CN102097499B - 太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能电池，该太阳能电池至少包含一背面电场层；一第一基底层位于背面电场层之上；一第二基底层位于第一基底层之上；一发射层位于第二基底层之上；以及一窗户层位于发射层之上。由此可提高太阳能电池的效率。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种光电元件，尤其是涉及一种高效率的太阳能电池。
背景技术
光电元件包含许多种类，例如发光二极管(Light-emitting Diode；LED)、太阳能电池(Solar Cell)或光电二极管(Photo Diode)等。
由于石化能源短缺，且人们对环保重要性的认知提高，因此人们近年来不断地积极研发替代能源与再生能源的相关技术，其中以太阳能电池最受瞩目。主要是因为太阳能电池可直接将太阳能转换成电能，且发电过程中不会产生二氧化碳或氮化物等有害物质，不会对环境造成污染。太阳能电池中又以InGaP/GaAs/Ge的三接面太阳能电池最具发展潜力，然而InGaP/GaAs/Ge的三接面太阳能电池的能量转换效率尚未达到最佳值，其原因之一是InGaP，GaAs和Ge的半导体能隙组合无法达到电流匹配。例如有一种背景技艺的太阳能电池，其中InGaP顶电池的能隙约为1.85eV，产生的电流约为18mA/cm2～20mA/cm2，GaAs中间电池的能隙约为1.405eV，产生的电流约为14mA/cm2～16mA/cm2，Ge底电池的能隙约为0.67eV，产生的电流约为26mA/cm2～30mA/cm2。因为GaAs中间电池产生的电流较小，与InGaP顶电池和Ge底电池产生的电流差距太大，电流无法匹配，因此产生电流及电压的损失，降低太阳电池的能量转换效率。
上述如太阳能电池等的光电元件可包含基板及电极，可进一步地以基板经由焊块或胶材与一基座连接，而形成一发光装置或一吸光装置。另外，基座更具有至少一电路，经由一导电结构，例如金属线，电连接光电元件的电极。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池，以解决上述问题。
本发明的目是这样实现的，即提供一种第一实施例的一太阳能电池，其至少包含一背面电场层；一第一基底层位于背面电场层之上；一第二基底层位于第一基底层之上；一发射层位于第二基底层之上；以及一窗户层位于发射层之上。
第二实施例与第一实施例相似，差异在于太阳能电池更包含一Ge底电池位于背面电场层之下，以及一GaInP顶电池位于窗户层之上。
附图说明
附图用以促进对本发明的理解，是本说明书的一部分。附图的实施例配合实施方式的说明以解释本发明的原理。
图1是本发明的第一实施例的剖视图；
图2是本发明的第一实施例的第一基底层与第二基底层间的能带图；
图3是本发明的第二实施例的剖视图。
主要元件符号说明
1：太阳能电池
10：背面电场层
11：Ge底电池
12：第一基底层
122：第一基底层的导电带
124：第一基底层的共价带
13：GaInP顶电池
14：第二基底层
142：第二基底层的导电带
144：第二基底层的共价带
16：发射层
18：窗户层
具体实施方式
本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于附图中，相同或类似的部分会以相同的号码在各附图以及说明出现。
如图1所示，第一实施例的一太阳能电池1至少包含一背面电场层10；一第一基底层12位于背面电场层10之上；一第二基底层14位于第一基底层12之上；一发射层16位于第二基底层14之上；以及一窗户层17位于发射层16之上。其中，第一基底层12、第二基底层14与发射层16具有导电性，例如为n型半导体或p型半导体，第一基底层12和第二基底层14的导电性与发射层16的导电性相异。
第一基底层12与第二基底层14可吸收光线并产生电子与电洞，第二基底层14和发射层16的接面会形成内建电场，驱使电子与电洞分别往窗户层17与背面电场层10移动而产生电流。第一基底层12与第二基底层14之间的能带图如图2所示，第一基底层12的能隙Eg1小于第二基底层14的能隙Eg2，可增加长波长的光的吸收，以提高太阳能电池产生的电流，产生的电流约为18mA/cm2～20mA/cm2。一第一基底层12的导电带122高于一第二基底层14的导电带142，一第一基底层12的共价带124高于一第二基底层14的共价带144，所以第一基底层12与第二基底层14所产生的载子可滑顺地流动。第一基底层12的材料可为GaAs(1-x)Sbx，其中x为实数，范围为0＜x＜1，较佳为0.1＜x＜0.25，或为GaAs(1-y)Ny，其中y为实数，范围为0＜y＜1，较佳为0.01＜y＜0.09。第一基底层12的材料也可为GaAs(1-z)Inz，其中z为实数，范围为0＜z＜1，较佳为0.1＜z＜0.3。第一基底层12的掺杂浓度大于第二基底层14的掺杂浓度，以p型掺杂为例，第二基底层14的p型杂质掺杂浓度约1×1017cm-3，第一基底层12的p型杂质掺杂浓度约大于2×1017cm-3，较佳为约大于5×1017cm-3。第二基底层14可为一GaAs基底层，其材料可为GaAs或InGaAs。
背面电场层10的能隙大于第一基底层12的能隙Eg1，可用以阻挡电子，其材料可为AluGa(1-u)As或AluInvGa(1-u-v)P。发射层16可吸收光线并产生电子与电洞，第二基底层14和发射层16的接面会形成内建电场，驱使电子与电洞分别往窗户层17与背面电场层10移动而产生电流。发射层16可为GaAs发射层，其材料可为GaAs或InGaAs。窗户层18的能隙大于发射层16的能隙，可用以阻挡电洞，其材料可为AluGa(1-u)As或AluInvGa(1-u-v)P。上述u与v为实数，u的范围可为0≤u≤1，v的范围可为0≤v≤1。
图3为一第二实施例的剖视图，第二实施例与第一实施例相似，差异在于第二实施例的太阳能电池1更包含一Ge底电池11位于背面电场层10之下，以及一GaInP顶电池13位于窗户层18之上，其中第一实施例的太阳能电池于第二实施例中一中间电池。就第二实施例而言，InGaP顶电池13产生的电流约为18mA/cm2～20mA/cm2，Ge底电池11产生的电流约为26mA/cm2～30mA/cm2，中间电池产生的电流约为18mA/cm2～20mA/cm2，因而较之上述背景技艺的太阳能电池，第二实施例的中间电池与Ge底电池11和InGaP顶电池13间的电流差距较小，电流较为匹配，因而能够降低电流及电压的损失，提升太阳能电池1的能量转换效率。
上述实施例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本发明所属技术领域中熟悉此技术者均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，对于上述实施例进行修改及变化。因此本发明的权利保护范围应以附上的权利要求所限定范围为准。

Claims (7)

1.一种太阳能电池，包含：
背面电场层；
第一基底层，位于该背面电场层之上；
第二基底层，位于该第一基底层之上；以及
发射层，位于该第二基底层之上；
其中该第一基底层的导电带高于该第二基底层的导电带，以及该第一基底层的能隙小于该第二基底层的能隙，以及该背面电场层的能隙大于该第一基底层的能隙，
其中该第一基底层的材料包含GaAs(1-x)Sbx、或GaAs(1-y)Ny，其中x、y为实数，且0＜x＜1，0＜y＜1，
该第二基底层的材料包含GaAs或InGaAs。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第一基底层的共价带高于该第二基底层的共价带。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其中0.1＜x＜0.25。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其中0.01＜y＜0.09。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第一基底层的掺杂浓度高于该第二基底层的掺杂浓度。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其中该第一基底层的掺杂浓度为大于2×1017cm-3。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，更包含一Ge底电池位于该第一基底层之下。
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