化合物半导体光伏电池和其制造方法技术

化合物半导体光伏电池包括：化合物半导体基底；一个或多个第一光电转换单元，其沉积在所述化合物半导体基底上；结合层，其沉积在所述一个或多个第一光电转换单元上；和一个或多个第二光电转换单元，其经由所述结合层结合至所述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上。进一步地，第一和第二光电转换单元的带隙随着所述第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，以及当存在一个第二光电转换单元时，所述结合层的带隙大于或等于所述第二光电转换单元的带隙。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及化合物半导体光伏电池和制造所述化合物半导体光伏电池的方法。
技术介绍
化合物半导体根据材料组成而具有不同水平的带隙（能带间隙，bandgap)能量 和晶格常数。因此，制造了多结光伏电池，通过其将太阳光的波长范围在多个光伏电池之间 分配，使得能量转换效率提高。 目前，多结光伏电池的典型实例为S结光伏电池（1.88eV/1.40eV/0.67eV)，其包 括设置在具有与神化嫁（GaAs)的晶格常数基本上相同的晶格常数的错（Ge)基底上的使用 晶格匹配材料的Ge单元（cell)/Ga(In)As单元/GaInP单元。 由化合物半导体制成的光伏电池的效率为娃（Si)光伏电池的效率的约两倍高。 然而，由化合物半导体制成的光伏电池具有高成本的基底或者小尺寸的基底，并且因此明 显比娃光伏电池昂贵。因此，由化合物半导体制成的光伏电池被用于特殊用途，主要用于在 例如空间卫星中的空间用途。 此外，近来，已经通过将由塑料制成的廉价的聚光透镜和由化合物半导体制成的 小的光伏电池单元组合而形成聚光式光伏电池。因此，与在不使用聚光透镜的情况下形成 的典型的平板光伏电池相比，昂贵的化合物半导体的使用量减少。运样的聚光式光伏电池 能够W较低的成本制造并且除了如W上描述的特殊用途之外，作为用于一般用途的光伏电 池也是实用的。 然而，光伏电池的发电成本仍然保持为高的，并且因此进一步降低成本势在必行。 因此，正进行研究来提高能量转换效率和降低制造成本。 然而，从电流平衡的观点来看，使用Ge基底的现在主要使用的晶格匹配型=结光 伏电池的带隙平衡不是最佳的。期望提高其构造中的底部单元的带隙。 W08]作为用于获得较高效率的实例构造，存在其中单元的带隙被设定为 1. 9eV/l. 42eV/l.OeV的S结光伏电池（例如，非专利文献1)。 作为具有1. 9eV和1. 42eV带隙的单元的材料，分别使用与GaAs基底晶格匹配的 GaInP和GaAs。另一方面，作为具有1.OeV带隙的单元的材料，使用不与GaAs基底晶格匹 配且引起约2%的晶格失配量的GaInAs单元。为了实现该结构，使晶体在与常见光伏电池 的晶体生长方向相反的方向上生长。 具体而言，在GaAs基底上顺序生长GaInP单元和GaAs单元。接着，经由用于改变 晶格常数差的晶格弛豫缓冲层生长GaInAs单元。然后，将表面粘附至支持基底。最后，通 过除去GaAs基底，制得S结光伏电池。光在具有较大带隙的GaInP单元侧入射。 进一步地，存在机械堆叠型光伏电池，其中具有GaAs顶部单元的GaAs基底沉积在 具有GaInAsP底部单元的InP基底上（例如，专利文献1)。所述单元在光接收区域中不是 彼此直接地物理连接的，而是所述单元彼此机械地连接，使得所述单元经由间隙光学地连 接。 进一步地，存在使用导电纳米粒子阵列的基于直接结合的光伏电池（参见，例如， 非专利文献2)，其中基于范德瓦尔斯（Van-der-Waals，VDW)方法将其上形成有光伏电池的 GaAs基底和InP基底经由钮（Pd)纳米粒子阵列连接，使得电流经由纳米粒子与半导体之间 的欧姆接触流动。 进一步地，存在通过将其上形成有GaInP顶部单元的GaAs基底和其上形成有 GaInAs底部单元的InP基底直接结合而形成的光伏电池（参见，例如，专利文献2)。 进一步地，存在通过将其上形成有GaAs单元的GaAs基底的表面和其上形成有 GaInAs底部单元的InP基底的表面直接结合而形成的光伏电池（非专利文献3)。如下变为 可能的：在GaAs基底上使用晶格匹配材料容易地形成处于短波长区域中的单元，且在InP 基底上使用晶格匹配材料容易地形成处于长波长区域中的单元。
技术实现思路
阳〇1引技术问题 然而，非专利文献1中公开的S结光伏电池具有包括在GaAs单元和GaInAs单元 之间的晶格弛豫缓冲层的结构，其中缺陷（位错）由于晶格弛豫而集中。运样的包括缺陷 的层变成在吸收太阳光和从电极取得产生的载流子之前再结合的原因。结果，变得难W获 得高的效率。 进一步地，缺陷可在操作期间增加，且从而使效率随时间而劣化。因此，难W制造 具有高的可靠性的光伏电池。[001引进一步地，在专利文献1中公开的光伏电池中，在光接收区域中，从具有GaAs单元 的GaAs基底透射的长波长光入射到形成于InP基底上的GaInAsP单元上。 在运样的结构中，在GaInAsP单元的光入射侧上形成具有比GaAs所具有的小的带 隙的InP窗口层。因此，在光入射到所述GaInAsP单元上之前，所述光的一部分被InP窗口 层吸收。运样的InP窗口层可变成效率劣化的原因。 进一步地，在非专利文献2公开的光伏电池中，透射通过GaInPAs单元（1.8eV)的 长波长光入射到GaInPAs单元（1. 15eV)上。然而，在所述GaInPAs单元（1. 15eV)的光入 射侧上，在所述GaInPAs单元（1.8eV)之下经由Pd层形成具有比GaInPAs单元的吸收层小 的带隙的InP结合层。 由于运种结构，在光入射到GaInPAs单元（1. 15eV)上之前，所述光的一部分被InP 结合层吸收。所述InP结合层具有作为结合层的作用和作为窗口层的作用。然而，由于比 GaInPAs单元的吸收层（1.8eV)小的带隙，运样的InP窗口层变成光伏电池的效率劣化的原 因。 进一步地，在非专利文献3中公开的相关技术中，透射通过GaAs单元的长波长光 入射到GaInPAs单元上。然而，在GaInAs单元的光入射侧上形成具有比GaAs小的带隙的 InP结合层作为直接连接GaAs外延基底的结合层。由于所述InP结合层，在光入射到所述 GaInAs单元上之前，所述光的一部分被所述InP结合层吸收。运样的InP结合层是光伏电 池的效率劣化的原因。[002引进一步地，在非专利文献2中公开的相关技术中，透射通过GaInP单元的长波长光 入射到GaInAs单元上。然而，在所述GaInAs单元的光入射侧上形成具有比GaInP小的带 隙的InP结合层作为直接连接GaAs外延基底的结合层。由于所述InP结合层，在光入射到 所述GaInAs单元上之前，所述光的一部分被所述InP结合层吸收。运样的InP窗口层是光 伏电池的效率劣化的原因。 如W上描述的，在相关技术的化合物半导体光伏电池中，效率未得W充分地改善。本专利技术是鉴于所述问题做出的，且可提供具有较高效率的化合物半导体光伏电池 和所述化合物半导体光伏电池的制造方法。 解决问题的手段 根据实施方式，化合物半导体光伏电池包括化合物半导体基底；一个或多个第一 光电转换单元，其由第一化合物半导体材料形成且沉积在所述化合物半导体基底上；结合 层，其由第二化合物半导体材料形成且沉积在所述一个或多个第一光电转换单元上；和一 个或多个第二光电转换单元，其由第=化合物半导体材料形成，经由所述结合层结合至所 述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方 向上的光入射侧上。 进一步地，所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单 元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧（后侧，内侧，本文档来自技高网...

【技术保护点】
化合物半导体光伏电池，其包括：化合物半导体基底；一个或多个第一光电转换单元，其由第一化合物半导体材料形成且沉积在所述化合物半导体基底上；结合层，其由第二化合物半导体材料形成且沉积在所述一个或多个第一光电转换单元上；和一个或多个第二光电转换单元，其由第三化合物半导体材料形成，经由所述结合层结合至所述一个或多个第一光电转换单元，且设置在所述一个或多个第一光电转换单元在光入射方向上的光入射侧上，其中所述一个或多个第一光电转换单元和所述一个或多个第二光电转换单元的带隙随着第一和第二光电转换单元在光入射方向上从光入射侧向背侧接近而降低，以及其中，当所述一个或多个第二光电转换单元的数量为一个时，所述结合层的带隙大于或等于所述一个第二光电转换单元的带隙，且当所述一个或多个第二光电转换单元的数量大于一个时，所述结合层的带隙大于或等于所述第二光电转换单元的至少一个的带隙。

【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：佐藤俊一，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP