太阳能转换器和复合转换器制造技术

本发明专利技术描述了一种多节点、多光谱太阳能转换器以及它把太阳能转换为电能的生产方法，其由金刚石、砷化铝、碳化硅、磷化镓、磷镓化铟、砷化镓、锗、硅、砷镓化铟和砷化铟或任何对一个或多个太阳光谱区域的敏感的基片所加工，该转换器可包括一个到数千个由并行的太阳光束照亮的节点。作为优选的实施例，为获得高转换效率，相邻的节点通过导体层电性串联连接降低转换器中的串联电阻；若干个具有不同带隙的不同基片的转换器组装形成复合转换器，其具有多光谱、多节点转换功能，可转换从紫外线到红外线整个光谱的太阳能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用以把太阳能转化为电能的多接、多谱的转换设备和制造方法， 尤其是一种通过整个紫外线到包括超过95%的可变能量的红外线光谱用一系列数以千计 的连接节点把聚集光束转化为电能的设备和方法。
技术介绍
多节点、多光谱太阳能转换器由三种不同的半导体材料砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、 磷镓化铟(InGaP)而形成，其在EMC0RE公司(EMC0RE， www. emcore. com， 2006)和一些其他 研究人员的努力下得到进一步的发展，最近R.麦克柯奈尔等报道声称其为美国新一代的 光电技术；2004年6月在法国举行的第一代第十九届欧洲光电太阳能展览会已经攻克了 38%的转换效率难关；并且就未来50%的转换效率达成了意向；该三种材料的转换器具有 通过一传导结晶层实现相连的三个系列节点；其可把从紫外线(由1.9电子伏的磷镓化铟 带隙所决定)通过可视光线(由1. 4电子伏的砷化镓带隙所决定)到红外线(由0. 65电 子伏的锗带隙所决定)的光转化为太阳能；当太阳能光束投射在该种结构上时，它渗入到 磷镓化铟(InGaP)第一顶部节点且实现1. 9电子伏的大部分光子的转化；然后横向穿过砷 化镓(GaAs)的节点且实现1. 4电子伏的大部分光子的转化，最终到达0. 65电子伏的节点 处且把0.65电子伏的大部分光子转化为电子和空穴。 一般来说，节点结晶度越纯，节点重 组的进程就越少，就会通过这些电子和空穴对产生越多的电流；或者，通过降低节点处的串 联电阻也可增加电流；总之，该有用或转换效率的节点主要是由节点的结晶度和串联电阻 来确定。 该广泛的光谱范围和在节点的高纯度的晶体的点阵之间近乎完美的匹配是选择 砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、磷镓化铟(InGaP)转化太阳能的主要原因，该三种材料的系统的成 功研制使人们去探求可能会进一步降低生产成本的其它多材料系统；事实上，在太阳能转 化领域内，寻求高的转化效率和低的生产成本一直被誉为圣洁的圣杯；在对这个目标的 需求过程中，创新比比皆是；具莱特生理学应用(A卯l.Phys. Lett.巡，3967， (2002))报道 J.吴等人最近发展了 Inl-xGaxN系统；该Inl-xGaxN系统中的X在获得一系列持续升级 且涵盖整个紫外_红外太阳光谱的带隙成长过程中可发生变化；虽然其具有上述可行性， 可是，由于其分子束晶膜(molecular beam印itaxial)在生成过程中过于昂贵，因而其制 造工艺不可行，并且其节点晶体远不完善，在不久的将来很难成为可行的高效转换器。 经过这些年的发展和改进，节点晶体并没有显著降低转换器的生产成本，生产用 以传统的转换器的大片的晶体物质的昂贵费用决定了他们仍然需要高生产成本；另一个 极端例子，在转换器上使用薄膜和有机薄板低成本的特点很具有吸引力(参见格林先生的 第三代光电技术，全文，柏林(2003)简福里斯特，自然，428，911 (2004))， (see M. Green， Third GenerationPhotovoltaics，， Springer, Berlin (2003) ;and S. R. Forrest, Nature, 428,911(2004));在降低单位能源转换成本方面，其因为效率低而难以实行；减少单位成 本的其中一个方法则是聚集太阳光束，以使数以百计的太阳光束投射在一个不大的太阳能转换器区域内，在具有尽可能高的结晶度的前提下，在转换单位能量时由于只有极少数转 换器区域是有效的，因此，使用塑料菲涅耳透镜或反射镜聚集太阳光束的方式甚至比采用 薄膜或有机薄板成本还要低。 传统的转换器很少使用聚集光束的方式，因为他们未对节点的厚度、类型、配置、 材料、节点数目、冷却机制或太阳能光速的入射角进行优化，举例说明，美国专利号分别为 7071407 ;5405453 ;7126052 ;7122734和6252287的专利披露了三种材料中一些微米级厚 度的节点细节，其只供用正常角度入射的分散的太阳光束转换到节点。作为一个相对较厚 的节点层可以吸收来自 一百多个太阳光束的聚集光束能源，但通过传统工艺来制造相对较 厚的节点层从成本有效角度上说并不可行。 美国专利号分别为4335503 ;4295002 ;4131984和3969746的专利披露了供多个 节点吸收平行入射的聚集光束的V型槽技术；可是当需要对超过500个太阳光束进行聚集 时，所披露的转换器可供利用的节点太少。 美国专利号分别为5246506和4271328的专利披露了具有多边形形状的晶体和无 固定形状的非晶体的多个节点，但为达到判断聚集光束超过数个太阳光束的目的，其转换 效率太慢。 美国专利号分别为6372980 ;6340788和6174296的专利分别披露了高纯度的晶体结构中的串联节点，但其缺少为利用聚集光束降低成本的多节点和多谱带的优化配置。 美国专利号为4， 376， 872的专利披露了 V形槽太阳能电池，其包括一系列相连的多个节点，但这些节点没有为多谱带覆盖紫外线到红外线光谱进行优化。 现有技术中的多节点、多光谱转换器用以聚集的太阳光，因在节点的厚度优化、节点数量、节点配置、太阳光束入射角度、以及较低的生产成本具有如下所述的限制 1.光谱范围对1. 9电子伏的磷镓化铟带隙和0. 65电子伏的锗带隙具有限制。 2.多节点的厚度对吸收聚集光束中的所有不足微米的光子具有限制。 3.该三种材料转换器(砷化镓、锗、磷镓化铟)转换器对该三种材料具有限制。 4.该多节点转换器对三节点具有限制。 5.该多节点转换器对晶体提供的有限的转换效率具有限制。 6.该节点配置对带有节点的平面配置具有限制。 7.该太阳光束入射角度对正常平面入射角度具有限制。 8.该太阳光束对少于500太阳光束的聚集具有限制。 9.该制造转换器的制造工艺对大批量、低成本的生产具有限制；但生产大片的低 效率的薄膜或有机太阳能转换器除外。
技术实现思路
因此，为克服上述现有技术中所存在的缺陷，本专利技术的一个目的是，提供一种多节 点、多光谱的转换器以覆盖整个紫外线到红外线太阳光谱。 本专利技术的另一目的是，提供一种具有最优节点厚度的多节点、多光谱的转换器以 吸收整个聚集太阳光束。 本专利技术的再一目的是，提供一种具 能根据需求处理多种不同材料功能的多节 点、多光谱的转换器以实现覆盖从紫外线到红外线的整个太阳光谱。 本专利技术的又一目的是，提供一种具有能根据需求设置多个节点功能的多节点、多 光谱的转换器以实现高效的转换效率。 本专利技术的再一目的是，提供一种具有能根据需求设置高节点结晶度功能的多节 点、多光谱的转换器以实现高效的转换效率。 本专利技术的另一目的是，提供一种具有垂直节点配置的多节点、多光谱的转换器，依 靠该垂直节点配置所有节点可同时的与同等数量的太阳光束发生投射以实现高效的转换 效率。 本专利技术的再一目的是，提供一种太阳光束平行入射到所有节点的多节点、多光谱 的转换器以实现高效的转换效率。 本专利技术的又一目的是，提供一种能根据需求接收尽可能多的聚集太阳光束的多节点、多光谱的转换器以达到高效的转换效率和低廉的单位能源转换成本。 本专利技术的再一目的是，提供一种能实现以低成本批量生产、具有高效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能转换器，其特征在于，包括至少两个相邻的太阳能电池层，且每个层包括至少一个节点，至少一个层不需与相邻层的晶格适配即与至少一个其它层相连。

【技术特征摘要】
一种太阳能转换器，其特征在于，包括至少两个相邻的太阳能电池层，且每个层包括至少一个节点，至少一个层不需与相邻层的晶格适配即与至少一个其它层相连。2. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，至少一个所述层包括至少一个带 隙能的至少一个第一种类型的节点。3. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，至少一个所述层包括至少一个第 一个带隙能的至少一个第一种类型的节点，至少一个不同于所述第一类型的带隙能的至少 一个其它类型的节点。4. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，每层包括至少10个单个节点。5. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，每层包括至少100个单个节点。6. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，所述每个转换器包括至少10个多 节点层。7. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，所述每个转换器包括至少100个多 节点层。8. 如权利要求l所述的太阳能转换器，其特征在于，所述每单元面积的节点密度为每 平方厘米至少1000个节点。9. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，所述节点相对入射的太阳光束并 行设置，以使每个节点由来自入射的太阳光束的太阳能照亮。10. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，所述节点电性串联。11. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，每层单独加工或处理以独立于其 它任何层。12. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，把不同的基片加工或处理成第一 层和至少一个其它层。13. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，所述节点由半导体制造技术加工。14. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，所述节点由有机生成产生。15. 如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于，第一层在至少一个低带隙穿过位 于其下的至少一个层时获得至少一个带隙能。16. 如权利要求15所述的太阳能转换器，其特征在于，至少一个带隙为至少1.8电子伏。17. 如权利要求15所述的太阳能转换器，其特征在于，至少一个带隙为至少1.4电子伏。18. 如权利要求15所述的太阳能转换器，其特征在于，至少一个带隙为至少1. 1电子伏。19. 如权利要求15所述的太阳能转换器，其特征在于，至少一个带隙为至少0.6电子伏。20. 如权利要求15所述的太阳能转换器，其特征在于，所述每个节点包括具有n+型载 体的第一壁和具有P+型载体的第二壁。21. 如权利要求20所述的太阳能转换器，其特征在于，由所述各壁夹心区域具有n型载体。22. 如权利要求20所述的太阳能转换器，其特征在于，由所述各壁夹心区域具有p+型 载体。23. 如权利要求20所述的太阳能转换器，其特征在于，所述第一壁和所述第二壁与该 入射的太阳光束相垂直。24. 如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威廉，
申请(专利权)人：诺华光谱有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]