TWI436488B - 一種具有漸變緩衝層太陽能電池 - Google Patents

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Description

一種具有漸變緩衝層太陽能電池
本發明係關於一光電元件，尤其關於一種具有漸變緩衝層的太陽能電池。
光電元件包含許多種類，例如發光二極體(Light-emitting Diode；LED)、太陽能電池(Solar Cell)或光電二極體(Photo Diode)等。
由於石化能源短缺，且人們對環保重要性的認知提高，因此人們近年來不斷地積極研發替代能源與再生能源的相關技術，其中以太陽能電池最受矚目。主要是因為太陽能電池可直接將太陽能轉換成電能，且發電過程中不會產生二氧化碳或氮化物等有害物質，不會對環境造成污染。太陽能電池中又以InGaP/GaAs/Ge的三接面太陽能電池最具發展潛力，然而InGaP、GaAs和Ge的彼此的晶格常數不匹配，由Ge電池向上依序成長GaAs電池與InGaP電池時，晶格之間會形成晶格錯位，產生應力，破壞磊晶的品質，降低太陽能電池的能量轉換效率。
反向變質多接面(Inverted Metamorphic Multijunction；IMM)太陽能電池是在一成長基板上依序先成長晶格常數匹配的GaInP電池及GaAs電池，接著再成長晶格常數與GaInP電池及GaAs電池不匹配的InGaAs電池，將一支持基板與InGaAs電池接合後移除成長基板，形成反向變質多接面(IMM)太陽能電池。如此改善GaInP電池及GaAs電池的磊晶品質，提高太陽電池的能量轉換效率。但是在能隙較低的InGaAs電池仍會產生晶格錯位，降低InGaAs電池的磊晶品質。
上述如太陽能電池等之光電元件可包含基板及電極，可進一步地經由焊塊或膠材將基板與一基座連接，而形成一發光裝置或一吸光裝置。另外，基座更具有至少一電路，經由一導電結構，例如金屬線，電連接光電元件之電極。
第一實施例之一反向變質多接面(IMM)太陽能電池至少包含一支持基板；一底電池位於支持基板之上；一漸變緩衝層位於底電池之上；一中間電池位於漸變緩衝層之上；以及一頂電池位於中間電池之上。
本發明之實施例會被詳細地描述，並且繪製於圖式中，相同或類似的部分會以相同的號碼在各圖式以及說明出現。
如第1圖所示，一反向變質多接面(IMM)太陽能電池1包含一支持基板10；一底電池12位於支持基板10之上；一漸變緩衝層14位於底電池12之上；一中間電池16位於漸變緩衝層14之上；以及一頂電池18位於中間電池16之上。。頂電池18之能隙大於中間電池16與底電池12之能隙，其材料包含InGaP、InGaAs、AlGaAs或AlGaInP。中間電池16之能隙大於底電池12之能隙，其材料包含GaAs、GaInP、InGaAs、GaAsSb或InGaAsN。底電池12之材料包含Ge、GaAs或InGaAs。頂電池18、中間電池16與底電池12可以吸收不同頻譜之光線並產生電流。
如第2圖所示，漸變緩衝層14包含一第一緩衝層141位於底電池12與中間電池16之間；複數個漸變附屬層142、144、146與148位於第一緩衝層141與中間電池16之間；複數個碲摻雜中間層143、145與147位於彼此相鄰之複數個漸變附屬層142、144、146與148之間；以及一第二緩衝層149位於漸變附屬層148與中間電池16之間。本實施例之漸變附屬層以142、144、146與148四層為例，但不限於此，漸變附屬層之數量亦可為大於四或小於四。本實施例之碲摻雜中間層以143、145與147三層為例，但不限於此，碲摻雜中間層之數量亦可為大於三或小於三。第一緩衝層141之材料包含InGaAs、GaAs、AlGaAs、InGaP或AlGaInP；第二緩衝層149之材料包含GaAs。複數個附屬漸變層142、144、146與148之材料包含Inx Ga(1-x) P、Inx Ga(1-x) As或(Aly Ga(1-y) )x In(1-x) As，其中複數個漸變附屬層之In含量x自靠近支持基板往遠離支持基板之方向遞減，且0<x<1，0<y<1。複數個漸變附屬層142、144、146與148僅被摻雜n型雜質，例如矽、硒或硫，濃度約為E17cm-3 -E20cm-3 ，未被摻雜碲(Te)。複數個碲摻雜中間層143、145與147被摻雜碲(Te)與n型雜質，厚度約為1-500，其中n型雜質例如為矽、硒或硫，濃度約為E17cm-3 -E20cm-3 ，碲濃度約為E17cm-3 -E20cm-3 。複數個碲摻雜中間層143、145與147之材料包含Inx Ga(1-x) P、InGaAs或AlInGaAs，0<x<1。以碲摻雜中間層143為例，形成碲摻雜中間層143的方法包含在成長氣室形成漸變附屬層144之後，持續通入形成漸變附屬層144之氣體，同時通入具有n型雜質的Si2 H6 與具有碲雜質的DETe以形成碲摻雜中間層143，上述同時通入具有雜質之反應氣體之時間約為1-90秒，碲摻雜中間層145與147的形成方法與碲摻雜中間層143類似。由於反向變質多接面(IMM)太陽能電池1是在一成長基板(未顯示)上依序先成長晶格常數匹配的頂電池18及中間電池16，接著再成長晶格常數與頂電池18及中間電池16不匹配的底電池12，將一支持基板10與底電池12接合後移除成長基板，形成反向變質多接面(IMM)太陽能電池1，所以底電池12與中間電池16之間會產生晶格錯位。漸變緩衝層14可減少底電池12與中間電池16之間晶格錯位的產生，碲可改善漸變附屬層142、144、146與148的磊晶品質，有助漸變緩衝層14降低因底電池12與中間電池16晶格常數不匹配所產生的應力，提升底電池12的磊晶品質。
惟上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本發明之權利保護範圍如後述之申請專利範圍所列。
1．．．太陽能電池
10．．．支持基板
12．．．底電池
14．．．漸變緩衝層
141．．．第一緩衝層
142、144、146、148．．．漸變附屬層
143、145、147．．．碲摻雜中間層
149．．．第二緩衝層
16．．．中間電池
18．．．頂電池
圖式用以促進對本發明之理解，係本說明書之一部分。圖式之實施例配合實施方式之說明以解釋本發明之原理。
第1圖係依據本發明之第一實施例之剖面圖。
第2圖係依據本發明之第一實施例之漸變緩衝層之剖面圖。
14．．．漸變緩衝層
141．．．第一緩衝層
142、144、146、148．．．漸變附屬層
143、145、147．．．碲摻雜中間層
149．．．第二緩衝層

Claims (13)

  1. 一太陽能電池，包含：一支持基板；一底電池，位於該支持基板之上；一漸變緩衝層，位於該底電池之上，包含：複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層，其中該複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層之In含量x自靠近該支持基板往遠離該支持基板之方向遞減，0<x<1，該複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層不被摻雜碲；以及一碲摻雜中間層，位於任二相鄰之該複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層之間；一中間電池，位於該漸變緩衝層之上；以及一頂電池，位於該中間電池之上。
  2. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該漸變緩衝層更包含：一第一緩衝層，位於該底電池與該複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層之間；以及一第二緩衝層，位於該中間電池與該複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層之間。
  3. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該複數個Inx Ga(1-x) P漸變附屬層包含n型雜質。
  4. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該碲摻雜中間層包含n型雜質。
  5. 如請求項1所述之太陽能電池，其中該碲摻雜中間層之材料係選自由Inx Ga(1-x) P、InGaAs與AlInGaAs所構成之群組，0<x<1。
  6. 一太陽能電池，包含：一支持基板； 一底電池，位於該支持基板之上；一漸變緩衝層，位於該底電池之上，包含：複數個漸變附屬層，其中該複數個漸變附屬層不被摻雜碲；以及一碲摻雜中間層，位於任二相鄰之該複數個漸變附屬層之間；一中間電池，位於該漸變緩衝層之上；以及一頂電池，位於該中間電池之上。
  7. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該複數個漸變附屬層包含n型雜質。
  8. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該複數個漸變附屬層之材料係選自由Inx Ga(1-x) P、Inx Ga(1-x) As與(Aly Ga(1-y) )x In(1-x) As所構成之群組，0<x<1，0<y<1。
  9. 如請求項8所述之太陽能電池，其中該複數個漸變附屬層之In含量x自靠近該支持基板往遠離該支持基板之方向遞減。
  10. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該碲摻雜中間層包含n型雜質。
  11. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該碲摻雜中間層之材料係選自由Inx Ga(1-x) P、InGaAs與AlInGaAs所構成之群組，0<x<1。
  12. 如請求項6所述之太陽能電池，其中該漸變緩衝層更包含：一第一緩衝層，位於該底電池與該複數個漸變附屬層之間；以及一第二緩衝層，位於該中間電池與該複數個漸變附屬層之間。
  13. 如請求項12所述之太陽能電池，其中該第一緩衝層之材料係選自由InGaAs、GaAs、AlGaAs、InGaP與AlGaInP所構成之 群組；以及該第二緩衝層之材料包含GaAs。
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