多结光伏器件及其制备方法技术

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。

Multi junction photovoltaic devices and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
多结光伏器件及其制备方法本申请是申请日为2012年8月14日，申请号为CN201280049676.9的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及包括太阳能电池的光伏器件。
技术介绍
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US2002/0040727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（SiasadiffusionbarrierinGe/GaAsheterojunctions）”。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5×1018cm-3。异质结处的GaAs掺杂硅的浓度较少，为5×1016cm-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。
技术实现思路
根据本专利技术，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。所述硅层的作用是控制所述V族原子进入所述IV族层的扩散（通过减少V族原子的方式），因此控制所述IV族层在其深度和浓度方面的掺杂。另外，通过改变所述硅层的浓度来改变不同需求的掺杂。以这种方式，所述IV族的掺杂可以根据需要控制。面对所述硅层的特定一侧的所述IV族半导体层中的n型V族掺杂区域的一部分受形成为位于所述硅层的相反一侧的III-V族半导体部分的至少一种V族原子掺杂。掺杂于面对所述硅层的特定一侧的所述IV族半导体层部分的至少一些所述V族原子来自于位于所述硅层的相反一侧的III-V族层部分。所述IV族半导体层的n型V族掺杂区域受形成为与所述界面毗邻的所述III-V族半导体层的区域的至少一种V族原子掺杂。所述半导体层的所述V族掺杂区域在所述IV族层中设有p-n结和p型区域。所述界面处的所述III-V族材料为n型。所述III-V族材料层是n型。或者，所述IV族层的所述V族掺杂区域和III-V族层在所述界面处形成隧道二极管。所述界面处的所述III-V族材料可以是p-掺杂。所述IV族半导体材料层可以是锗，或者硅-锗，或者硅-锗-锡。所述III-V族材料可包括为铝、镓、铟中的一个或多个III族原子，以及包括为磷、砷、锑、铋中的一个或多个V族原子。所述III-V族材料可以包括选自包含InGaAsP、AlGaAs、AlGaAsP、GaAs、GaAsP、AlAs、InGaP、InGaAs、AlInGaAs、AlInGaP的组的材料。所述IV族层可以包括介于所述硅层和所述III-V族半导体层之间的外延IV族半导体层。所述III-V族半导体层可以包括介于所述硅层和所述IV族半导体层之间的外延III-V族半导体层。所述IV族半导体层可以包括衬底层和生长于所述衬底层上的外延层。优选地，所述硅层的厚度小于或等于7.5埃，或者所述硅层为小于或等于3原子层。所述硅层为小于或等于1个原子层，或者所述硅层小于1个原子层。与所述界面毗邻的所述III-V族半导体层的掺杂浓度可以为大于1×1017个原子/立方厘米，或者大于1×1018个原子/立方厘米，或介于1×1018个原子/立方厘米和5×1018个原子/立方厘米之间。所述IV族半导体层中的所述n型V族掺杂区域的V族原子的掺杂浓度可以为大于1×1017个原子/立方厘米，或者大于1×1018个原子/立方厘米，或者大于6×1018个原子/立方厘米。所述IV族层的非V族原子掺杂的掺杂浓度可以是小于4×1018个原子/立方厘米，或者介于5×1016个原子/立方厘米和2×1018个原子/立方厘米之间，或者介于1×1017个原子/立方厘米和1×1018个原子/立方厘米。所述半导体材料可以包括具有与所述IV族半导体层相接的界面的第二III-V族半导体材料层，所述界面位于所述IV族层与所述第一III-V族层相接的界面的相对侧，以及可以包括位于所述第二III-V半导体层和所述IV族层之间的所述界面的第二硅层。本专利技术还提供了一种光伏器件，所述光伏器件包含光吸收元件，所述光吸收元件包括本专利技术的半导体材料。所述光伏器件可包括多个光吸收元件，一个或更多所述光吸收元件包括本专利技术的半导体材料。所述多个元件中的一个元件的带隙与所述多个元件中的另一个元件的带隙不同。所述光吸收元件可以是光吸收p-n结二极管。所述光伏器件可以是太阳能电池。本专利技术还提供了一种制备半导体材料的方法，包括：提供IV族半导体材料层，所述材料不为硅，提供由至少一种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，其与所述第IV族半导体层相接于一界面，提供硅层，其或者位于所述III-V族半导体层之间的所述界面，或者位于所述IV族半导体层或所述III-V族半导体层中，且与所述界面隔开，扩散所述III-V族材料层的V族原子并越过所述硅层以与所述IV族材料掺杂，以便在与所述界面毗邻的所述IV族半导体层中形成n型V族掺杂区域。所述V族原子的扩散可在所述IV族层中形成p-n结。所述V族原子可以扩散进入所述IV族层的已经为n型的区域中，以形成具有高浓度n型掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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，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，所述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。

【技术特征摘要】
2011.08.29 US 61/5286501.一种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，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，所述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。2.如权利要求1所述的多结光伏器件，其特征在于，还包括砷化镓材料元件。3.如权利要求1或2所述的多结光伏器件，其特征在于，还包括与砷化镓晶格匹配的磷化铟镓材料元件。4.如权利要求1-3任一项所述的多结光伏器件，其特征在于，还包括与砷化镓晶格匹配的铝砷化镓材料元件。5.如权利要求1-4任一项所述的多结光伏器件，其特征在于，还包括与砷化镓晶格匹配的磷化铝铟镓材料元件。6.如权利要求1-5任一项所述的多结光伏器件，其特征在于包括砷化镓衬底，所述各元件的各半导体层位于所述衬底上并与所述衬底晶格匹配。7.如权利要求1-6任一项所述的多结光伏器件，其特征在于包括与砷化镓晶格匹配的衬底，所述各半导体层位于所述衬底上并与所述衬底晶格匹配。8.如权利要求1-7任一项所述的多结光伏器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·约翰逊，安德鲁·威廉·尼尔森，罗伯特·卡梅伦·哈伯，
申请(专利权)人：IQE公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB