[发明专利]III-V族半导体材料的光伏器件及其形成方法

说明书

本发明的实施方案通常涉及光伏器件。在一个实施方案中，形成砷化镓基光伏器件的方法包括：提供半导体结构，所述结构包括包含砷化镓的吸收层。提供在半导体结构的p‑n接面中的旁路功能，其中在反向偏压条件下p‑n接面以受控方式通过齐纳击穿效应击穿。

本申请是申请号为201210027952.3、申请日为2012年2月9日、发明名称为“用于砷化镓光伏器件的自-旁路二极管功能”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施方案通常涉及光伏器件(例如太阳能电池)以及制造这些光伏器件的方法。

背景技术

使用光伏器件例如太阳能电池板的一个问题是在太阳能电池板的部分上形成阴影的问题。如图1中所示，太阳能电池板包括在各模块中串联成串的多个光伏电池10，以提供来自太阳光的增加的功率和电压。然而，这些电池的一部分可能在操作过程中遮阳，这影响整个串或模块的性能。例如，电池12被障碍物遮阳，而其他电池 10不是这样的。当一个太阳能电池的电气参数和其他电池的那些明显改变时，发生串联失配。由于穿过电池的电流必须相同，因此来自组合的总电流不能超过遮蔽的电池的电流。在低电压下，当一个太阳能电池被遮蔽而串或模块中剩余部分不是这样时，由未遮蔽的太阳能电池产生的电流可能在遮蔽的电池中消散而不是开动负载。因此，在电流失配的串联结构中，如果较差电池产生较少电流，可以发生严重的功率降低。如果结构在短路或低电压下运行，在遮蔽的电池中高局域化功率耗散可以引起局部“热点”加热、雪崩击穿、以及一个或多个太阳能电池和模块的不可逆损害。

在一些太阳能电池上遮蔽的失配效果的一种解决方案是使用一个或多个旁路二极管。内在具有非常高的击穿电压或低分流电阻的太阳能电池可能不需要旁路二极管，但是包括高性能太阳能电池例如砷化镓(GaAs)太阳能电池的多种其他类型可能需要旁路功能。例如，如图2中所示，典型地一个或多个旁路二极管14并联，并且和太阳能电池电路16极性相反。为了降低成本，旁路二极管通常放置穿过一组太阳能电池。在正常(未遮蔽的)操作中，各太阳能电池16a正向偏压，并且旁路二极管14a反向偏压且是开路。如果一个或多个太阳能电池16b被遮蔽，由于串联电池之间的短路电流中的失配，这些电池16b反向偏压，并且旁路二极管14b正向偏压和传导电流，这允许来自未遮蔽的太阳能电池的电流在外部电流中流动，而不适合对各未遮蔽的电池进行正向偏压。穿过遮蔽的电池的最大反向偏压降低至约单二极管压降，从而限制电流和防止热点加热和太阳能电池的损害。

尽管旁路二极管有效地降低太阳能电池中由于遮蔽引起的失配的破坏效果，但是它们是另外组件，所述组件必须制造用于太阳能电池，因此增加太阳能电池板的生产成本和时间。而且，旁路二极管必须集成到太阳能电池设计中，这可是复杂和难以完成的。这些因素增加了当前太阳能电池的较高生产成本，可能降低变为主流能量源的太阳能电池的性能，并且可能限制可适配太阳能电池的应用。

因此，需要增加的效率和生产相容性方法以在光伏器件中提供旁路二极管功能性。

发明内容

本发明的实施方案通常涉及光伏器件(例如太阳能电池)，更具体地，涉及光伏器件中的旁路二极管功能。

在一个实施方案中，形成砷化镓基光伏器件的方法包括：提供半导体结构，所述结构包括包含砷化镓的吸收层。提供在所述半导体结构的p-n接面中的旁路功能，其中在反向偏压条件下，所述p-n接面以受控方式通过齐纳击穿效应击穿。在一些实施方案中，在比引起所述p-n接面的雪崩击穿的电场的量级低的电场中，所述p-n接面可以通过所述齐纳击穿效应击穿。旁路功能可以为所述光伏器件的所述p-n接面固有，使得所述光伏器件提供没有连接或包括在所述光伏器件中的区别旁路二极管的旁路功能。

在另外实施方案中，砷化镓基光伏器件包括：半导体结构，包括包含砷化镓的吸收层；以及所述半导体结构内的p-n接面，所述p-n 接面提供旁路功能，其中在反向偏压条件下，所述p-n接面以受控方式通过齐纳击穿效应击穿。

附图说明