具有基于稀释氮化物的子电池的晶格匹配的太阳能电池具有指数掺杂以控制太阳能电池的载流容量。具体地，公开了具有至少一个稀释氮化物子电池的太阳能电池，该至少一个稀释氮化物子电池具有可变掺杂的基极或射极。在一个实施方式中，晶格匹配的多结太阳能电池具有上部子电池、中间子电池和下部稀释氮化物子电池，该下部稀释氮化物子电池在基极和/或射极中具有至少部分指数掺杂以改善太阳能电池性能特性的掺杂。相比之下，稀释氮化物子电池可具有最小的带隙并且与基底晶格匹配，中间电池通常具有比稀释氮化物子电池更大的带隙，同时还与稀释氮化物子电池晶格匹配。上部子电池通常具有最大带隙并且与相邻子电池晶格匹配。
Multi junction solar cell comprising a dilute nitride sub cell with graded doping
A lattice matched solar cell with a dilute nitride based sub cell has exponential doping to control the current carrying capacity of a solar cell. In particular, a solar cell having at least one dilute nitride sub battery is disclosed. In one embodiment, a multi junction solar cell lattice matched with upper battery, middle and lower sub cell dilute nitride sub cell, the lower sub cell has at least part of dilute nitride doping in the base index and / or emitter in order to improve the solar cell performance characteristics of doping. In contrast, battery can dilute nitride has the minimum band gap and substrate lattice matching, the middle cell usually has a band gap larger than dilute nitride batteries, but also match with the dilute nitride sub cell lattice. Kobe Ko cell usually has the largest band gap and matches with the adjacent sub cell lattice.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含具有分级掺杂的稀释氮化物子电池的多结太阳能电池
技术介绍
本专利技术涉及太阳能电池设计，尤其涉及采用稀释氮化物的多结太阳能电池。最高太阳能电池效率已知由包括II1-V半导体合金的多结(MJ)太阳能电池产生。多结太阳能电池的较高效率使这些设备对于陆地集中光伏系统和被设计为在外太空中运转的天体系统来说具有吸引力。多结太阳能电池在等效于几百个太阳的浓度下已经达到了41.6%的效率。当前，最高效率的设备具有三个结并且与它们的结构晶格匹配或者包含不被晶格匹配的变质层。在其它因素相同的情况下，晶格匹配的系统是优选的，因为它们已经证明了可靠性并且与需要厚缓冲层来适应相邻材料的不同晶格常数的变质的太阳能电池相比几乎不需要半导体材料。稀释氮化物是一类具有小部分(例如，< 5原子百分比)氮化物的II1-V合金材料(具有来自周期表上的III族连同来自周期表上的V族一个或多个元素的合金)。这些合金对多结太阳能电池来说是感兴趣的，因为它们与感兴趣的基底(包括GaAs和Ge)晶格匹配。此外，对于稀释氮化物材料，可实现IeV的带隙，这对于集成至具有实质效率改善的多结太阳能电池来说是理想的。GaInNAs、GaNAsSb和GaInNAsSb是已经被研究作为对于多结太阳能电池可能有用的几种稀释氮化物材料(见，例如A.J.Ptak等人的Journal of Applied Physics(应用物理期刊)98 (2005) 094501 和 Yoon 等人的Photovoltaic Specialists Conference (PVSC)(光伏专家会议)，200934th IEEE, pp76-80, 7-12,6 月 2009 ;do1:10.1109/PVSC.2009.5411736)。此外，四结GalnP/GaAs/稀释氮化物/Ge太阳能电池结构的使用保持效率超过标准变质和晶格匹配的三结电池的效率的承诺，三结电池的效率当前是高效多结电池性能的基准。(Friedman 等人的 Progress in Photovoltaics:Research and Applications (光伏学的进展:研究和应用)10(2002)，331)。为了使该承诺实现，所需的是与具有接近IeV带隙的GaAs和Ge晶格匹配并且产生大于0.3V的开路电压以及足够电流以匹配多结太阳能电池中的(Al) InGaP和(In)GaAs的材料。应注意，用于陆地用途的多结太阳能电池被集成至集中的光伏系统内。这种系统采用由使太阳光集中至太阳能电池的盘状反射器或菲涅耳透镜构成的集中光学器件。集中器的光学器件可以使位于对稀释氮化物电池不利的具体波长区域中的光衰减。在稀释氮化物电池中生成更高电流因此至关重要，故由于集中器光学器件导致的任何损失都不影响多结太阳能电池的性能。在多结太阳能电池中，子电池中的每一个均以串联方式附接至另一个子电池，通常使用隧道结二极管来将单个子电池彼此连接。由于由整堆子电池生成的总电流必须穿过所有子电池，故对于整个堆叠来说，流过最少量电流的子电池将是电流限制性电池，并且通过相同的原则，该电池是效率限制性电池。因此，每个子电池与该堆叠中的其它子电池电流匹配以获得最佳效率是最重要的。这在将使用稀释氮化物子电池情况下特别重要，因为稀释氮化物半导体材料历史上曾受到少数载流子传输性质的困扰，该性质被证明当结合至更大太阳能电池中时是有害的。虽然稀释氮化物合金具有使它们适用于多结结构的其他性质，尤其是灵活性，通过该灵活性，稀释氮化物合金的带隙和晶格常数可以作为它们的设计的一部分而被微调，这些子电池的最小载流子寿命和扩散长度通常比传统多结太阳能电池中所使用的传统太阳能电池半导体诸如GaAs和InGaP更差，因此导致短路电流、开路电压或二者的损失。此夕卜，背面场和稀释氮化物子电池的基极之间的接触面可具有高表面复合速度，这可进一步减小子电池的短路电流和开路电压。作为这些问题的结果，稀释氮化物子电池中生成的光电流通常小于具有更多传统材料的情况。(D.B.Jackrel等人的Journal of AppliedPhysics (应用物理期刊)101(114916)2007)。太阳能电池中的掺杂物变化是已知的。见M.A.Green的Progress inPhotovoltaics:Research and Applications (光伏学的进展:研究和应用)17(2009)。第7，727，795号美国专利是在太阳能电池结构的部分中使用指数掺杂的太阳能电池设计的示例，明显针对在反向变质和晶格不匹配的结构中生长的多结太阳能电池。对稀释氧化物子电池的应用不被建议并且不是显而易见的，由于稀释氮化物的不规则特性。稀释氧化物是一种新材料，其常常展示出与传统半导体合金中所见的不同的行为。例如，与传统半导体相比，根据合金成分弯曲的带隙在稀释氮化物中十分不同(例如，Wu等人的Semicondutor Science and Technology (半导体科学和技术)17，860 (2002))。类似地，用于传统半导体诸如GaAs和InGaP的标准掺杂物和掺杂分布不产生比得上在稀释氮化物半导体中的特性。例如，在稀释氮化物中结合掺杂物具有反常行为。据Yu等人的论文报告，当稀释氮化物薄膜大量掺杂Si时，Si和N互相地钝化彼此的电子活度(Yu等人的App.Phys.Lett.83，2844(2003))。类似地，Janotti 等人(Phys.Rev.Lett.100，045505(2008))建议，虽然在母体化合物GaAs和GaN中掺杂η型和ρ型的物理现象被良好建立，但掺杂GaASl_xNx合金可导致全新的现象。他们还指出，对在高于800°C的温度下掺杂Si的稀释(In) GaAsN合金进行快速热退火能够导致电阻率的急剧增加。由于与掺杂分布和产出相关的不确定性，并且由于稀释氮化物的唯一性质，如何将文中教导的概念结合至采用部分受到受控掺杂的稀释氮化物元素的太阳能电池对本领域技术人员来说不是显而易见的。此外，由于掺杂稀释氮化物合金的困难性，该文献教导稀释氮化物合金当结合至太阳能电池结构中时不应被掺杂(即，应为固有的)，以增强电流收集(Ptak等人的J.Appl.Phys.98，094501(2005) ;Volz 等人的 J.Crys.Growth310, 2222(2008))。相反，该文献教导在稀释氮化物太阳能电池的基极中使用掺杂物导致性能降低。众所周知，如前所述，稀释氮化物电池被认为具有显著的缺点，使得将它们结合至多结太阳能电池将导致该太阳能电池的效率的大量损失，因此使稀释氮化物电池在商业上不如其他类型的材料具有吸引力。期望改善基于稀释氮化物的子电池中的电流收集，而不存在短路电流、开路电压或二者的伴随损失。
技术实现思路
根据本专利技术，具有基于稀释氮化物的子电池的晶格匹配的太阳能电池在稀释氮化物层的所有或部分中具有分级掺杂分布，分级掺杂分布被定义为掺杂物的浓度从层的顶部向底部增加或减小的掺杂分布，其中顶部和底部相对于太阳能电池在工作中的定向定义，顶部最靠近辐射源。具体地，公开了具有至少一个稀释氮化物子电池的太阳能电池，该至少一个稀释氮化物子电池的基极或射极具有分级掺杂。在一个实施方式中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：普拉诺·米萨，丽贝卡·伊丽莎白·琼斯艾伯特斯，刘楟，伊欧雅·富士曼，侯曼·伯纳德·禺恩，
申请(专利权)人：太阳结公司，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。