多结太阳能电池、光电转换元件和化合物半导体层叠层结构体制造技术

本发明专利技术涉及多结太阳能电池、光电转换元件和化合物半导体层叠层结构体。提供具备子电池的多结太阳能电池，该子电池基底与晶格匹配、具有期望的带隙。本发明专利技术多结太阳能电池是多个子电池(11)，(12)，(13)，(14)叠层而成，子电池由第1化合物半导体层和第2化合物半导体层叠层而成，至少一个特定子电池(11)由第1层(11A1，11A2)和第2层(11C)构成，第1层(11A1，11A2)由第1-A层(11AA)和第1-B层(11AB)叠层而成，第2层11C由第2-A层(11CA)和第2-B层(11CB)叠层而成，基于特定子电池11的带隙值确定第1-A层(11AA)和第2-A层(11CA)的组成-A，基于基底晶格常数和组成-A的晶格常数之差确定第1-B层(11AB)和第2-B层(11CB)的组成-B，基于基底晶格常数与组成-B的晶格常数之差、第1-A层(11AA)厚度和第2-A层(11CA)厚度确定第1-B层(11AB)和第2-B层(11CB)厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用了化合物半导体的多结(也称作串联型、堆叠型、叠层型)太阳能电池、光电转换元件和化合物半导体层叠层结构体。
技术介绍
由2种以上的元素构成的化合物半导体，由于元素的组合而存在较多种类。此外，通过将包含多个不同材料的化合物半导体层叠层，可以实现具有多种多样功能和物性的化合物半导体器件，作为其一个实例，可以列举太阳能电池。在此，作为太阳能电池，可以列举使用硅作为半导体的硅类太阳能电池、使用化合物半导体的化合物半导体太阳能电池、使用有机材料的有机类太阳能电池等，其中，对于化合物半导体太阳能电池而言，正在以能量转换效率的进一步提高为目标而实施开发。 作为提高化合物半导体太阳能电池的能量转换效率的方法，存在以下方法将包含多个化合物半导体层的薄膜太阳能电池构成的多个子电池叠层，形成多结太阳能电池的方法；探索将构成化合物半导体层的化合物半导体材料有效地进行组合的方法。GaAs和InP等化合物半导体，分别具有固有的带隙，由于其带隙不同，因而吸收的光波长也不同。因此，通过叠层多种子电池，可以提高具有较宽波长范围的太阳光的吸收效率。在进行叠层时，构成各子电池的化合物半导体的晶体结构的晶格常数以及物性值(例如带隙)的组合是非常重要的。然而，目前所研究的大部分多结太阳能电池，可以分类如下使包含晶格常数几乎一致的化合物半导体的化合物半导体层叠层而成的晶格匹配系，以及利用伴随位错的变形异质(metamorphic)生长，使包含具有不同晶格常数的化合物半导体的化合物半导体层叠层而成的晶格失配系。然而，在变形异质生长法中，由于必然会伴随有不希望的晶格失配，因此，存在化合物半导体的品质显著降低的问题。针对这些问题，近年来提出了在化合物半导体层的接合中利用了基板贴合技术的多结太阳能电池的制造方法，已有报道的是具有1% 48Ga0 52P/GaAs/InGaAsP/In。. 53GaQ. 47As结构的四结太阳能电池。所述基板贴合技术，是指在相接合的化合物半导体层之间形成同质结或者异质结的技术，可以分类如下例如，将不同化合物半导体层直接进行贴合的直接贴合方式(例如，参考非专利文献1: Wafer Bonding and Layer Transfer Processes for HighEfficiency Solar Cells , NCPV and Solar Program Review Meeting 2003),以及隔着连接层进行接合的方式。基板贴合技术具有不会伴随穿透位错的增加这一优点。穿透位错的存在，会对化合物半导体层的电子性能带来不利影响，即，穿透位错与掺杂剂、再结合中心相同，会在化合物半导体层中提供容易扩散的通路，从而成为减少化合物半导体层的载流子密度的原因。此外，在基板贴合技术中，可以解决晶格失配的问题，并进一步地回避晶格失配造成的外延生长困难，因此，可以大幅度降低使电池性能降低的穿透位错密度。在所述基板贴合技术中，在不同物质的界面之间，即异质界面上形成共价键，然而，此时，在热波动不超过穿透位错运动时所需的动态阈值的温度下，进行基板接合步骤是很重要的。通过直接贴合方式进行接合时，进行原子力范围的半导体-半导体接合。因此，接合部的透明性、热传导率、耐热性和可靠性，比使用金属糊料、玻璃原料(玻璃料)进行接合时更优异。所述直接贴合方式，可以达到与由单结元件构成的太阳能电池等同的容易程度，具体而言，可以仅通过叠层的各化合物半导体层的合金化，即可实现一体型或2端子的化合物半导体器件向模块的集成。·现有技术文献非专利文献非专利文献IWafer Bonding and Layer Transfer Processes for HighEfficiency Solar Cells, NCPV and Solar Program Review Meeting 200
技术实现思路
专利技术要解决的问题因此，为了提高太阳光的利用效率，需要在较宽范围吸收太阳光光谱。太阳光光谱的最大波长为2. 5μ m。另一方面，例如在上述非专利文献I中，最下层由带隙0. 72eV的InGaAs层构成，所述InGaAs层仅吸收波长约1.7μπι的太阳光。为了在较宽范围吸收太阳光光谱，需要由具有更低带隙值的化合物半导体层构成子电池。然而，据本专利技术人调查发现，边将用于形成这样的子电池的基底(例如，成膜用基板)的晶格常数和构成子电池的化合物半导体的晶格常数整合为一体，边制备包含具有所期望的带隙的化合物半导体的子电池的技术尚不存在。因此，本专利技术的目的在于提供多结太阳能电池、或者具备化合物半导体层的光电转换元件、化合物半导体层叠层结构体，所述多结太阳能电池具备包含化合物半导体的子电池，该化合物半导体与构成基底的材料整体晶格匹配，并且具有所期望的带隙。解决问题的方法实现上述目的的本专利技术的多结太阳能电池叠层有多个子电池，且光由位于最上层的子电池起入射至位于最下层的子电池，从而在各子电池中发电，各子电池由具有第I导电型的第I化合物半导体层以及具有不同于第I导电型的第2导电型的第2化合物半导体层叠层而成，且在多个子电池中的至少一个特定的子电池中，第I化合物半导体层包含至少一个第I化合物半导体层叠层单元，该第I化合物半导体层叠层单元由第1-A化合物半导体层以及第1-B化合物半导体层叠层而成，第2化合物半导体层包含至少一个第2化合物半导体层叠层单元，该第2化合物半导体层叠层单元由第2-Α化合物半导体层以及第2-Β化合物半导体层叠层而成，构成第1-A化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2-Α化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成-Α，构成第1-B化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2-Β化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成-B，基于特定的子电池的带隙值，来确定化合物半导体组成-Α，基于形成第I化合物半导体层和第2化合物半导体层时基底的基底晶格常数与化合物半导体组成-A的晶格常数之差，来确定化合物半导体组成-B，基于基底晶格常数和化合物半导体组成-B的晶格常数之差以及第1-A化合物半导体层的厚度，来确定第1-B化合物半导体层的厚度，基于基底晶格常数和化合物半导体组成-B的晶格常数之差以及第2-A化合物半导体层的厚度，来确定第2-B化合物半导体层的厚度，第1-A化合物半导体层和第2-A化合物半导体层的厚度小于化合物半导体组成-A的临界膜厚，是不产生量子效应的厚度， 第1-B化合物半导体层和第2-B化合物半导体层的厚度小于化合物半导体组成-B的临界膜厚，是不产生量子效应的厚度。实现上述目的的本专利技术的光电转换元件由具有第I导电型的第I化合物半导体层和具有不同于第I导电型的第2导电型的第2化合物半导体层叠层而成，第I化合物半导体层包含至少一个第I化合物半导体层叠层单元，该第I化合物半导体层叠层单元由第1-A化合物半导体层以及第1-B化合物半导体层叠层而成，第2化合物半导体层包含至少一个第2化合物半导体层叠层单元，该第2化合物半导体层叠层单元由第2-A化合物半导体层以及第2-B化合物半导体层叠层而成，构成第1-A化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2-A化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成-A，构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多结太阳能电池，其叠层有多个子电池，且光由位于最上层的子电池起入射至位于最下层的子电池，从而在各子电池中发电，其中，各子电池由具有第1导电型的第1化合物半导体层以及具有第2导电型的第2化合物半导体层叠层而成，在多个子电池中的至少一个特定的子电池中，第1化合物半导体层包含至少一个第1化合物半导体层叠层单元，该第1化合物半导体层叠层单元由具有第1导电型的第1?A化合物半导体层以及具有第2导电型的第1?B化合物半导体层叠层而成，第2化合物半导体层包含至少一个第2化合物半导体层叠层单元，该第2化合物半导体层叠层单元由具有不同于第1导电型的第2导电型的第2?A化合物半导体层以及具有第2导电型的第2?B化合物半导体层叠层而成，构成第1?A化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2?A化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成?A，构成第1?B化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2?B化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成?B，基于特定的子电池的带隙值，来确定化合物半导体组成?A，基于形成第1化合物半导体层和第2化合物半导体层时基底的基底晶格常数与化合物半导体组成?A的晶格常数之差，来确定化合物半导体组成?B，基于基底晶格常数和化合物半导体组成?B的晶格常数之差以及第1?A化合物半导体层的厚度，来确定第1?B化合物半导体层的厚度，基于基底晶格常数和化合物半导体组成?B的晶格常数之差以及第2?A化合物半导体层的厚度，来确定第2?B化合物半导体层的厚度，第1?A化合物半导体层和第2?A化合物半导体层的厚度小于化合物半导体组成?A的临界膜厚，是不产生量子效应的厚度，第1?B化合物半导体层和第2?B化合物半导体层的厚度小于化合物半导体组成?B的临界膜厚，是不产生量子效应的厚度。...

【技术特征摘要】
1.一种多结太阳能电池，其叠层有多个子电池，且光由位于最上层的子电池起入射至位于最下层的子电池，从而在各子电池中发电，其中，各子电池由具有第I导电型的第I化合物半导体层以及具有第2导电型的第2化合物半导体层叠层而成，在多个子电池中的至少一个特定的子电池中，第I化合物半导体层包含至少一个第I化合物半导体层叠层单元，该第I化合物半导体层叠层单元由具有第I导电型的第1-A化合物半导体层以及具有第2导电型的第1-B化合物半导体层叠层而成，第2化合物半导体层包含至少一个第2化合物半导体层叠层单元，该第2化合物半导体层叠层单元由具有不同于第I导电型的第2导电型的第2-A化合物半导体层以及具有第2导电型的第2-B化合物半导体层叠层而成，构成第1-A化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2-A化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成-A，构成第1-B化合物半导体层的化合物半导体组成和构成第2-B化合物半导体层的化合物半导体组成，是相同的化合物半导体组成-B，基于特定的子电池的带隙值，来确定化合物半导体组成-A，基于形成第I化合物半导体层和第2化合物半导体层时基底的基底晶格常数与化合物半导体组成-A的晶格常数之差，来确定化合物半导体组成-B，基于基底晶格常数和化合物半导体组成-B的晶格常数之差以及第1-A化合物半导体层的厚度，来确定第1-B化合物半导体层的厚度，基于基底晶格常数和化合物半导体组成-B的晶格常数之差以及第2-A化合物半导体层的厚度，来确定第2-B化合物半导体层的厚度，第1-A化合物半导体层和第2-A化合物半导体层的厚度小于化合物半导体组成-A的临界膜厚，是不产生量子效应的厚度，第1-B化合物半导体层和第2-B化合物半导体层的厚度小于化合物半导体组成-B的临界膜厚，是不产生量子效应的厚度。2.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其中，特定的子电池位于最下层。3.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其中，构成化合物半导体组成-A的原子群和构成化合物半导体组成-B的原子群相同。4.根据权利要求3所述的多结太阳能电池，其中，构成化合物半导体组成-A的原子群的原子百分率和构成化合物半导体组成-B的原子群的原子百分率不同。5.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其中，特定的子电池的带隙值为O.45eV .O.75eV。6.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其中，化合物半导体组成-B的带隙值大于化合物半导体组成-A的带隙值。7.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其中，将化合物半导体组成-A的晶格常数设定为LCa，将化合物半导体组成-B的晶格常数设定为LCb，将基底晶格常数设定为LCtl时，其满足下述关系(LCa-LC0) /LC0 ≤ 1Χ1(Γ3O. 25 ( I (LCb-LC0)/(LCa-LC0) | 彡 4. O。8.根据权利要求7所述的多结太阳能电池，其中，LCa-LC0 > OLCb-LC0 < O。9.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其中，将化合物半导体组成-A的晶格常数设定为LCa，将化合物半导体组成-...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田浩，池田昌夫，内田史朗，丹下贵志，仓本大，有持佑之，杨辉，陆书龙，郑新和，
申请(专利权)人：索尼公司，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：