[发明专利]多结光伏器件及其制备方法

说明书

多结光伏器件及其制备方法，其中多结光伏器件是具有两个或更多由半导体材料形成的光吸收元件的多结光伏器件，其包括：第一硅锗或硅锗锡材料元件，第二硅锗锡材料元件，其中，第一硅锗或硅锗锡材料元件和所述第二硅锗锡材料元件与砷化镓晶格匹配。

本申请是申请日为2012年8月14日，申请号为CN201280049676.9的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括太阳能电池的光伏器件。

背景技术

一种公知的光电器件具有两个或多个串联连接的由垂直层结构的半导体材料形成的元件（cell），每个元件包含不同带隙的p-n结，这些结用于吸收照在器件（串叠型元件）上的光的不同光谱。当前使用的多结光伏器件大多数是在锗衬底上制造而得。

图1示出了这种器件的下部元件的典型结构。其中提供p型锗（Ge）衬底1，通过在锗衬底上生长III- V族半导体材料层3来制作器件的第一p-n结2 ，锗衬底和层3相接触于界面8。层3在本领域中被称为成核层。在处理时使用高温的条件下，来自成核层3的V族原子扩散并穿过界面进入锗衬底，并在低于锗衬底表面的位置处产生p-n结。该结形成的原因是由于V族原子充当了锗衬底的n型掺杂剂，所以当V族原子扩散到足够浓度时，形成n型区域4。（当然n型区域4的另一边界是III-V族材料和IV族材料之间的界面8。）III- V族层3设置为n型，使得III- V族层和Ⅳ族n型区域4之间为低阻接触。V族原子的扩散深度的控制对于限定p-n结优选为浅结的质量很重要。该扩散受约束于成核层3和任一另外的半导体层5 的生长和退火（及任何其它处理）的温度及持续时间。设置该另外的半导体层5以形成一个或更多另外的用于吸收不同光谱的p-n结。美国专利US6,380,601和US 2002/0040727公布了具有类似图1的底部元件的多结太阳能电池的例子。

S. Strite、M.S. Ünlü、K. Adomi和H. Morkoç于1990年（《应用物理学报》，56（17））发表论文“硅作为锗/砷化镓异质结的扩散阻挡层（Si as a diffusion barrier in Ge/GaAs heterojunctions）”。该论文的作者们感兴趣于光电晶体管和基于空穴的调制掺杂结构，并在论文中探讨了他们对长满锗的砷化镓（GaAs）外延层制成的二极管的调查。据称该基本二极管受影响于由不佳样品均匀性产生的微等离子体辅助故障，他们认为，不佳样品均匀性由GaAs的空位（由Ga和As依次向外扩散到Ge而产生）产生。为防止这一点，设置10埃（Å）厚的假晶硅中间层。（锗为p型且掺杂Ga，掺杂浓度为5×10¹⁸ cm^-3。异质结处的GaAs掺杂硅的浓度较少，为5×10¹⁶ cm^-3。）特别地，其可以受约束于预定深度。

太阳能电池用于产生电能，优选地从太阳光中产生电能。它们可直接受太阳光照射，或者利用聚光器收集较高强度的太阳光到电池上，从而提高其效率。

发明内容

根据本发明，提供一种半导体材料，包括：

IV族半导体材料层，所述材料不为硅，

由至少一种III族原子和至少一种V族原子组成的III-V族半导体材料层，其与所述IV族半导体层相接于一界面，

硅层，其或者位于所述III-V半导体层和所述IV族半导体层之间的所述界面上，或者位于所述IV族半导体层或所述III-V半导体层中，且与所述界面隔开，

位于所述IV族半导体层的n型V族掺杂区域，其与所述界面毗邻，并且受形成为III-V族半导体层的至少一种V族原子掺杂。