化合物-半导体光伏电池及化合物-半导体光伏电池的制造方法技术

一种化合物‑半导体光伏电池包括由晶格匹配于GaAs或Ge的第一化合物‑半导体材料制成的第一光电转换电池；第一隧道结层，其布置在光入射方向上比第一光电转换电池更远的深侧上，并包括第一p‑型(Al

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】化合物-半导体光伏电池及化合物-半导体光伏电池的制造方法
本公开内容在此通常涉及化合物-半导体光伏电池和化合物-半导体光伏电池的制造方法。
技术介绍
传统地，已经存在化合物-半导体光伏电池，每个包括锗(Ge)基板，布置在该基板上的底部电池以及第一杂质限制层，其布置在底部电池的上部部分中并包括具有晶格匹配于基板的构成y的第一导电类型铝铟磷化物(AlyIn1-yP)层。光伏电池进一步包括第一高杂质密度层，其布置在第一杂质限制层上并包括具有晶格匹配于基板的构成x的第一导电类型铟镓磷化物(InxGa1-xP)层，以及第二高杂质密度层，其具有构成x并包括布置在第一高杂质密度层以便与第一高杂质密度层形成隧道结的第二导电类型InxGa1-xP层。第二导电类型是与第一导电类型相反的导电类型。光伏电池进一步包括第二杂质限制层，其布置在第二高杂质密度层并包括具有构成y的第二导电类型铝镓磷化物(AlyGa1-yP)层，以及布置在第二杂质层上的顶部电池(参见，例如，专利文献1)。此外，已经存在三-结光伏电池，其中用于相应的电池的带隙被设定为1.9eV/1.42eV/1.0eV(参见，例如，非专利文献1)。非专利文献2公开了一种基于低带隙吸收体材料InGaAsP(1.03eV)和InGaAs(0.73eV)的低带隙串联太阳电池。此外，非专利文献2公开了使用时间分辨的光致发光测量来评估低带隙吸收体材料的使用寿命。引用文献列表专利文献专利文献1日本公布的专利申请号2001-102608非专利文献非专利文献1Proceedingsofthe29stIEEEPhotovoltaicSpecialistsConference(2010)pp.412-417非专利文献2Non-PatentDocument2:Proceedingsofthe28thIEEEPhotovoltaicSpecialistsConference(2009)pp.1090-1093
技术实现思路
技术问题专利文献1描述了在传统的双-结型光伏电池中的p+-GaInP(镓铟磷化物)层和n+-GaInP层之间的隧道结。该隧道结是均质结。因为在均质结中的p-型层的价带和n-型层的导带之间的能量差大于在II型的异质结中的p-型层的价带和n-型层的导带之间的能量差，在专利文献1中公开的隧道结的效率的提高是不够的。此外，在非专利文献1中的GaInP子光伏电池和GaInAs(镓铟砷化物)子光伏电池之间，p+-AlGaAs(铝镓砷化物)层和n+-GaInP层之间的隧道结得以形成。然而，p+-AlGaAs层和n+-GaInP层的细节没有被描述，以及包括隧道结的效率的提高没有被实施。非专利文献2没有描述通过使用晶格常数实现带隙的组合。如上所述的，对于化合物半导体的传统的光伏电池的效率的提高还没有被足够地实施。鉴于以上主题，本专利技术的至少一个实施例的大体目的是要提供一种化合物-半导体光伏电池以及化合物-半导体光伏电池的制造方法，其效率被提高。解决技术问题的技术方案根据本专利技术的一方面，化合物-半导体光伏电池包括第一光电转换电池，其由晶格匹配于砷化镓(GaAs)或锗(Ge)的第一化合物-半导体材料制成；第一隧道结层，其布置在光入射方向上比第一光电转换电池更远的深侧上，并包括第一正型(p-型)铝镓铟砷化物((Alx1Ga1-x1)y1In1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1))层和第一负型(n-型)铝镓铟磷化物((Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1))层；以及第二光电转换电池，其布置在光入射方向上比第一隧道结层更远的深侧上，并且由基于GaAs的半导体材料的第二化合物-半导体材料制成。第一光电转换电池和第二光电转换电池经由第一隧道结层被结合。第一n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层的晶格常数大于第一光电转换电池的晶格常数。根据本专利技术的另一个方面，一种化合物-半导体光伏电池的制造方法，该化合物-半导体光伏电池具有由第一化合物-半导体材料制成的第一光电转换电池和由第二化合物-半导体材料制成的第二光电转换电池，包括层叠第二光电转换电池在化合物-半导体基板上的步骤；层叠隧道结层在第二光电转换电池上的步骤，隧道结层包括p-型(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1)层和n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1)层；以及层叠第一光电转换电池在隧道结层上的步骤。第一化合物-半导体材料是晶格匹配于砷化镓或锗的化合物-半导体材料。第二化合物-半导体材料是基于GaAs的化合物-半导体材料。n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层的晶格常数大于第一光电转换电池的晶格常数。根据本专利技术的又一个方面，一种化合物半导体光伏电池的制造方法包括在第一化合物-半导体基板上层叠第一光电转换电池的步骤，第一光电转换电池由晶格匹配于砷化镓或锗的第一化合物-半导体材料制成；在第一光电转换电池上层叠第一隧道结层的步骤，所述第一隧道结层包括第一p-型(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1)层和第一n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1)层；以及在第一隧道结层上层叠第二光电转换电池的步骤，第二光电转换电池由基于GaAs的半导体材料的第二化合物-半导体材料制成；在第二光电转换电池上层叠第一结层的步骤，该第一结层由第三化合物-半导体材料制成；在第二化合物-半导体基板上层叠一个或更多个第三光电转换电池的步骤，每个第三光电转换电池都由第四化合物-半导体材料制成；在一个或更多个第三光电转换电池上层叠第二结层的步骤，第二结层由第五化合物-半导体材料制成；将与连接到第二光电转换电池的表面相反的第一结层的表面和与连接到第三光电转换电池的表面相反的第二结层的表面结合的步骤；以及移除第一化合物-半导体基板的步骤。第一n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层的晶格常数大于第一光电转换电池的晶格常数。本专利技术的有益效果根据本专利技术的实施例，提供一种化合物-半导体光伏电池以及一种具有提高的效率的化合物-半导体光伏电池的制造方法。附图说明图1是示出根据第一实施例的化合物-半导体光伏电池100的示例的截面示意图；图2A是示出p-型晶格匹配(Al)GaInP和n-型晶格匹配(Al)GaInP的材料它们自己的相对能量级之间的关系的示例的示意图；图2B是示出p-型AlGaAs和n-型晶格匹配(Al)GaInP的材料它们自己的相对能量级之间的关系的示例的示意图；图2C是示出p-型晶格匹配(Al)GaInP和具有压缩应变的n-型(Al)GaInP的材料它们自己的相对能量级之间的关系的示例的示意图；图2D是示出p-型AlGaAs和具有压缩应变的n-型(Al)GaInP的材料它们自己的相对能量级之间的关系的示例的示意图；图3是示出根据第二实施例的化合物-半导体光伏电池200的示例的截面示意图；图4是示出根据第三实施例的化合物-半导体光伏电池300的示例的截面示意图；图5A是示出根据第三实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物‑半导体光伏电池，包括：第一光电转换电池，该第一光电转换电池由晶格匹配于砷化镓(GaAs)或锗(Ge)的第一化合物‑半导体材料制成；第一隧道结层，该第一隧道结层被布置在光入射方向上比所述第一光电转换电池更远的深侧上并包括第一正型(p‑型)铝镓铟砷化物((Al

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.11 JP 2014-142826;2015.06.17 JP 2015-122271.一种化合物-半导体光伏电池，包括：第一光电转换电池，该第一光电转换电池由晶格匹配于砷化镓(GaAs)或锗(Ge)的第一化合物-半导体材料制成；第一隧道结层，该第一隧道结层被布置在光入射方向上比所述第一光电转换电池更远的深侧上并包括第一正型(p-型)铝镓铟砷化物((Alx1Ga1-x1)y1In1-y1As(0≦x1<1,0<y1≦1))层以及第一负型(n-型)铝镓铟磷化物((Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P(0≦x2<1,0<y2<1))层；以及第二光电转换电池，该第二光电转换电池被布置在光入射方向上比第一隧道结层更远的深侧上，并且由基于GaAs的半导体材料的第二化合物-半导体材料制成，其中第一光电转换电池和第二光电转换电池经由第一隧道结层被结合，以及第一n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层的晶格常数大于第一光电转换电池的晶格常数。2.如权利要求1中所述的化合物-半导体光伏电池，其中第一光电转换电池的第一化合物-半导体材料是铝镓铟磷化物((Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P(0≦x3<1,0<y3<1))。3.如权利要求1或2所述的化合物-半导体光伏电池，其中第一光电转换电池带隙大于1.9eV(电子伏特)。4.如权利要求1到3中的任一项所述的化合物-半导体光伏电池，其中第一隧道结层进一步包括第二n-型铝镓铟磷化物((Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P)层，其形成在第一n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层的第二光电转换电池的侧面上并且晶格匹配于砷化镓或锗。5.如权利要求4所述的化合物-半导体光伏电池，其中第二n-型(Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P层的铝(Al)的构成大于第一n-型(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层的Al的构成。6.如权利要求4所述的化合物-半导体光伏电池，其中第一n-型((Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P层是不包括Al的n-型镓铟磷化物(GaInP)层。7.如权利要求1-6中的任一项所述的化合物-半导体光伏电池，其中第一隧道结层进一步包括第二p-型铝镓铟砷化物((Alx5Ga1-x5)y5In1-y5As(0<x5<1,0<y5≦1))层，其形成在第一p-型(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1As层的第一光电转换电池的侧面上，以及其中第二p-型(Alx5Ga1-x5)y5In1-y5As层的铝(Al)的构成大于第一p-型(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1A层的铝的构成。8.如权利要求1到7中的任一项所述的化合物-半导体光伏电池，进一步包括：第一结层，该第一结层由第三化合物-半导体材料制成并且形成在光入射方向上的第二光电转换电池的深侧上；化合物-半导体基板；一个或更多个第三光电转换电池，每个都由第四化合物-半导体材料制成并层叠在化合物-半导体基板上；以及第二结层，该第二结层由第五化合物-半导体材料制成并且被层叠在一个或更多个第三光电转换电池上，其中与连接到第二光电转换电池的表面相反的第一结层的表面和与连接到第三光电转换电池的表面相反的第二结层的表面被结合。9.如权利要求1-7中的任一项所述的化合物-半导体光伏电池，进一步包括：第二隧道结层，该第二隧道结层被布置在光入射方向上比第二光电转换电池更远的深侧上并且包括第二p-型(Alx6Ga1-x6)y6In1-y6As(0≦x6<1,0<y6≦1)...

【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