CN101965643A - 高效率硅基太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产高效率硅基光伏电池例如太阳能电池的系统和方法。本发明的太阳能电池包括硅基板层；设置在硅基板层的第一表面上的第一缓冲层和设置在硅基板层的相对表面上的第二缓冲层；和直接设置在第一缓冲层上的第三缓冲层，第一和第二缓冲层晶格失配于硅基板层；以及设置在第三缓冲层上的第一器件层和设置在第二缓冲层上的第二器件层，第一和第二器件层包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。

Description

高效率硅基太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种用于生产高效率硅基光伏电池，例如太阳能电池的系统和方法。
背景技术
目前，由于其将阳光直接转化成电的能力，光伏(太阳能电池)技术作为可再生能源技术的重要性迅速提高，在能源投资方面具有高回报。然而，它的部署的经济性是高度成本敏感的。尽管半导体太阳能电池在1954年最先发明，但它们起初用于空间应用和缝隙市场(利基市场)，直到最近。它们的部署的经济性，特别是在Ontario由“Standard Offer Program(标准供应程序)”改变，其为连接至格栅的替代能源提供$0.42/kW-时。如果成本方面没有伴随的增加，则它们的部署的经济性会通过效率的显著提高而进一步改变。通常使用的价值符号是$/W(建立的)，目前接近$3/W，期待系统保持工作20-30年，从而实现资本投资上的回报。
在文献中讨论的光伏器件和系统涉及单结、双结和三结以及多结器件。然而，它们讨论堆叠中的材料层必须非常紧密地晶格匹配，以降低损耗。这是例如通过称作连同材料组成的非常仔细控制的外延(外延生长)的生长工艺来实现的。而且，似乎没有材料的合适选择，该材料可在具有合适带隙的硅上高质量生长(即，高质量通常是指单晶材料具有例如均匀的组成和厚度，并具有低的不完整性(缺陷率)，例如杂质、点缺陷或位错)，如对太阳能电池技术可期望的。
太阳能电池技术可分为三类：
高价、高性能：对于价格不是支配因素的空间应用，近来最通常以例如Ge:GaAs:InGaP堆叠来使用三结技术。这些器件对于太阳能集中器系统来说是优选的，因为电池的成本并不主导系统成本，并且因为在集中器将光增强到通常日光的100-500倍时电池效率提高。然而，为了实施集中器系统，需要复杂的机械跟踪系统以便维持相对于太阳的固定取向，其很难以合理的成本实现长期的高可靠性。因此，对于消费者使用来说这是昂贵的途径，并且对于大规模部署来说还可能不是成本有效的。
中等价格、中等性能：目前使用单晶硅的大规模太阳能电池部署大部分属于该类。它们的理论效率接近31％，然而部署的模块通常仅实现16％-20％的效率。这些模块的较低效率是不利的，因为更高的效率直接转化为更高的能量产生(发电)和经济效益。由于另外的电池在硅上生长的材料需要为有效的太阳能电池晶格匹配并具有期望的能量带隙，因此硅被认为不适合于更高效的多结太阳能电池。与锗不同，没有具有适合于在硅上制造晶格匹配的多结太阳能电池的性质的简单材料。
低价、低性能：在该空间中存在许多器件，其中一些具有机械灵活性的附加优点。这样的器件，特别是有机基器件的长期可靠性和寿命是一种严重障碍。因此，这些类型的器件对于太阳能电池技术不是优选的。
因此对提供硅基太阳能电池的系统和方法存在需要，以便至少减轻或消除一些上述缺点。
发明内容
本发明提供了一种方法和系统，用于提供使用低成本硅基板(衬底)层的多结太阳能电池器件(太阳能电池装置)。还提供了根据该方法和系统制成的多结太阳能电池器件。
根据一个方面，提供了一种用于提供使用在硅上生长的缓冲层的高效硅基太阳能电池的方法和系统，以通过缓冲层促进各种化合物在硅上的生长。
根据另一方面，缓冲层晶格失配地生长至硅层，并且器件层中的至少一个晶格匹配或晶格失配地生长至缓冲层。
根据另一方面，缓冲层以用作器件层的充分厚度晶格失配地生长至硅层。在一个方面中，缓冲层包含AlSb。
根据另一方面，提供了适于提供一系列晶格常数的多个缓冲层，从而允许具有其中晶格常数与缓冲层匹配的化合物的多个器件层邻近缓冲层生长，并与硅层晶格失配。
在一个实施方式中，使用一个缓冲层并包含AlSb材料。在另一实施方式中，缓冲层包含AlSb与其它III族和V族元素。在另一实施方式中，使用两个缓冲层，并且第一缓冲层包含AlSb材料，而第二缓冲层包含GaSb。在另一实施方式中，第二缓冲层是GaSb与其它III族和V族元素。
根据一个方面，提供了一种用于提供基于高质量单晶硅基板的多结太阳能电池(例如，双结或三结器件)的方法和系统，从而为多结太阳能电池提供预设的带隙组。
根据另一方面，提供了一种包含至少一个生长室和控制系统的太阳能电池生产系统(太阳能电池产生系统)，该生长室被构造成接收基板层材料、缓冲层材料和器件层材料，而该控制系统被构造成使多结太阳能电池基于生长参数生长。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于提供具有多于三结的多结太阳能电池的方法和系统。
在一个方面，本发明提供了一种包含硅基板层、设置在硅层上的至少一个缓冲层以及设置在至少一个缓冲层(包含Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种)上的至少一个器件层的太阳能电池器件，所述缓冲层与硅基板层晶格失配。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件，该太阳能电池器件包括硅基板层以及第一和第二缓冲层，第一缓冲层直接设置在硅层上并与硅层晶格失配，而第二缓冲层直接设置在第一缓冲层上，太阳能电池器件还包括直接设置在第二缓冲层上的至少一个器件层，该器件层包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件，该器件包含硅基板层、设置在硅基板层的第一表面上的第一缓冲层和设置在硅基板层的相对表面上的第二缓冲层，第一和第二缓冲层与硅基板层晶格失配；以及设置在第一缓冲层上的第一器件层和设置在第二缓冲层上的第二器件层，第一器件层和第二器件层包含Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件，该太阳能电池器件包含硅基板层、设置在硅基板层的第一表面上的第一缓冲层和设置在硅基板层的相对表面上的第二缓冲层、以及直接设置在第一缓冲层上的第三缓冲层，第一和第二缓冲层与硅基板层晶格失配；以及设置在第三缓冲层上的第一器件层和设置在第二缓冲层上的第二器件层，第一器件层和第二器件层包含Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件，该太阳能电池器件包含硅基板层、设置在硅基板层的第一表面上的第一缓冲层和设置在硅基板层的相对表面上的第二缓冲层，以及直接设置在第一缓冲层上的第三缓冲层和直接设置在第二缓冲层上的第四缓冲层，第一和第二缓冲层与硅基板层晶格失配；以及设置在第三缓冲层上的第一器件层和设置在第四缓冲层上的第二器件层，第一器件层和第二器件层包含Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
在可替换的方面中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于使太阳能电池生长，该模板包含无源(钝化)硅基板层；直接设置在无源硅基板层上的至少一个缓冲层，该至少一个缓冲层与硅基板层晶格失配；以及直接设置在该至少一个缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层，第一器件层和第二器件层形成太阳能电池。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于使太阳能电池生长，该模板包括无源硅基板层；直接设置在无源硅基板层上的至少一个缓冲层，该至少一个缓冲层与硅基板层晶格失配；以及直接设置在该至少一个缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层，以及直接设置在第二器件层上的第三器件层，第一器件层、第二器件层和第三器件层形成太阳能电池。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于使太阳能电池生长，该模板包括无源硅基板层、第一无源(钝化)缓冲层和第二无源缓冲层，第一缓冲层直接设置在硅基板上并且第二缓冲层直接设置在第一无源缓冲层上，第一无源缓冲层与硅基板层晶格失配；以及直接设置在第二无源缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层，第一器件层和第二器件层形成太阳能电池。
在可替换的方面中，本发明提供了一种太阳能电池生产系统，该系统包括至少一个生长室和控制系统，该生长室被构造成接收基板层材料、缓冲层材料和器件层材料，并且控制系统被构造成使多结太阳能电池基于生长参数生长。
附图说明
将结合附图更好地理解本发明，其中：
图1是示出了单结器件效率的曲线图；
图2是示出了双结器件效率的图；
图3示出了代表三结器件效率的两个曲线图；
图4是根据实施方式用于提供硅基太阳能电池的太阳能电池产生环境的实施方式的示意图；
图5是示出了与图4的太阳能电池产生环境一起使用的计算器件的示意图；
图6A示出了同质结的双结设计；
图6B示出了异质结的双结设计；
图7A示出了一个同质结和两个异质结的三结设计；以及
图7B示出了同质结的三结设计。
具体实施方式
以下是辅助确定相应太阳能电池系统的效率的单结、双结和三结器件的效率分析。
A)单结器件：当半导体具有在Eg～1.3eV附近的带隙时，单结太阳能电池具有最优效率。硅的能量带隙在图1所示的Eg＝1.1eV附近。
B)双结器件：太阳能电池的效率可通过利用在顶部的高带隙材料和在底部的较低带隙材料建立太阳能电池的堆叠来提高。上面的电池捕获太阳光谱的高能量部分中的一些，而允许光谱的较低能量部分中的一些被底部电池捕获。基于一些理论假设，已经计算了用于最优双结电池的理想效率并且结果在图2中示出。
参考图2，可以看出，对于在从{0.91，1.54}到{1.16，1.73}的范围内的带隙对，双结的理论效率从单结的32％增加到双结器件的最高43.5％。例如，对于硅，这相当于具有带隙Eg～1.68eV的上面层的材料。
C)三结器件：如图3所示，通过使用具有最优化带隙以利用太阳光谱的3种半导体材料甚至可以进一步提高太阳能电池的效率，利用具有适当选择的带隙的材料理论上可高达50.7％。
从图3可以看出，对于具有带隙组{0.94，1.34，1.86}的三结，理论效率提高到高达50.7％。例如，对于作为底层的硅，最优带隙组是理论效率为48.8％的{1.10，1.45，1.94}。
应当注意，这些模拟结果基于涉及半导体材料的光学性质的简单但标准的假设。这些结果与通常涉及相互比较单结和多结电池效率的文献计算一致。
Figure BPA00001212178400081
根据图1-3的计算的效率数值给出略高于如表1所示的并在1日光照度下模拟的文献中的效率。结论是基于热动力学考虑，对于1日光太阳能电池限制的效率为68.7％。更高的照度水平理想地导致其中限制值为86.8％的更高效率。
这些结果有助于太阳能电池的最优设计，并且还为多结太阳能电池160的要求给出构架，该多结太阳能电池160由图4所示的太阳能电池产生环境100产生。例如，1日光下50％效率的器件会实现73％的可能效率。
如本领域技术人员将理解的，在整个该文件中的指示用于最优化半导体带隙的数值基于标准和理论假设，但考虑到材料的详细性能(行为)，期待最优带隙值适度变化。例如，如果使用详细的光学吸收曲线，则双结器件中在硅上的半导体的上层的带隙的最优值可从1.68eV的设定值稍微变化。已知不同材料将具有不同的性能并且因此本领域技术人员将理解，此处描述的操作、方法和系统可以以基于特殊材料或材料系统的更详细的特征和物理性能信息(例如，带隙参数信息或晶格常数参数)的类似方式实现，根据此处描述的方法和系统可实现适时的最优化。
例如，关键材料参数是半导体的能量带隙，并且引用的数值通常是导带和价带之间的最小能量差。一些材料是最小能量和最大能量在相同动量下发生的直接带隙材料，而其它材料是最小能量和最大能量在不同动量下发生的间接带隙材料。对于间接带隙材料，直接带隙在更高的能量下也对光学吸收具有效果。因此，光学吸收不能由引用的能隙的值充分地概括。特别地，层厚度的选择受详细地取决于材料的带结构的光学吸收的影响。原则上，全部详细的吸收特征必须用来最优化器件性能。
将可以理解，此处描述的硅基板层的使用并不限于硅的特定形式。例如，硅基板层中的硅可以选自由非晶硅(无定形硅)、多晶型硅(多晶硅，poly-crystalline silicon)、多晶硅(多结晶硅，multi-crystalline silicon)或单晶硅组成的组。在一个实施方式中，硅是以任何晶体取向(晶向)的晶片或基板形式的单晶硅。在一个实施方式中，单晶硅是具有100取向的晶片。在可替换的实施方式中，将其上设置有缓冲层的单晶硅的表面沿110方向切开(切割)达10度。如本领域技术人员将理解的可以使用硅形式的其它变化。
如下文所讨论的，根据一个实施方式，由3种材料构成的材料系统，例如称为三元化合物的InxGa1-xSb，可以用来生产图4所示的多结太阳能电池160(例如，用于器件层136)。它们的能量带隙不仅是重要的，而且还用来使三元化合物的晶格常数与邻近层的晶格常数匹配。由于在生产多结太阳能电池160的下文实例中使用的化合物，例如三元化合物的化学计量改变，例如通过改变三元InxGa1-xSb中的浓度x，能量带隙和晶格常数通常改变。尽管该变化影响多结太阳能电池的设计，但III-V族和II-VI族化合物半导体的具有化学计量的晶格常数和能量带隙的精确变化未完全列表，并且一些先前没有测量，因此，此处使用的晶格常数和能量带隙的值涉及期待的或理论的或测量的值，并且在这些值和更改内的变化可以是设想的，如本领域技术人员将理解的，获得关于用来产生太阳能电池160的化合物或材料的进一步信息。因此，此处使用的值是理论的和/或测量的和/或计算的值，并且本领域技术人员将理解给出的化学计量是名义上的并且是平均的，从而说明用于提供高效硅基太阳能电池160的通常方法和设计。下面说明的实例是用于说明的目的并且不是限制性的，因为可根据图4的太阳能电池产生环境设想其它组合和/或材料(例如，对于器件层136和缓冲层134)。因此，下面的实例说明了用于太阳能电池160的一些优选实施方式。期待精确的化学计量在获得更多关于用来形成太阳能电池160的材料和/或化合物的信息时变化。
为了方便，描述中的相似参考标号指代附图中的相似结构。参考图4，示出了通常由参考标号100表示的太阳能电池产生环境的实施方式。太阳能电池产生环境100被构造成提供基于单晶硅基板的多结太阳能器件160(例如，双结或三结器件)。太阳能电池产生环境100包含太阳能电池生长系统110。太阳能电池生长系统110包含被构造成接收构造材料120(构成材料，建筑材料，building materials)(例如，基板成分材料102、缓冲成分材料104和器件层成分材料106)的一个或更多个生长室130(例如130a、130b、130c)，以使成分根据参数146生长为不同的层，从而产生基于硅基板的多结太阳能电池器件160。参数146包含用于产生太阳能电池器件160的参数，例如构造材料120的参数(例如成分参数，例如用作构造材料120的各种成分和材料的带隙和晶格常数)、用于太阳能电池器件160的预定和/或期望的带隙参数、结(例如双结太阳能电池或三结太阳能电池)的预定和/或计算的数值、有源或无源硅基板、晶格匹配/失配参数设定(例如，在太阳能电池160的不同层中)、用于选择生长室130(例如130a、130b、130c)之一(和相关的层构造)的参数，以便产生多结太阳能电池160。参数146进一步包含掺杂参数，用于定义太阳能电池160的层中的每一个如何掺杂(例如，对于生长室130c，缓冲层AlSb掺杂的n型；基板层Si掺杂的p型)；以及如在下面的实例中讨论的其它组合。
参考图4，构造材料120包括例如Si、AlSb、III-V族化合物和II-VI族化合物。本文讨论III-V族和II-VI族化合物的实例。
根据还在下面的实例中示出的一个实施方式，太阳能电池产生环境100被构造成使一类高质量单晶半导体材料(Sb基)在具有至少一个缓冲层134(例如，包含AlSb缓冲层134的一个缓冲层134)的Si上生长。可替换地，太阳能电池160包含具有如在生长室130c中所示的AlSb器件层138的Si基板层132。例如，经由缓冲层134(例如，AlSb主缓冲层134)在Si上生长的Sb基材料(例如，如通过生长室130a和/或生长室130b提供的次级缓冲层(辅助缓冲层)134或器件层136)可包括例如AlSb、InSb、GaSb。然而，这些Sb基材料能高度失配于硅层(例如，132)，使用缓冲层(例如134)，它们导致高材料质量。
如将在下面的实例中说明的，根据一个实施方式，Sb基材料可用作次级缓冲层134，该次级缓冲层134连同AlSb用作在Si 132上生长的主缓冲层134，以便在仅用作缓冲层134时促进材料以比AlSb允许的更广范围的晶格匹配生长。该构造可由例如图4中所示的生长室130a提供。
应当注意，AlSb具有带隙Eg～1.65eV。因此，Si和AlSb都具有对于双结器件接近理想的带隙(参见图3)。
再次参考图4，太阳能电池产生环境100促进化合物在硅基基板上的生长。向生长室130(例如，生长室130a、130b、130c)提供一组构造材料120。构造材料120包含基板成分102、缓冲成分104、器件层成分106。如在下面的实例中所讨论的，基板成分包括用于基板有源或无源层132的材料。基板成分102可包括例如硅。缓冲成分104包括用于一个或更多个缓冲层134的材料。应当注意，该一个或更多个缓冲层134在图4中示出为缓冲层1-X，其中X是代表此处设想的缓冲层数量的一般变量。例如，如此处说明的，多个缓冲层可用作过渡层，从而允许其它材料(例如器件层136)在缓冲层134上生长。例如，许多缓冲层134可用来增大由缓冲层134提供的晶格常数，并允许范围更广的化合物用于邻近缓冲层134的一个或更多个器件层136中。类似地，器件层136的数量在图4中示出为1-Y，其中Y是代表此处设想的器件层数量的通用变量，从而获得期望的带隙组。如通过下面的实例所说明的，器件层136选自用于为太阳能电池160提供期望的带隙结果组的化合物。
因此，主缓冲成分104(用于作为直接邻近硅层132的层的第一缓冲层134)可以包括例如AlSb。用于作为邻近主缓冲层134的层的剩余缓冲层134的次级缓冲成分104可以包括例如Sb基化合物。例如，这包括用作次级缓冲层134的III-V族化合物。根据一个实施方式，次级缓冲层134邻近用作主缓冲层的AlSb缓冲层134。
层成分106可包括用于一个或更多个器件层136、138的化合物(例如，取决于双结或三结的太阳能电池160是否是期望的)。器件层成分106可以包括例如AlSb(例如，根据一个实施方式用于生长室130c中的器件层138，或用于生长室130b中的器件层136)。器件层成分106可进一步包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物。其它器件层成分106可以期待用于器件层136，以便实现用于太阳能电池160的期望的带隙。
通常，太阳能电池生长系统110包含一个或更多个生长室130。生长室130(例如，130a-130c)被构造成接收构造材料120(例如，作为用于基板层132的基板成分102的Si，作为用于缓冲层134的缓冲成分104的AlSb，以及作为用于形成器件层136的器件层成分106的一种或更多种化合物，例如III-V族化合物)。构造材料的构造和构造材料120的选择通过参数146促进。例如，如果需要带隙接近1.65的双结太阳能电池160，则选择AlSb作为器件层138的化合物106，其中硅基板102用于基板层132。一个或更多个参数146的选择通过计算装置101促进。根据一个实施方式，参数146是存储在计算装置101的存储器410内的预定参数。可替换地，参数146是通过计算装置101的用户接口402用户定义的(例如，交互提供的)。根据可替换的实施方式，参数146中的一些(例如，期望的晶格常数)基于其它预定参数146通过计算装置101提供(例如，根据它们的晶格常数，通过匹配预定缓冲层134提供的晶格常数来选择上面的器件层化合物136)。
再次参考图4，太阳能电池生长系统110促进AlSb在硅上外延生长(例如在生长室130a-130c中)。太阳能电池生长系统110进一步使用AlSb缓冲层，作为有源层136或作为“次级缓冲层”134来促进Sb基化合物在硅上的外延生长，从而促进其它材料(在器件层136上)的生长。
如在下面的实例中所说明的，太阳能电池生长系统110利用由III-V和II-VI族化合物的组合提供的已知晶格常数和能隙(例如参数146)，从而允许半导体材料的生长。
为了说明，在整个该文件中，化合物组对于次级缓冲层134(与AlSb主缓冲层134结合使用)来说限制于两种普通Sb基三元化合物；例如晶格常数在5.653到
Figure BPA00001212178400131
范围内的GaAsxSb1-x，以及例如晶格常数在6.096到
Figure BPA00001212178400132
范围内的GayIn1-ySb。这些共同跨越III-V和II-VI族化合物的非常宽范围的晶格常数，从而允许相关范围的III-V和II-VI族化合物用于器件层136，以便形成太阳能电池160。虽然次要缓冲层的优选结构将指示为GaAsxSb1-x和GayIn1-ySb化合物，但应理解具有相同晶格常数的其它材料也可用作次要缓冲层134。实际上该概念基于硅基板132形成“柔性基板”，促进晶格常数在约5.65到
Figure BPA00001212178400141
的宽范围中的材料的晶格匹配生长。
参考图4，ZnTe可以在AlSb(缓冲层134)上以约0.5％的晶格失配外延生长(作为器件层136)。然而，ZnTe的带隙低于2.2eV的最优带隙，不完全的晶格匹配将导致非期望的应变/缺陷，并且主要由于成本问题，AlSb不是期望的作为普遍存在的基板材料。然而，这说明了使用最优化的II-VI族化合物半导体作为用于太阳能电池的有源器件层的可行性会导致有效的太阳能电池器件结构160，其中该有源器件层连同III-V在硅上的生长工艺(使用AlSb缓冲层)。
在III-V族化合物的情况下，此处的讨论涉及在{Al、Ga、In:P、As、Sb}族中的三元(3种元素)和四元化合物(4种元素)。在II-VI族化合物的情况下，讨论涉及在{Zn、Cd:Se、Te}族中的三元和四元化合物。一个实例是化合物AlxGayIn1-x-ySb，该化合物是允许在带隙的宽范围内晶格匹配于AlSb的简单四元化合物。在四元化合物中，晶格常数和能量带隙可通过化学计量比、x和y的选择来独立选择。对于该特别的晶格常数范围，In的浓度完全稀释。原则上本领域技术人员可基于此处描述的相同原理来设想许多更复杂的III-V和II-VI族化合物。
如从此处提供的描述和下面提供的实例将更清楚地理解的，本发明提供了一种方法和系统，用于提供使用在硅上生长的缓冲层，从而促进各种化合物经由缓冲层在硅上生长的高效硅基太阳能电池。本发明还提供了由该方法和系统形成的太阳能电池。
在一个实施方式中，本发明提供了一种包含有源硅基板层的双结太阳能电池器件，该太阳能电池器件具有直接设置在硅层上的器件层，该器件层包含AlSb材料。该器件是可操作性的以作为太阳能电池器件，作为构件块从而形成包括附加器件层的太阳能电池，并且还作为太阳能电池可在其上生长的模板。
在一个实施方式中，本发明提供了一种包含有源硅层的双结单缓冲太阳能电池器件，该太阳能电池器件具有直接设置在硅层上的缓冲层，所述缓冲层包含AlSb材料，以及直接设置在缓冲层上的器件层，该器件层包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。缓冲层晶格失配于硅层。器件层可晶格匹配或晶格失配于缓冲层。
在优选的实施方式中，器件层包含选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在另一实施方式中，本发明提供了一种包含有源硅层的双结、双缓冲太阳能电池器件，该器件具有直接设置在硅层上的包含AlSb材料的第一缓冲层，以及直接设置在第一缓冲层上的第二缓冲层。器件层直接设置在第二缓冲层上，并且包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。第一缓冲层晶格失配于硅层。第二缓冲层可晶格匹配或晶格失配于第一缓冲层。在优选的实施方式中，器件层晶格匹配于第二缓冲层。
在优选的实施方式中，第二缓冲层包含选自由GaAsxSb1-x、GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料。器件层包含选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在另一实施方式中，本发明提供了一种包含有源硅层的三结单缓冲太阳能电池器件，该器件具有直接设置在硅层上的缓冲层，缓冲层包含AlSb材料；第一器件层；以及第二器件层，该第一器件层设置在缓冲层上并包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料，该第二器件层设置在第一器件层上，包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。第一缓冲层晶格失配于硅层。第二缓冲层可晶格匹配或晶格失配于第一缓冲层。
在一个实施方式中，第一和第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含III-V族化合物，而第二器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一和第二器件层包含II-VI族化合物。
在优选的实施方式中，第一器件层包含选自由InxGa1-xP、InPxAs1-x、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料，并且第二器件层包含选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGa1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在另一实施方式中，本发明提供了一种包含有源硅层的三结双缓冲太阳能电池器件，该器件具有直接设置在硅层上的第一缓冲层，该第一缓冲层包括AlSb材料；直接设置在第一缓冲层上的第二缓冲层、直接设置在第二缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层。第一器件层和第二器件层包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。第一缓冲层晶格失配于硅层。第二缓冲层可晶格匹配或晶格失配于第一缓冲层。在优选的实施方式中，第一器件层晶格匹配于第二缓冲层。
在一个实施方式中，第一器件层和第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含III-V族化合物，而第二器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第二器件层包含II-VI族化合物。
在优选的实施方式中，第二缓冲层包含选自由GaAsxSb1-x、GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料，第一器件层包含选自由InxGa1-xP、InPxAs1-x、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x，并且第二器件层包含选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGa1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种包含有源硅层的三结太阳能电池器件，该器件具有直接设置在一个表面上的第一缓冲层和直接设置在相对表面上的第二缓冲层。第一缓冲层和第二缓冲层包含AlSb材料。包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料的第一器件层直接设置在第一缓冲层上。包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料的第二器件层直接设置在第二缓冲层上。第一缓冲层晶格失配于硅层。第一器件层和第二器件层可以晶格匹配或晶格失配于相应的缓冲层。可在第一缓冲层与第一器件层之间引入第三缓冲层，并且可以在第二缓冲层与第二器件层之间引入第四缓冲层。
在优选的实施方式中，如果引入第三缓冲层和第四缓冲层，则第三缓冲层和第四缓冲层包含选自由GaAsxSb1-x、GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料，第一器件层包含选自由GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料，而第二器件材料选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于形成包含无源硅层的双结太阳能电池，该模板具有直接设置在硅层上的缓冲层，该缓冲层包含AlSb材料，以及直接设置在缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层。第一和第二器件层包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。
在一个实施方式中，第一器件层和第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含III-V族化合物，而第二器件层包含II-VI族化合物。在另一实施方式中，第一器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层包含III-V族化合物。在另一实施方式中，第一器件层和第二器件层包含II-VI族化合物。
在优选的实施方式中，第一器件层包括选自由InxGa1-xAs、AlxIn1-xAs、GaxAl1-xSb、AlxIn1-xSb、GaAsxSb1-x、InPxAs1-x和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料，并且第二器件层包括选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于形成包含无源硅层的三结太阳能电池，该模板具有直接布设置在硅层上的缓冲层，该缓冲层包含AlSb材料，以及直接设置在缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层以及直接设置在第二器件层上的第三器件层。第一器件层、第二器件层和第三器件层包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。
在一个实施方式中，第一器件层、第二器件层和第三器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层、第二器件层和第三器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第二器件层包含III-V族化合物，而第三器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含III-V族化合物，并且第二器件层和第三器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第三器件层包含III-V族化合物，而第二器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第三器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层和第三器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第二器件层包含II-VI族化合物，而第三器件层包含III-V族化合物。
在优选的实施方式中，第一器件层包含选自由GaAsxSb1-x、AlxIn1-xSb、InxGa1-xAs和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料，而第二器件层包含选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料，并且第三器件层包含选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于形成包含无源硅层的双结太阳能电池，该模板具有直接设置在硅层上的第一无源缓冲层，该缓冲层包含AlSb材料，和直接设置在第一无源缓冲层上的第二无源缓冲层，以及直接设置在缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层。第一器件层和第二器件层包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。
在一个实施方式中，第一器件层和第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含III-V族化合物，而第二器件层包含II-VI族化合物。在另一实施方式中，第一器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层包含III-V族化合物。在另一实施方式中，第一器件层和第二器件层包含II-VI族化合物。
在优选的实施方式中，第二无源层包含选自由GaAsxSb1-x、GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料。第一器件层包含选自由InxGa1-xAs、AlxIn1-xAs、GaxAl1-xSb、AlxIn1-xSb、GaAsxSb1-x、InPxAs1-x和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料，并且第二器件层包含选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
在可替换的实施方式中，本发明提供了一种太阳能电池器件模板，用于形成包含无源硅层的三结太阳能电池，该模板具有直接设置在硅层上的第一无源缓冲层，该缓冲层包含AlSb材料，以及直接设置在第一无源缓冲层上的第二无源缓冲层，以及直接设置在缓冲层上的第一器件层和直接设置在第一器件层上的第二器件层，以及直接设置在第二器件层上的第三器件层。第一器件层、第二器件层和第三器件层包含选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。
在一个实施方式中，第一器件层、第二器件层和第三器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层、第二器件层和第三器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第二器件层包含III-V族化合物，并且第三器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含III-V族化合物，并且第二器件层和第三器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第三器件层包含III-V族化合物，而第二器件层包含II-VI族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第三器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层包含II-VI族化合物，而第二器件层和第三器件层包含III-V族化合物。在可替换的实施方式中，第一器件层和第二器件层包含II-VI族化合物，而第三器件层包含III-V族化合物。
在优选的实施方式中，第二无源层包含选自由GaAsxSb1-x、GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料。第一器件层包含选自由GaAsxSb1-x、AlxIn1-xSb、InxGa1-xAs和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料，而第二器件层包含选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料，并且第三器件层包含选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
下面提供由太阳能电池生长系统110生产的双结和三结器件太阳能电池160的实例。提供该实例以仅说明本发明的各种实施方式并且不意味着是限制性的。
1.硅有源双结器件
实施例1：硅：III-V(双结、无缓冲层)
参考图4，双结、无缓冲层的太阳能电池160经由生长室130c产生，其中基板层132是有源硅层并且器件层138是AlSb。
AlSb具有Eg～1.65的带隙，并且因此近理想地适于简单的双结太阳能电池。
太阳能电池通过AlSb在Si上外延生长来制造，其中实施的方法包括分子束外延(MBE)和金属有机化学气相沉积(MOCVD)。
该结构可以表示为：
Si:AlSb    (a0～6.130
Figure BPA00001212178400221
)
  AlSb
  硅有源基板
实施例2：硅：III-V(双结、单缓冲层)
另一变化包括具有Eg～1.68的另外的器件顶层D 136，该器件顶层D 136可与AlSb缓冲层134晶格匹配生长或晶格匹配生长(例如，如在生长室130a中所示出的)，该缓冲层134可与Si 132晶格失配。在以下符号中，圆括号表示(AlSb)被用作与器件层138相反的缓冲层134。
在以下实例中，缓冲层(134)用来促进相邻层在硅基板(132)上的生长。该方法给出了很大的灵活性，从而为太阳能电池器件选择具有期望性能的相邻层。缓冲层促进相邻层的生长但足够薄，它们并不干扰多结太阳能电池160的操作。当它们基板132上面形成第一太阳能电池结的主要部分(部件)时，相邻层将称为器件层。存在一些可在很薄时用作缓冲层，或在很厚时用作器件层(例如AlSb)的材料，如在以下实例中的一些中所说明的。
该晶格匹配情况基于AlxGayIn1-x-ySb四元体系。
Si:(AlSb)-LM-Al0.682Ga0.290In0.028Sb    (a0～6.130
Figure BPA00001212178400222
)
该化合物的精确化学计量应优选加以选择以给出约1.68eV的直接带隙。
-LM-表示晶格匹配，并用星号(*)表示相互晶格匹配的层。
  III-V层D
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
实施例3：硅：III-V(双结、双缓冲层)
更复杂的变化添加到具有Eg～1.68的顶器件层C 136，该顶器件层C 136可晶格匹配地生长到Sb基材料(层B)(缓冲层134)材料，该Sb基材料在AlSb缓冲层(层134)上晶格匹配或晶格失配地生长，该AlSb缓冲层在Si(132)上晶格失配生长。在这种情况下，层B作为次要类型的缓冲层并且旨在是薄的-它称为“III-V族次级缓冲层”(例如，如由生长室130a提供的)。该结构指定为Si:(AlSb):[B]:C，并且该符号将遍及本文档的剩余部分。在选择给出晶格匹配和～1.68eV带隙的选择后，可以使用下面四种方案：
Si:(AlSb):[GaAs0.65Sb0.35]-LM-Al0.15In0.85P    (a0～5.81
Figure BPA00001212178400231
)
Si:(AlSb):[GaAs0.56Sb0.44]-LM-Al0.53In0.47As   (a0～5.85
Figure BPA00001212178400232
)
Si:(AlSb):[GaSb]-LM-Al0.80Ga0.20As0.02Sb0.98   (a0～6.096)
Si:(AlSb):[GaSb]-LM-Al0.80Ga0.20P0.03Sb0.97    (a0～6.096
Figure BPA00001212178400234
)
Si:(AlSb):[GaSb]-LM-Al0.67In0.33As0.33Sb0.67   (a0～6.096
Figure BPA00001212178400235
)
Si:(AlSb):[GaSb]-LM-Al0.67In0.33P0.20Sb0.80    (a0～6.096
Figure BPA00001212178400236
)
Si:(AlSb):[Ga0.94In0.06Sb]-LM-Al0.67Ga0.33Sb   (a0～6.12
Figure BPA00001212178400237
)
Si:(AlSb):[Ga0.91In0.09Sb]-LM-Al1.00In0.00Sb   (a0～6.130
Figure BPA00001212178400238
)
对
Si:(AlSb):[Ga0.66In0.34Sb]-LM-Al0.73In0.27Sb   (a0～6.225
Figure BPA00001212178400239
)
为约1.68eV的带隙选择顶器件层C(器件层136)的精确化学计量。
为了晶格匹配于顶层C，选择层B(次级缓冲层134)中的精确化学计量。
  III-V层C*
  III-V次级缓冲层[B]
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
实施例4：硅：II-VI(双结、单缓冲层)
另一变化添加具有Eg～1.68的顶器件层F(136)，该顶器件层F可晶格匹配或晶格失配地生长到AlSb层(134)，该AlSb层在Si(132)上生长(例如，如由生长室130a所提供的)。虽然在考虑的设定中存在2种晶格匹配于AlSb的II-VI族三元化合物，但它们中的一种更紧密接近约1.68eV的带隙，并且尤其是相对于ZnTe是优选的。该方案使用以下多层结构：
Si:(AlSb)-LM-CdSe0.79Te0.21    (a0～6.130)
在这种情况下，选择化合物的精确化学计量，以便晶格匹配于AlSb并产生约1.54eV的带隙。
  II-VI层F
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
实施例5：硅：II-VI(双结、双缓冲层)
以下说明用于II-VI族层(136)(例如，如由生长室130a提供的)的双缓冲方案。由于仅选择给出晶格匹配和约1.68eV带隙的选择，提供了以下4个实例：
Si:(AlSb):[GaAs0.135Sb0.865]-LM-Cd0.98Zn0.02Se    (a0～6.036
Figure BPA00001212178400242
)
Si:(AlSb):[GaAs0.12Sb0.88]-LM-CdSe                (a0～6.044
Figure BPA00001212178400243
)
Si:(AlSb):[GaSb]-LM-CdSe0.87Te0.13                (a0～6.096
Figure BPA00001212178400244
)
Si:(AlSb):[Ga0.26In0.74Sb]-LM-Cd0.77Zn0.23Te      (a0～6.38)
为约1.68eV的带隙选择顶器件层G(器件层136)的精确化学计量。
为了晶格匹配于顶层G，选择层B(次级缓冲层134)中的精确化学计量。
  II-VI层G*
  III-V次级缓冲层[B]*
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
以下是太阳能电池生长系统110提供的三结太阳能电池器件160的实例。
II.硅基三结器件
实施例6：硅作为中间有源层(在生长室130b中的132)：
使用任何上述的双结设计，将第三结添加在硅基板的相对侧上，从而捕获红外光谱的额外部分(具有Eg～0.5到0.7的第三材料是最优的)。该构造经由图4中示出的生长室130b被促进。优选的实例包括：
GaSb:(AlSb):Si:(AlSb)-LM-Al0.682Ga0.290In0.028Sb
GaSb:(AlSb):Si:(AlSb):[GaAs0.56Sb0.44]-LM-Al0.53In0.47As
GaSb:(AlSb):Si:(AlSb):[GaAs0.65Sb0.35]-LM-Al0.15In0.85P
GaSb:(AlSb):Si:(AlSb):[GaAs0.56Sb0.44]-LM-Al0.53In0.47As
GaSb:(AlSb):Si:(AlSb):[Ga0.94In0.06Sb]-LM-Al0.67Ga0.33Sb
GaSb:(AlSb):Si:(AlSb):[Ga0.66In0.34Sb]-LM-Al0.73In0.27Sb
Ga0.84In0.16Sb:(AlSb):Si:(AlSb)-LM-Al0.682Ga0.290In0.028Sb
Ga0.84In0.16Sb:(AlSb):Si:(AlSb):[GaAs0.56Sb0.44]-LM-Al0.53In0.47As
Ga0.84In0.16Sb:(AlSb):Si:(AlSb):[GaAs0.65Sb0.35]-LM-Al0.15In0.85P
Ga0.84In0.16Sb:(AlSb):Si:(AlSb):[GaAs0.56Sb0.44]-LM-Al0.53In0.47As
Ga0.84In0.16Sb:(AlSb):Si:(AlSb):[Ga0.94In0.06Sb]-LM-Al0.67Ga0.33Sb
Ga0.84In0.16Sb:(AlSb):Si:(AlSb):[Ga0.66In0.34Sb]-LM-Al0.73In0.27Sb
 III-V或II-VI层*
 AlSb缓冲层或AlSb和次级缓冲层
 硅有源基板
 AlSb缓冲层或AlSb和次级缓冲层*
 III-V或II-VI层*
实施例7：硅作为底部有源层(例如，如由生长室130a提供的)
基于Si 132的最优三结器件160具有带隙为1.45和1.94eV的最优重叠层。制造硅基三结太阳能电池的几种不同的方案在下面描述。
a)硅：III-V:III-V(三结、单缓冲层)：晶格匹配的情况基于AlxGayIn1-x-ySb四元体系。该方案利用下面的多层结构：
Si:(AlSb)-LM-Al0.550Ga0.410In0.040Sb-LM-Al0.822Ga0.163In0.016Sb    (a0～6.130
Figure BPA00001212178400261
)
  顶III-V层*
  中间III-V层*
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
b)硅：III-V:III-V(三结、双缓冲层)：以下是用于该构造的两个优选的结构：
Si:(AlSb):[GaAs0.75Sb0.25]-LM-In0.75Ga0.25P-LM-Al0.255In0.745P     (a0～5.764
Figure BPA00001212178400262
)
Si:(AlSb):[GaAs0.655Sb0.345]-LM-In0.85Ga0.15P-LM-Al0.635In0.365As  (a0～5.806
Figure BPA00001212178400263
)
 顶III-V层*
 中间III-V层*
 III-V次级缓冲层[B]*
 AlSb缓冲层
 硅有源基板
c)硅：III-V:II-VI(三结、双缓冲层)：以下是用于该构造的3个优选的结构：
Si:(AlSb):[GaAs0.49Sb0.51]-LM-InP0.94As0.06-LM-Cd0.565Zn0.435Se     (a0～5.88
Figure BPA00001212178400271
)
Si:(AlSb):[GaAs0.465Sb0.535]-LM-Al0.43In0.57As-LM-Cd0.585Zn0.415Se  (a0～5.89
Figure BPA00001212178400272
)
Si:(AlSb):[Ga0.60In0.40Sb]-LM-Al0.66In0.34Sb-LM-Cd0.41Zn0.59Te      (a0～6.25
Figure BPA00001212178400273
)
  顶II-VI层*
  中间III-V层*
  III-V次级缓冲层[B]*
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
d)硅：II-VI:III-V(三结、双缓冲层)：以下是用于此的优选结构：
Si:(AlSb):[Ga0.755In0.245Sb]-LM-CdSe0.64Te0.36-LM-Al0.82In0.18Sb    (a0～6.19)
  顶III-V层*
  中间II-VI层*
  III-V次级缓冲层[B]*
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
e)硅：II-VI:II-VI(三结、双缓冲层)：以下是用于此的优选结构：
Si:(AlSb):[Ga0.57In0.43Sb]-LM-CdSe0.48Te0.52-LM-Cd0.44Zn0.56Te    (a0～6.26
Figure BPA00001212178400275
)
  顶II-VI层*
  中间II-VI层*
  III-V次级缓冲层[B]*
  AlSb缓冲层
  硅有源基板
III.用于双结器件的硅无源基板
在上面的实例中，硅基板(例如，作为基板有源层132)形成太阳能电池结构的整体部分，作为双结器件中的底部电池(单元)、作为三结器件中的底部电池或作为三结器件中的中间电池。在这些情况下，硅基板称为“硅有源基板”。晶格失配生长的方法有利地被用于设计新型的多结太阳能电池160器件。这些相同的方法可延伸至将硅基板用作无源基板(例如，基板无源层132)，以使有源器件层在宽范围的晶格常数内生长，这可用于双结或三结器件。在这些情况下，硅并不包含多结器件的结中的一个(尽管它可用作接触层)，这对硅基板的质量要求较不严格，并为有利的太阳能电池创建另外的机会。在这些情况下，硅基板称为“硅无源基板”。
使用硅主要作为无源基板来生长双结电池，以引发最优双结设置从而降低基板成本是有利的。最优双结设置会彼此晶格匹配并具有在从{0.91，1.54}到{1.16，1.73}的范围内的带隙对。
a)硅基板：(III-V:III-V双结、单缓冲层)：在这种情况下，GaAsxSb1-x层是如前面描述的较厚且有源形式的次级缓冲层，晶格匹配或失配生长到AlSb缓冲层，该缓冲层晶格失配生长到硅，与前面的情况相同。晶格匹配的情况基于AlxGayIn1-x-ySb四元体系。下面示出了用于此的4种结构的实例：
Si:(AlSb):GaAs0.67Sb0.33-LM-In0.84Ga0.16P                          (a0～5.80
Figure BPA00001212178400281
)
Si:(AlSb):GaAs0.60Sb0.40-LM-Al0.095In0.905P                        (a0～5.83
Figure BPA00001212178400282
)
Si:(AlSb):GaAs0.51Sb0.49-LM-Al0.475In0.525As                       (a0～5.87
Figure BPA00001212178400283
)
Si:(AlSb)-LM-Al0.331Ga0.610In0.059Sb-LM-Al0.682Ga0.290In0.028Sb    (a0～6.130
Figure BPA00001212178400284
)
  顶III-V层*
  底III-V层*
  AlSb缓冲层
  硅无源基板
b)硅基板：(III-V:III-V双结、双缓冲层)：用于该构造的一个结构的实例是：
Si:(AlSb):[GaAs0.67Sb0.33]-LM-In0.36Ga0.64As-LM-In0.84Ga0.16P    (a0～5.80)
  顶III-V层*
  底III-V层*
  III-V次级缓冲层[B]
  AlSb缓冲层
  硅无源基板
c)硅基板：(III-V:II-VI双结、单缓冲层)：晶格匹配的情况基于AlxGayIn1-x-ySb四元体系。用于该构造的一个结构的实例在下面提供：
Si:(AlSb)-LM-Al0.199Ga0.730In0.071Sb-LM-CdSe0.79Te0.21(a0～6.130
Figure BPA00001212178400291
)
  顶II-VI层*
  底III-V层*
  AlSb缓冲层
  硅无源基板
d)硅基板(III-V:II-VI双结、双缓冲层)：下面示出了该结构的四个实例：
Si:(AlSb):[GaAs0.34Sb0.66]-LM-Al0.28In0.72As-LM-Cd0.74Zn0.26Se    (a0～5.947)
Si:(AlSb):[Ga0.985In0.015Sb]-LM-Ga0.82Al0.18Sb-LM-CdSe0.85Te0.15  (a0～6.102
Figure BPA00001212178400293
)
Si:(AlSb):[Ga0.39In0.61Sb]-LM-Al0.43In0.57Sb-LM-CdSe0.30Te0.70    (a0～6.33
Figure BPA00001212178400294
)
Si:(AlSb):[Ga0.34In0.66Sb]-LM-Al0.37In0.63Sb-LM-Cd0.69Zn0.31Te    (a0～6.35
Figure BPA00001212178400295
)
  顶II-VI层*
  底III-V层*
  III-V次级缓冲层[B]
  AlSb缓冲层
  硅无源基板
IV.用于三结器件的硅无源基板
使用硅主要作为无源基板(层132)生长三结电池，以引发最优三结设置从而降低基板成本是有利的。最优三结设置是相互晶格匹配的并具有E1～0.94eV、E2～1.34eV、E3～1.86eV的带隙。虽然相对于任何一个带隙存在相当大的范围，但一旦选择一个带隙，其它2个都要小心选择，以实现最大效率(参见在上文图3中三结效率的讨论的曲线图)。
a)硅基板：(III-V:III-V:III-V三结、单缓冲层)：在这种情况下，GaAsxSb1-x层是如前面描述的较厚且有源形式的第二缓冲层，晶格匹配或失配生长到AlSb缓冲层，该缓冲层晶格失配生长到硅，与前面的情况相同。晶格匹配的情况基于AlxGayIn1-x-ySb四元体系。下面示出了该结构的三个实例：
Si:(AlSb):GaAs0.78Sb0.22-LM-In0.72Ga0.28P-LM-Al0.29In0.71P       (a0～5.75
Figure BPA00001212178400301
)
Si:(AlSb):GaAs0.65Sb0.35-LM-In0.86Ga0.14P-LM-Al0.625In0.375As    (a0～5.81
Figure BPA00001212178400302
)
Si:(AlSb)-LM-Al0.221Ga0.710In0.069Sb-LM-Al0.484Ga0.470In0.046Sb-LM-
Al0.781Ga0.200In0.019Sb                                          (a0～6.130)
  顶III-V层*
  中间III-V层*
  底III-V层*
  AlSb缓冲层
  硅无源基板
b)硅基板：(III-V:III-V:II-VI三结、单缓冲层)：在这种情况下，GaAsxSb1-x层是如前面描述的较厚且有源形式的第二缓冲层，晶格匹配或失配生长到AlSb缓冲层，该缓冲层晶格失配生长到硅，与前面的情况相同。下面示出了该结构的两个实例：
Si:(AlSb):GaAs0.50Sb0.50-LM-InP-LM-Cd0.52Zn0.48Se                (a0～5.87
Figure BPA00001212178400304
)
Si:(AlSb):GaAs0.465Sb0.535-LM-Al0.43In0.57As-LM-Cd0.585Zn0.415Se (a0～5.89
Figure BPA00001212178400305
)
  顶II-VI层*
  中间III-V层*
  底III-V层*
  AlSb缓冲层
  硅无源基板
c)硅基板：(III-V:II-VI:II-VI三结、双缓冲层)：下面示出了该结构的一个实例：
Si:(AlSb):[Ga0.44In0.56Sb]-LM-Al0.48In0.52Sb-LM-CdSe0.35Te0.65-LM-
Cd0.58Zn0.42Te                                     (a0～6.31
Figure BPA00001212178400311
)
 顶II-VI层*
 中间II-VI层*
 底III-V层*
 III-V次级缓冲层[B]*
 AlSb缓冲层
 硅无源基板
V.关于双结和三结设计的通常选择
此处讨论的所有上述双结电池160(例如，利用Si作为无源或有源基板层132)可以2种变型来设计：(I)同质结：在硅中和器件层中的p-n结，在图6A中示出；或(II)异质结：在硅中的p掺杂和在器件层中的n掺杂，在图6B中示出。
p型和n型在两种情况中都可以互换，但它们都必须进行互换以维持适当的极性。
所有上述三结电池160(采用Si作为无源或有源基板层132)可以2种基本变型来设计：(I)在图7A中示出的一个同质结和两个异质结，具有2种变化；(II)由于极性，两个同质结和一个异质结是不可能的；(III)在图7B中示出的三个同质结。
p型和n型在所有情况下都可以互换，但它们都必须进行互换以维持适当的极性。
在多结太阳能电池的制造中，良好建立的是，隧道结或它们的功能等效物必须置于亚单元之间，以便促进亚单元之间的电流流动。图6和图7中的隧道结的位置由符号“T”表示。异质结并不需要隧道结。
计算装置101
参考图4和图5，太阳能电池生长系统110被构造成与此处称为计算装置101的控制系统通信，用于提供参数146(例如，经由存储器410或用户接口402)从而控制生长室130(例如，基于预定参数146和构造材料120确定使用生长室130a-130c中的哪个)的化合物(例如，102、104、106)和构造(例如，缓冲层134的数量、器件层136的数量、双结或三结太阳能电池160)，从而形成多结太阳能电池160。装置101通常可以包括经连接418连接至装置基础结构(基础设施)404的网络连接接口400，诸如网络接口卡或调制解调器。连接接口400在装置101操作期间可连接至网络11(例如，对内网/外网可连接，以使组织数据16和/或信号数据12可用)，这使装置101能够视情况互相通信。例如，网络11可支持构造材料120与生长层130的通信。
再次参考图5，装置101也可具有由连接422连接至装置基础结构404的用户接口402，从而与用户例如，太阳能电池产生环境100的用户交互。用户接口402可以包括一个或更多个用户输入装置，例如但不限于QWERTY键盘、辅助键盘(小键盘)、滚轮、指示笔、鼠标、话筒，以及用户输出装置，例如LCD/LED屏幕显示器和/或扬声器。如果屏幕是触敏的，则显示器也可用作如被装置基础结构404控制的用户输入装置。
再次参考图5，装置101的操作由装置基础结构404促进。装置基础结构404包括一个或更多个计算机处理器408，并且可以包括相关的存储器410(例如，随机存取存储器)。计算机处理器408通过执行任务相关的指令，通过操作装置101的网络接口400、用户接口402和其它应用程序/硬件407，来促进被构造成用于期望的任务的装置101的性能。这些任务相关的指令可由位于存储器410中的操作系统和/或软件应用407提供，和/或由配置到设计成执行特殊任务的处理器408的电子/数字电路中的可操作性提供。此外，认识到装置基础结构404可以包括连接至处理器408的计算机可读存储介质412，用于向处理器408提供指令和/或加载/升级应用程序407。计算机可读介质412可包括硬件和/或软件，例如，仅作为实例，磁盘、磁带、光学可读介质例如CD/DVD ROMS，以及存储卡。在每种情况下，计算机可读介质412都可采取小型盘、软盘、卡带、硬盘驱动、固态存储卡或设置在存储模块410中的RAM的形式。应当注意，上面列出的计算机可读介质412的实例可单独使用或组合使用。器件存储器410和/或计算机可读介质412可用来存储装置101的协议和相关插入识别。
此外，认识到计算装置101可以包括可执行应用407，该应用包含代码或机器可读指令，用于实施包括那些操作系统的预定功能/操作。如本文中使用的处理器408是机器可读指令的配置的器件和/或设置，用于执行如上面实例描述的操作。如本文中使用的，处理器408可包含硬件、固件和/或软件中的任何一种或组合。处理器408通过操纵、分析、修改、转换或传输信息而作用于信息，和/或通过发送与输出装置有关的信息，以使信息由可执行程序或信息装置使用。例如，处理器408可以使用或包含控制器或微处理器的能力。
应当理解，计算装置101可以是例如个人计算机、个人数字助理。
本领域技术人员将认识到，本发明可以采取许多形式，并且这样的形式在如所要求保护的本发明的范围内。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于包括在此的优选形式的描述。

Claims (97)

1.一种太阳能电池器件，包括：
硅基板层；
至少一个缓冲层，设置在硅层上，所述缓冲层晶格失配于所述硅基板层；以及
至少一个器件层，设置在所述至少一个缓冲层上，所述至少一个器件层包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其中，所述太阳能电池器件包括第一缓冲层和第二缓冲层，所述第一缓冲层直接设置在所述硅层上并且晶格失配于所述硅层，而所述第二缓冲层直接设置在所述第一缓冲层上，所述至少一个器件层直接设置在所述第二缓冲层上。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其中，所述至少一个缓冲层包括AlSb基化合物。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其中，所述至少一个缓冲层包括AlSb和其它III-V族化合物。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池器件，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
9.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层包括AlSb基化合物。
10.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层包括AlSb和其它III-V族化合物。
11.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述第二缓冲层包括GaSb基化合物。
12.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述第二缓冲层包括GaSb和其它III-V族化合物。
13.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述第二缓冲层包括选自由GaAsxSb1-x和GaxIn1-xSb组成的组中的材料。
14.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述第二缓冲层具有在约5.65
Figure FPA00001212178300021
至6.48
Figure FPA00001212178300022
范围内的晶格常数。
15.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
18.根据权利要求17所述的太阳能电池器件，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
19.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其中，所述太阳能电池包括一个器件层，所述器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
20.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述至少一个器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
21.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其中，所述太阳能电池包括第一器件层和第二器件层，所述第一器件层直接设置在所述缓冲层上，而所述第二器件层直接设置在所述第一器件层上。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池器件，其中，所述第一器件层包括选自由InxGa1-xP、InPxAs1-x、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料。
23.根据权利要求21所述的太阳能电池器件，其中，所述第二器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGa1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
24.根据权利要求2所述的太阳能电池器件，其中，所述太阳能电池包括第一器件层和第二器件层，所述第一器件层直接设置在所述第二缓冲层上，而所述第二器件层直接设置在所述第一器件层上。
25.根据权利要求24所述的太阳能电池器件，其中，所述第一器件层包括选自由InxGa1-xP、InPxAs1-x、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料。
26.根据权利要求24所述的太阳能电池器件，其中，所述第二器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xSb、AlxGa1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
27.一种太阳能电池器件，包括：硅基板层，设置在所述硅基板层的第一表面上的第一缓冲层和设置在所述硅基板层的相对表面上的第二缓冲层，所述第一缓冲层和第二缓冲层晶格失配于所述硅基板层；以及设置在所述第一缓冲层上的第一器件层和设置在所述第二缓冲层上的第二器件层，所述第一器件层和第二器件层均独立地包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
28.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层和第二缓冲层均独立地包括AlSb基化合物。
29.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层和第二缓冲层均独立地包括AlSb和其它III-V族化合物。
30.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
31.根据权利要求30所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
32.根据权利要求31所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
33.根据权利要求32所述的太阳能电池器件，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
34.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，其中，所述第一器件层包括选自由GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料。
35.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，其中，所述第二器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
36.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，进一步包括直接设置在所述第一缓冲层上的第三缓冲层，所述第一器件层直接设置在所述第三缓冲层上，而所述第二器件层直接设置在所述第二缓冲层上，所述第一器件层和第二器件层均独立地包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
37.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层和第二缓冲层均独立地包括AlSb基化合物。
38.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层和第二缓冲层均独立地包括AlSb和其它III-V族化合物。
39.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层包括GaSb基化合物。
40.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层包括GaSb和其它III-V族化合物。
41.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层包括选自由GaAsxSb1-x和GaxIn1-xSb组成的组中的材料。
42.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层具有在约5.65至6.48
Figure FPA00001212178300062
范围内的晶格常数。
43.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
44.根据权利要求43所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
45.根据权利要求44所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
46.根据权利要求45所述的太阳能电池器件，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
47.根据权利要求36所述的太阳能电池器件，其中，一个器件层包括选自由GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料。
48.根据权利要求47所述的太阳能电池器件，其中，其它器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
49.根据权利要求27所述的太阳能电池器件，进一步包括直接设置在所述第一缓冲层上的第三缓冲层和直接设置在所述第二缓冲层上的第四缓冲层；所述第一器件层直接设置在所述第三缓冲层上，而所述第二器件层直接设置在所述第四缓冲层上，所述第一器件层和第二器件层均独立地包括Sb基化合物、III-V族化合物和II-VI族化合物中的至少一种。
50.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层和第二缓冲层均独立地包括AlSb基化合物。
51.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第一缓冲层和第二缓冲层均独立地包括AlSb和其它III-V族化合物。
52.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
53.根据权利要求52所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
54.根据权利要求53所述的太阳能电池器件，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
55.根据权利要求54所述的太阳能电池器件，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
56.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层和第四缓冲层均独立地包括GaSb基化合物。
57.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层和第四缓冲层均独立地包括GaSb和其它III-V族化合物。
58.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层和第四缓冲层均独立地包括选自由GaAsxSb1-x和GaxIn1-xSb组成的组中的材料。
59.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第三缓冲层和第四缓冲层均独立地具有在约5.65
Figure FPA00001212178300081
至6.48
Figure FPA00001212178300082
范围内的晶格常数。
60.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第一器件层包括选自由GaxIn1-xSb和GaSb组成的组中的材料。
61.根据权利要求49所述的太阳能电池器件，其中，所述第二器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
62.一种用于生长太阳能电池的太阳能电池器件模板，所述模板包括：
无源硅基板层；
至少一个缓冲层，直接设置在所述无源硅基板层上，所述至少一个缓冲层晶格失配于硅基板层；以及
直接设置在所述至少一个缓冲层上的第一器件层和直接设置在所述第一器件层上的第二器件层，所述第一器件层和第二器件层形成所述太阳能电池。
63.根据权利要求62所述的太阳能电池器件模板，其中，所述至少一个缓冲层包括AlSb基化合物。
64.根据权利要求62所述的太阳能电池器件模板，其中，所述至少一个缓冲层包括AlSb和其它III-V族化合物。
65.根据权利要求62所述的太阳能电池器件模板，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
66.根据权利要求65所述的太阳能电池器件模板，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
67.根据权利要求66所述的太阳能电池器件模板，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
68.根据权利要求66所述的太阳能电池器件模板，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
69.根据权利要求62所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一器件层和第二器件层包括选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。
70.根据权利要求69所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一器件层包括选自由InxGa1-xAs、AlxIn1-xAs、GaxAl1-xSb、AlxIn1-xSb、GaAsxSb1-x、InPxAs1-x和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料。
71.根据权利要求69所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第二器件层包括选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
72.根据权利要求69所述的太阳能电池器件模板，进一步包括直接设置在所述第二器件层上的第三器件层，所述第三器件层包括选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料，其中所述第一器件层、第二器件层和第三器件层形成所述太阳能电池。
73.根据权利要求72所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一器件层包括选自由GaAsxSb1-x、AlxIn1-xSb、InxGa1-xAs和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料，所述第二器件层包括选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料，并且所述第三器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
74.根据权利要求62所述的太阳能电池器件模板，包括第一无源缓冲层和第二无源缓冲层，第一缓冲层直接设置在所述硅基板上，而第二缓冲层直接设置在所述第一无源缓冲层上，所述第一器件层直接设置在所述第二无源缓冲层上，所述第一器件层和第二器件层形成所述太阳能电池。
75.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一无源缓冲层包括AlSb基化合物。
76.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一无源缓冲层包括AlSb和其它III-V族化合物。
77.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第二无源缓冲层包括GaSb基化合物。
78.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第二无源缓冲层包括GaSb和其它III-V族化合物。
79.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第二无源缓冲层包括选自由GaAsxSb1-x和GaxIn1-xSb组成的组中的材料。
80.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第二无源缓冲层具有在约5.65
Figure FPA00001212178300111
至6.48范围内的晶格常数。
81.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述硅选自由非晶硅、多晶型硅、多晶硅或单晶硅组成的组。
82.根据权利要求81所述的太阳能电池器件模板，其中，所述单晶硅是以任何晶体取向的晶片或基板的形式。
83.根据权利要求81所述的太阳能电池器件模板，其中，所述单晶硅是具有100取向的晶片。
84.根据权利要求83所述的太阳能电池器件模板，其中，所述硅基板的表面沿110方向切开达10度，在所述硅基板的表面上设置有所述缓冲层。
85.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一器件层和第二器件层包括选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料。
86.根据权利要求85所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一器件层包括选自由InxGa1-xAs、AlxIn1-xAs、GaxAl1-xSb、AlxIn1-xSb、GaAsxSb1-x、InPxAs1-x和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料。
87.根据权利要求85所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第二器件层包括选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xSb、AlxIn1-xSb、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe、CdSexTe1-x和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
88.根据权利要求74所述的太阳能电池器件模板，进一步包括直接设置在所述第二器件层上的第三器件层，所述第三器件层包括选自由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的组中的材料，其中所述第一器件层、第二器件层和第三器件层形成所述太阳能电池。
89.根据权利要求88所述的太阳能电池器件模板，其中，所述第一器件层包括选自由GaAsxSb1-x、AlxIn1-xSb、InxGa1-xAs和AlxGayIn1-x-ySb组成的组中的材料，所述第二器件层包括选自由InxGa1-xP、AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb和CdSexTe1-x组成的组中的材料，并且所述第三器件层包括选自由AlxIn1-xP、AlxIn1-xAs、AlxGayIn1-x-ySb、CdxZn1-xSe和CdxZn1-xTe组成的组中的材料。
90.一种太阳能电池生产系统，包括：
至少一个生长室，被构造成接收基板层材料、缓冲层材料和器件层材料；以及
控制系统，被构造成使多结太阳能电池基于生长参数生长。
91.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述生长参数包括下列中的至少一种：构造材料参数、带隙参数；结数量参数、有源或无源基板材料参数、晶格匹配和/或失配参数、掺杂参数、以及生长室选择参数。
92.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述基板层材料选自非晶硅、多晶型硅、多晶硅和单晶硅。
93.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述缓冲层材料包括AlSb和GaSb中的至少一种。
94.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述缓冲层材料包括AlSb与其它III族和V族元素。
95.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述缓冲层材料包括GaSb与其它III族和V族元素。
96.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述器件层材料选自III-V族化合物和II-VI族化合物。
97.根据权利要求90所述的太阳能电池生产系统，其中，所述器件层材料选自由AlxGa1-xSb、AlxIn1-xAs、AlxIn1-xP、AlxIn1-xSb、GaAsxSb1-x、InPxAs1-x、InxGa1-xAs、InxGa1-xP、AlxGayIn1-x-ySb、AlxGa1-xAsySb1-y、AlxIn1-xAsySb1-y、AlxIn1-xPySb1-y、AlxGa1-xPySb1-y、CdSexTe1-x、CdxZn1-xSe、CdxZn1-xTe组成的组。
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