本发明专利技术涉及一种从太阳产生能量的聚光光伏太阳能电池组件，其包括：聚光透镜，其用于产生大于５００Ｘ的聚光度；及在经聚集的光束路径的太阳能电池，其包含锗衬底，其包含第一光伏结并形成底部太阳能子电池；砷化镓中间子电池，其设置在所述衬底上；及磷化镓铟顶部子电池，其设置在所述中间子电池上方且具有使ＡＭ１．５光谱区中的吸收最大化的带隙、大于７０００埃的厚度；及小于３３０欧姆／平方的片电阻（ｓｈｅｅｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ），且适于以大于２０个太阳的聚光度水平操作，其中所述顶部子电池的电流密度大于３５安培／平方厘米。
【技术实现步骤摘要】
1.专利
本专利技术大体来说涉及将太阳光转换为电能的聚光地面太阳能供电系统的太阳能电池的设计，且更特定来说涉及包含聚光透镜及使用m-v族化合物半导体的太阳能电池的组件(arrangement)，及所述太阳能电池上的聚光度水平的优化。
技术介绍
市面上地面太阳能供电应用的硅太阳能电池具有处于从8%到15%的效率。基于 III-V族化合物的化合物半导体太阳能电池在正常操作条件下具有28%的效率。此外，众所周知，将太阳能聚光到m-v族化合物半导体光伏电池上可在聚集时将电池效率增加到37%效率以上。当前，地面太阳能发电系统使用硅太阳能电池是由于其成本低且可广泛地使用。虽然m-v族化合物半导体太阳能电池已广泛用于人造卫星应用中(其中在选择此类装置时其比功率效率是比每瓦特成本更重要的考虑因素)，然而此类太阳能电池经设计以用于在地球大气层(称作气团0，或AMO)顶部的太阳能光谱，且不适于存在 于地球表面(称作气团1.5或AM1.5)的太阳能光谱的覆盖。所述AMO电池也没有 经配置以用于地面太阳能跟踪、聚光光伏系统。在硅及m-v族化合物半导体太阳能电池二者的设计中， 一个电触点通常放置在 太阳能电池的光吸收侧或前侧上，且第二触点放置在所述电池的背侧上。光激活半导体设置在所述衬底的光吸收侧上且包含一个或一个以上p-n结。当在电池内吸收光时， 所述p-n结形成电子流。栅格线在电池顶部表面上方延伸以俘获此电子流，然后将所 述电子流连接到前部触点或接合垫中。规定太阳能电池的设计的一个重要方面是组成所述太阳能电池的半导体材料层 的物理结构(成分、能带隙及层厚度)。太阳能电池常常制造成垂直、多结的结构以 便利用具有不同带隙的材料并尽可能多地转换太阳光谱。用于根据本专利技术的设计的一 种类型的多结结构是由锗底部电池、砷化镓(GaAs)中间电池及磷化镓铟(InGaP) 顶部电池组成的三结太阳能电池结构。在本专利技术之前，尚不存在对伴随着适于地面应用的三结III-V族化合物半导体太 阳能电池的聚光度水平效应的考虑，也不存在对使电池的效率最大化的聚光度水平的 确定。1. 专利技术目的本专利技术的一个目标是提供一种地面供电应用的经改善III-V族化合物半导体多结 太阳能电池，每个太阳能电池可产生超过15瓦特的峰值DC功率。本专利技术的又一目标是在ni-v族半导体太阳能电池的前表面上提供一种栅格结构以适应用于聚光光伏地面功率应用的高电流。本专利技术的又一目标是为III-V族半导体太阳能电池提供相对较厚的前部或顶部子电池半导体层，所述半导体层具有经优化以用于可用于地面供电应用的高聚光度AM1.5太阳能辐射的成分。本专利技术的再一目标是提供一种由多个太阳能电池阵列组成的地面太阳能供电系 统，所述太阳能电池阵列具有适于准许所述太阳能电池以最大效率操作的聚光光学装 置。2. 本专利技术特征简单地且一般地说，本专利技术提供一种从太阳产生能量的聚光光伏太阳能电池，其 包含锗衬底，其包含第一光激活结且形成底部太阳能子电池；砷化镓中间子电池， 其设置在所述衬底上；磷化镓铟顶部子电池，其设置在所述中间子电池上方且具有可 使AM1.5光谱区中的吸收最大化的能带隙且进一步具有大于7000埃的厚度及小于 330欧姆/平方的片电阻(sheet resistance)，其适于以大于20个太阳的聚光度水平来 操作，其中所述顶部子电池的电流密度大于35安培/平方厘米；及表面栅格，其设置 在所述顶部子电池上方且具有覆盖顶部子电池表面区域的大约5%且适于传导太阳能 电池所形成的相对较高的电流。在另一方面中，本专利技术提供一种从太阳产生能量的聚光光伏太阳能电池，其包含 底部子电池，其包含第一光伏结；中间子电池，其设置在所述底部子电池上且包含第 二光伏结；及顶部子电池，其设置在所述中间子电池上方且具有光伏结及能带隙以使 AM1.5光谱区中的吸收最大化，且具有小于500欧姆/平方的顶部层片电阻且适于以 大于20个太阳的聚光度水平来操作。在另一方面中，本专利技术提供一种从太阳产生能量的聚光光伏太阳能电池，其包含 第一光伏结；砷化镓中间子电池，其设置在所述衬底上；及磷化镓铟顶部子电池，其 设置在所述中间子电池上方且具有使AM1.5光谱区中的吸收最大化的能带隙及大于 7000埃的厚度以在所述顶部子电池的表面上载送与聚光的太阳光相关联的增大的电 流。附图说明图1是根据本专利技术构造的地面太阳能电池的高度放大剖视图； 图2是显示第一实施例中的栅格线的图1的太阳能电池的俯视平面图；图3是显示第二实施例中的栅格线的图1的太阳能电池的俯视平面图；图4是显示具有根据本专利技术的结构的太阳能电池随栅格线的表面覆盖而变化的效率的图表；且图5是是显示具有根据本专利技术的结构的太阳能电池随电池表面上的太阳能聚光度水平而变化的效率的图表。通过阅读包含下文详细说明在内的本专利技术揭示内容及通过实践本专利技术，所属
的技术人员将明了本专利技术的另外目的、优点及新颖特征。虽然下文将参照优选实施例来描述本专利技术，但应了解，本专利技术不仅限于此。所属
的技术人员通过阅读本文中的教示内容将会认识到本专利技术在其它领域中的另外应用、修改及实施例，这些应用、修改及实施例均属于本文所揭示并请求的专利技术范围内且本专利技术对于这些应用、修改及实施例可具有实用性。具体实施例方式现在将描述本专利技术的细节，其中包含其例示性方面及实施例。参照附图及下文说明，相同的参考编号用于指代相同或功能上相似的元件，且意在以高度简化的图示方式图解说明例示性实施例的主要特征。此外，这些图式既不意在描绘实际实施例的每一特征，也不意在描绘所描绘元件的相对尺寸，且这些图式并非按比例绘制。三结ni-v族化合物半导体太阳能电池中典型半导体结构的设计更加具体地描述于第6,680,432号美国专利中，其以引用方式并入本文。由于将此类电池描述为最适合于空间(AMO)太阳能辐射，所以本专利技术一个方面是修改或改造此类电池设计以用于根据本专利技术在地面(AM1.5)太阳光谱辐射下的聚光光伏应用。如图l所图解说明的实例中所示，底部子电池10包含由p型锗(Ge)形成的衬底11、 12，其底部部分还充当子电池10的基极层。金属接触层或垫14形成于基极层11底部上以提供与多结太阳能电池的电接触。底部子电池IO进一步包含(例如)n型Ge发射极区12及n型成核层13。成核层13沉积在衬底11、 12上方，且发射极层12通过惨杂剂从上部层到Ge衬底中的扩散而形成于Ge衬底中，借此将p型锗衬底的上部部分12改变为n型区12。重掺杂的n型砷化镓层14沉积在成核层13上方，且是进入发射极区12中的砷掺杂剂源。虽然生长衬底及基极层11优选地为p型Ge生长衬底及基极层，但也可使用其它半导体材料来作为生长衬底及基极层，或仅作为生长衬底。此类衬底的实例包含但不限于GaAs、 InP、 GaSb、 InAs、 InSb、 GaP、 Si、 SiGe、 SiC、 A1203、 Mo、不锈钢、碱石灰玻璃及Si02。可在成核层13上方沉积重掺杂的p型砷化铝镓(AlGaAs)及(GaAs)隧穿结层14、 15以形成隧道二极管并在底部子电池与中间子电池20之间提供低电阻路径。中间子电池20包含高掺杂p型砷化铝镓(AlGaAs)背场(BSF)层16、 p型InGaAs基极层1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种从太阳产生能量的聚光光伏太阳能电池组件，其包括： 聚光透镜，其用于产生大于５００Ｘ的聚光度；及 在经聚集的光束路径的太阳能电池，其包含 锗衬底，其包含第一光伏结并形成底部太阳能子电池； 砷化镓中间子电池，其设置在 所述衬底上； 磷化镓铟顶部子电池，其设置在所述中间子电池上方且具有使ＡＭ１．５光谱区中的吸收最大化的带隙、大于７０００埃的厚度及小于３３０欧姆／平方的片电阻（ｓｈｅｅｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ），且适于以大于２０个太阳的聚光度水平操作 ，其中所述顶部子电池的电流密度大于３５安培／平方厘米。
【技术特征摘要】
US 2008-1-25 12/020,283;US 2008-4-18 12/148,5531、一种从太阳产生能量的聚光光伏太阳能电池组件，其包括聚光透镜，其用于产生大于500X的聚光度；及在经聚集的光束路径的太阳能电池，其包含锗衬底，其包含第一光伏结并形成底部太阳能子电池；砷化镓中间子电池，其设置在所述衬底上；磷化镓铟顶部子电池，其设置在所述中间子电池上方且具有使AM1.5光谱区中的吸收最大化的带隙、大于7000埃的厚度及小于330欧姆/平方的片电阻(sheetresistance)，且适于以大于20个太阳的聚光度水平操作，其中所述顶部子电池的电流密度大于35安培/平方厘米。2、 如权利要求l所述的组件，其进一步包括表面栅格，其设置在所述顶部电池上方，且具有覆盖所述顶部电池表面区域的大 约2.5%到5%的栅格图案。3、 如权利要求2所述的组件，其中所述栅格图案包括5微米或更小宽度的线。4、 如权利要求2所述的组...
【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔J艾肯，马克A斯坦，弗雷德纽曼，
申请(专利权)人：昂科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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。