导体装置。太阳能电池采用一个或多个P-n结产生对应的一个或多个电场，该电场朝着太阳能电池装置的端子迅速传播(sweep)光生载流子以进行聚集，并且发展成电流。包括大量太阳能电池的太阳能阵列的成本通常与太阳能电池自身所用面积，即，经受光聚集的面积，成比例。高效率太阳能电池是很重要的，因为它们的高能量密度允许减小给定量功率所需的面积，因此改善了源自太阳能的电力成本。采用高效的太阳能电池时，功率密度越高，所需的面积越小，从而产生良好的系统成本且接近化石燃料比价。化石燃料比价可限定为光伏电力成本等于或低于化石燃料基电源成本的点。

利用设计为吸收和聚集太阳能光谱不同部分的多结装置是实现高效太阳能电池的有效途径。由单结装置形成的太阳能电池可具有约31％的最大理论效率，而由多结装置形成的太阳能电池可具有87％的最大理论效率。然而，多结装置，例如三结装置，更加复杂且制造成本昂贵。例如，这样的装置所用的特定材料可能更加难以合成，并且可能增加制造公差。而且，很多多结太阳能电池设计要求昂贵的基板或者依赖于基板，这导致进一步的制造难度且增加了成本；或者要求基板再利用，这增加了制造成本且降低了产率。

在某些进一步优化的太阳能电池设计中，作为太阳能电池的一部分，可采用半导体的成分等级(compositional grade)来减轻相邻半导体层界面处的不利条件。例如，成分等级可用于减小邻近窗口层的耗尽区域外部的表面再结合损耗。例如，这可示例为薄CuIn_XGa_(1-X)Se₂装置中的Al_XGa_(1-X)As发射极和窗口层以及外部耗尽区域。该方法可用在p⁺-n In_0.5Ga_0.5P太阳能电池中p-In_0.5Ga_0.5P发射极层和P-In_0.5Al_0.5P窗口层之间的成分分级层(compositional grading layer)中。某些成分等级也可用在耗尽区域内的窗口层处设置的异质结附近。例如，薄的、分级的In_XGa_1-XN区域可用于最小化InGaN发射极层和GaN窗口层之间的原子价带的不连续性。通常，作为太阳能电池装置的一部分，这些示范性成分等级用于抵消半导体层界面的不利影响，并且通常已经用在装置堆叠的非常薄的特定部分中。

需要的是结合了产生了带隙和半导体成分的半导体材料的多结太阳能电池，其提供高效率和可制造性的最佳结合。通过提高制造太阳能电池的能力，使其具有不严格的设计公差和简化的制造技术但仍提供宽泛的高效率，可降低太阳能电池的每美元瓦特成本。还需要太阳能电池设计能采用一定的特征，例如成分等级，从而在太阳能电池装置的某些关键部分中随着载流子的产生而加速载流子。成分等级可存在于基极和/或发射体区域、背面电场或缓冲区域中，或者这里描述的其它适当的区域中或者在别处，并且可单独地或结合使用。使用成分等级的能力可在高效率、材料厚度和不严格的设计公差的最佳结合中提供附加的设计灵活性。每美元瓦特设计灵活性的优点可实现成本和性能的最好的全面结合。

发明内容