專利名稱：堆疊型太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種堆疊型太陽能電池(tandem solar cell)設計。
背景技術：
太陽能電池(Solar Cell)是一種能量轉(zhuǎn)換的光電元件，它是經(jīng)由太陽光照射后， 把光的能量轉(zhuǎn)換成電能。 堆疊型太陽能電池或多結(jié)太陽能電池(multi-junction solar cell)是將兩個或 兩個以上相同或不同能隙的p-n結(jié)元件堆疊起來，制成堆疊型太陽能電池。設計上將能夠 吸收較高能量光譜的P_n結(jié)元件放在上層，吸收較低能量光譜的p_n結(jié)元件放在下層，透過 不同材料的P_n結(jié)元件，將光子的能量層層吸收。可以提高太陽光的吸收，降低傳遞損失， 提升效率。 圖1為顯示已知堆疊型太陽能電池結(jié)構剖面圖，該堆疊型太陽能電池結(jié)構包含基 板101、緩沖層102、隧穿結(jié)(tunnel junction) 103及p-n結(jié)(p-njunction) 104。目前被廣 泛使用的隧穿結(jié)結(jié)103包含有重摻雜n型層(11++)1031和重摻雜。型層&++) 1032，其中重 摻雜n型層1031通常為摻雜硅(Si)、碲(Te)或硒(Se);重摻雜p型層1032通常為摻雜碳 (C)、鋅(Zn)、鎂(Mg)或鈹(Be)， 一般較常用為碳(C)摻雜，但重摻雜p型層1032在摻雜碳 (C)后會產(chǎn)生晶格常數(shù)變小的現(xiàn)象，此現(xiàn)象導致隧穿結(jié)103的晶格常數(shù)和基板101的差異過 大，而造成外延品質(zhì)變差，影響隧穿結(jié)103的效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種堆疊型太陽能電池裝置，包含基板，第一隧穿結(jié)形成于基板之上， 及第一 p-n結(jié)形成于第一隧穿結(jié)之上，其中第一隧穿結(jié)包含重摻雜n型層及合金層，此合金 層由重摻雜P型層包含至少一原子序較鎵(Ga)為大的元素所組成，其中此重摻雜p型層與 此原子序較大的元素形成合金。
根據(jù)以上所述的優(yōu)選實施例，并配合
，讀者當能對本發(fā)明的目的、特征和
優(yōu)點有更深入的理解。但值得注意的是，為了清楚描述起見，本說明書所附的圖并未按照比
例尺加以繪示。
附圖簡單說明如下 圖1為顯示已知的堆疊型太陽能電池結(jié)構剖面圖； 圖2A為顯示依照本發(fā)明實施例的堆疊型太陽能電池結(jié)構剖面圖； 圖2B為顯示依照本發(fā)明另一實施例的堆疊型太陽能電池結(jié)構剖面圖； 圖3為顯示依照本發(fā)明實施例中隧穿結(jié)的合金層加入不同銦(In)含量的I-V曲線圖。 附圖標記說明
101、201 基板 102、202 緩沖層 103、203 第一隧穿結(jié) 104、204 第一 p-n結(jié) 105、205 第二隧穿結(jié) 106、206 第二 p-n結(jié)
具體實施例方式
以下配合
本發(fā)明的實施例。 圖2A為顯示依照本發(fā)明實施例的堆疊型太陽能電池結(jié)構剖面圖。該堆疊型太陽 能電池結(jié)構包括基板201、緩沖層202、第一隧穿結(jié)203及第一 p-n結(jié)204。其中第一隧穿結(jié) 203包含有重摻雜n型層(n++)2031和合金層2032。在本發(fā)明中，基板201的材料可選自 硅(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(Si-Ge)、砷化鎵(GaAs)、或磷化銦(InP)。緩沖層202、第一隧穿結(jié) 的重摻雜n型層2031、第一隧穿結(jié)的合金層2032及第p-n結(jié)204的材料可包含一種或一種 以上的物質(zhì)，其選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構成的組，例如可為砷
化鋁銦鎵(AlxGai—》yln卜或磷化鋁銦鎵(AlxGai—》yln卜yP。 第一隧穿結(jié)的合金層2032由重摻雜p型層包含原子序較鎵(Ga)為大的元素所 組成。在形成P型層時，在外延工藝中同時加入高濃度的P型摻雜物質(zhì)及原子序較鎵(Ga) 為大的元素，以形成由重摻雜P型層包含至少一原子序較鎵(Ga)為大的元素所組成的合金 層2032。此合金層的晶格常數(shù)較已知的重摻雜p型層的晶格常數(shù)大，并可隨加入元素的含 量增加而增加，因而降低合金層2032與基板201的晶格差異，而得到更好的外延品質(zhì)。此 外通過原子序較鎵(Ga)為大的元素的加入，可使合金層2032的能階降低，Jp上升，且Jp/ Vp變大，提高通過第一隧穿結(jié)203的隧穿電流。其中，加入原子序較鎵(Ga)為大的元素材 料可包括銦(In)、鉈(Tl)、銻(Sb)、鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)、碲(Te)、釙(Po)、鎘(Cd)、滎 (Hg)。加入的濃度可為1 2%，即約3. 5X1021 1. 7X 1022 (l/cm3)。 圖2B為顯示依照本發(fā)明另一實施例的堆疊型太陽能電池結(jié)構剖面圖。該堆疊型 太陽能電池結(jié)構包括基板201、緩沖層202、第一隧穿結(jié)203、第一 p-n結(jié)204、第二隧穿結(jié) 205及第二 p-n結(jié)206。其中第一隧穿結(jié)203及第二隧穿結(jié)205分別包含有重摻雜n型層 (n++) 2031 、2051和合金層2032、2052。 在本實施例中，基板201的材料可選自硅(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(Si-Ge)、砷化鎵 (GaAs)、磷化銦(InP)。緩沖層202、第一及第二隧穿結(jié)的重摻雜n型層2031、2051、第一及 第二隧穿結(jié)的合金層2032、2052與第一及第二 p-n結(jié)204、206的材料可包含一種或一種以 上的物質(zhì)，其選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構成的組，例如可為砷化
鋁銦鎵(AlxGai》yln卜或磷化鋁銦鎵(AlxGai》yln卜yP。 第一及第二隧穿結(jié)的合金層2032、2052由重摻雜p型層包含原子序較鎵(Ga)為 大的元素所組成。在形成P型層時，在外延工藝中同時加入高濃度的P型摻雜物質(zhì)及原子 序較鎵(Ga)為大的元素，以形成由重摻雜p型層包含至少一原子序較鎵(Ga)為大的元素 所組成的合金層2032、 2052 。此合金層的晶格常數(shù)較已知的重摻雜p型層的晶格常數(shù)大，并 可隨加入元素的含量增加而增加，因而降低合金層2032、2052分別與基板201及第一 p-n結(jié)204的晶格差異，而得到更好的外延品質(zhì)。此外通過原子序較鎵(Ga)為大的元素的加入，可使合金層2032、2052的能階降低，Jp上升，且Jp/Vp變大，提高通過第一隧穿結(jié)的隧穿電流。其中，加入原子序較鎵(Ga)為大的元素材料可包括銦(In)、鉈(Tl)、銻(Sb)、鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)、碲(Te)、釙(Po)、鎘(Cd)、滎(Hg)。加入的濃度可為1 2%，即約3. 5X1021 1. 7X 1022 (l/cm3)。 在實施例中，基板201的材料為鍺(Ge)，第一與第二隧穿結(jié)203、205的重摻雜n型層(n++) 2031 、2051的材料為InGaP: Te，合金層2032、2052的材料為AlxGa(1—x)As: C+，并包含銦(In)以形成InyAl,Ga(卜,)As合金，可降低晶格差異，提高通過隧穿結(jié)的隧穿電流。
圖3為顯示依照本發(fā)明實施例中隧穿結(jié)的合金層所包含不同銦(In)含量的I-V曲線圖，可以發(fā)現(xiàn)隨著銦(In)加入濃度的升高，I-V曲線斜率變大，提高通過第一與第二隧穿結(jié)203、205的隧穿電流。 在本發(fā)明另一實施例中，第二p-n結(jié)206之上也可再形成第三隧穿結(jié)，且第三隧穿結(jié)之上也可再形成第三p-n結(jié)，可隨產(chǎn)品設計需要，將隧穿結(jié)與p-n結(jié)反復堆疊，而不限制堆疊型太陽能電池的p-n結(jié)元件數(shù)量。其中隧穿結(jié)的設計與上述實施例相同，不再贅述。
以上各附圖與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或披露的元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相沖突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協(xié)調(diào)、或合并。 雖然本發(fā)明已說明如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范圍、實施順序、或使用的材料與工藝方法。對于本發(fā)明所作的各種修飾 變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
權利要求
一種堆疊型太陽能電池裝置，包含基板；第一隧穿結(jié)，形成于該基板之上；以及第一p-n結(jié)，形成于該第一隧穿結(jié)之上，其中該第一隧穿結(jié)包含重摻雜n型層及合金層，其中該合金層包含原子序較鎵為大的元素。
2. 如權利要求1所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該合金層包含高濃度的P型摻雜 物質(zhì)。
3. 如權利要求2所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該第一隧穿結(jié)的重摻雜n型層、該 第一隧穿結(jié)的合金層及該第一p-n結(jié)的材料包含選自鎵、鋁、銦、砷以及磷所構成的組的一 種或一種以上的物質(zhì)。
4. 如權利要求1所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該原子序較鎵為大的元素材料選 自銦、鉈、銻、鉍、錫、鉛、碲、釙、鎘或滎。
5. 如權利要求1所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該原子序較鎵為大的元素濃度為 1 2%或3. 5X1021 1. 7X 1022 (l/cm3)。
6. 如權利要求l所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中還包含第二隧穿結(jié)，形成在該第 一 p-n結(jié)之上；及第二 p-n結(jié)，形成在該第二隧穿結(jié)之上，其中該第二隧穿結(jié)包含重摻雜n 型層及合金層，其中該合金層包含原子序較鎵為大的元素。
7. 如權利要求6所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該第二隧穿結(jié)的重摻雜n型層、該 第二隧穿結(jié)的合金層及該第二p-n結(jié)的材料包含選自鎵、鋁、銦、砷以及磷所構成的組的一 種或一種以上的物質(zhì)。
8. 如權利要求6所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該原子序較鎵為大的元素材料選 自銦、鉈、銻、鉍、錫、鉛、碲、釙、鎘或滎。
9. 如權利要求6所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中該原子序較鎵為大的元素濃度為 1 2%或3. 5X1021 1. 7X 1022 (l/cm3)。
10. 如權利要求6所述的堆疊型太陽能電池裝置，其中還包含多層具有原子序較鎵為 大的元素的合金層隧穿結(jié)與多層p-n結(jié)，反復形成在該第二 p-n結(jié)之上。
全文摘要
本發(fā)明為一種堆疊型太陽能電池裝置，其包含基板，第一隧穿結(jié)，形成于基板之上；及第一p-n結(jié)，形成于第一隧穿結(jié)之上，其中第一隧穿結(jié)包含重摻雜n型層及合金層，此合金層包含原子序較鎵(Ga)為大的元素。
文檔編號H01L31/06GK101783371SQ20091000322
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權日2009年1月15日
發(fā)明者李世昌, 李榮仁, 蘇永司 申請人:晶元光電股份有限公司