CN103168368A - 利用太阳能电池产生电力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用太阳能电池产生电力的方法，具有下面的工序（a）和工序（b）。工序（a）准备具有聚光透镜和太阳能电池元件的上述太阳能电池。在此，太阳能电池元件具有n型GaAs层、p型GaAs层、隧道效应层、n型InGaP层、p型InGaP层、p型窗口层、n侧电极以及p侧电极，Z方向为上述p型GaAs层的法线方向，X方向为与Z方向正交的方向。n型GaAs层被分割为GaAs中央部、第一GaAs周边部以及第二GaAs周边部，n型InGaP层被分割为InGaP中央部、第一InGaP周边部以及第二InGaP周边部。层的厚度、宽度满足规定的不等式组（I）。工序（b）以满足以下不等式（II）的方式经由聚光透镜，使光照射于包含在p型窗口层的表面的区域（S），在n侧电极与p侧电极之间产生电位差。

Description

利用太阳能电池产生电力的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池。
背景技术
图6表示专利文献1所公开的太阳能电池。该现有例1的太阳能电池具有太阳能电池元件11和透镜L。太阳能电池元件11包括多个光电转换层13，光电转换层13具有p型GaAs缓冲层13a、p型InGaP-BSF层13b、p型GaAs基层13c、n型GaAs发射极层13d、n型InGaP窗口层13e和反射防止层15。这些层13a～15依次层叠在半导体基板12上。太阳能电池元件11还包括：使光电转换层13分离的分离槽16、位于光电转换层13的受光面的周围的接触层14、位于接触层14的外周部的再结合防止层17、受光面电极18、背面电极19。
太阳光通过透镜L和反射防止膜15，照射到n型InGaP窗口层13e。这样的太阳光的照射产生电力。
图7表示专利文献2所公开的太阳能电池元件。该现有例的太阳能电池元件具有由InGaP构成的上部单元（top cell）1和由GaAs构成的下部单元（bottom cell）2。上部单元1和下部单元2经由隧道效应层3电接合。上部单元1吸收具有与由下部单元2吸收的光的波长不同的波长的光，使太阳能电池元件4有效发电。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-124381号公报
专利文献2：日本特开平9-64368号公报
非专利文献
非专利文献1：Jenny Nelson著、The Physics of Solar Cells、WorldScientific Pub Co Inc.
发明内容
发明要解决的课题
根据本发明人所进行的实验，组合专利文献2所公开的太阳能电池元件与专利文献1所公开的透镜而得到太阳能电池具有大致25%的转换效率。
本发明的目的在于提供一种具有更高的转换效率的太阳能电池。
用于解决课题的手段
一种利用太阳能电池产生电力的方法，具有下面的工序（a）和工序（b）。
工序（a）准备具有聚光透镜和太阳能电池元件的上述太阳能电池。在此，太阳能电池元件具有n型GaAs层、p型GaAs层、隧道效应层、n型InGaP层、p型InGaP层、p型窗口层、n侧电极以及p侧电极，Z方向为上述p型GaAs层的法线方向，X方向为与Z方向正交的方向。
n型GaAs层、p型GaAs层、隧道效应层、n型InGaP层、p型InGaP层、以及p型窗口层依次沿着Z方向层叠，p型窗口层由具有比InGaP更大的能带隙（bandgap）的p型化合物半导体构成。
n侧电极与n型GaAs层电连接，p侧电极与p型InGaP层电连接。
n型GaAs层被分割为GaAs中央部、第一GaAs周边部以及第二GaAs周边部，GaAs中央部沿着X方向被夹在第一GaAs周边部与第二GaAs周边部之间，并且，第一GaAs周边部和第二GaAs周边部具有层的形状。
n型InGaP层被分割为InGaP中央部、第一InGaP周边部以及第二InGaP周边部，InGaP中央部沿着X方向被夹在第一InGaP周边部与第二InGaP周边部之间，并且，第一InGaP周边部和第二InGaP周边部具有层的形状。
满足以下不等式组（I）。
d2<d1、d3<d1、1纳米≤d2≤4纳米、1纳米≤d3≤4纳米、d5＜d4、d6＜d4、1纳米≤d5≤5纳米、1纳米≤d6≤5纳米、100纳米≤w2、100纳米≤w3、100纳米≤w4、以及100纳米≤w5…（I）
d1表示沿Z方向的GaAs中央部的厚度，d2表示沿Z方向的第一GaAs周边部的厚度，d3表示沿Z方向的第二GaAs周边部的厚度，d4表示沿Z方向的InGaP中央部的厚度，d5表示沿Z方向的第一InGaP周边部的厚度，d6表示沿Z方向的第二InGaP周边部的厚度。
w2表示沿X方向的第一GaAs周边部的宽度，w3表示沿X方向的第二GaAs周边部的宽度，w4表示沿X方向的第一InGaP周边部的宽度，w5表示沿X方向的第二InGaP周边部的宽度。
工序（b）以满足以下不等式（II）的方式经由聚光透镜，使光照射于上述p型窗口层的表面所包含的区域S，在上述n侧电极与上述p侧电极之间产生电位差。
w6≤w1…（II）
在此，w1表示沿X方向的GaAs中央部的宽度，w6在包含Z方向的截面视图中，表示区域S的沿X方向的宽度，从上述Z方向观察时，GaAs中央部与区域S重合。
发明效果
本发明的太阳能电池具有更高的转换效率。
附图说明
图1A是实施方式1的太阳能电池的截面图。
图1B是实施方式1的太阳能电池元件的截面图。
图2是实施方式1中的太阳能电池元件的截面放大图。
图3A是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3B是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3C是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3D是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3E是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3F是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3G是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图3H是表示实施方式1的太阳能电池元件的制造工序的图。
图4是实施方式1的太阳能电池的截面图。
图5是根据比较例1的太阳能电池元件的截面图。
图6是专利文献1所公开的太阳能电池的截面图。
图7是专利文献2所公开的太阳能电池元件的截面图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
（实施方式1）
（工序（a））
在工序（a）中准备太阳能电池。
图1A表示实施方式1的太阳能电池的截面图。如图1A所示，太阳能电池具有聚光透镜101和太阳能电池元件102。
如图1B所示，太阳能电池元件102具有n型GaAs层104、p型GaAs层103、隧道效应层108、n型InGaP层106、p型InGaP层105、p型窗口层107、n侧电极114和p侧电极115。
n型GaAs层104和p型GaAs层103层叠。n型InGaP层106和p型InGaP层105层叠。Z方向为层叠方向。沿着Z方向，隧道效应层108被夹在p型GaAs层103与n型InGaP层106之间。
p侧电极115与p型InGaP层105电连接。n侧电极114与n型GaAs层104电连接。
优选沿着Z方向，第一n型阻挡层109和n型接触层112被夹在n型GaAs层104与n侧电极114之间。沿着Z方向，第一n型阻挡层109夹在n型GaAs层104与n型接触层112之间。沿着Z方向，n型接触层112夹在第一n型阻挡层109与n侧电极114之间。
优选沿着Z方向p型阻挡层110被夹在p型GaAs层103与隧道效应层108之间。优选沿着Z方向，第二n型阻挡层111被夹在n型InGaP层106与隧道效应层108之间。
优选沿着Z方向，p型接触层113被夹在p型窗口层107与p侧电极115之间。
p侧电极115、p型接触层113、p型窗口层107、p型InGaP层105、n型InGaP层106、第二n型阻挡层111、隧道效应层108、p型阻挡层110、p型GaAs层103、n型GaAs层104、第一n型阻挡层109、n型接触层112和n侧电极114依次被电串联连接。
如图1B所示，n型GaAs层104被分割为GaAs层中央部104a、第一GaAs周边部104b和第二GaAs周边部104c。GaAs中央部104a沿着X方向被夹在第一GaAs周边部104b与第二GaAs周边部104c之间。X方向与Z方向正交。
如图1B所示，n型InGaP层106被分割为InGaP层中央部106a、第一InGaP周边部106b和第二InGaP周边部106c。InGaP中央部106a沿着X方向被夹在第一InGaP周边部106b与第二InGaP周边部之间。
如图2所示，GaAs中央部104a的厚度d1大于第一GaAs周边部104b的厚度d2和第二GaAs周边部104c的厚度d3。在厚度d1与厚度d2和厚度d3相等的情况下，无法实现更高的转换效率（参照如后所述的比较例1～2）。
如图2所示，InGaP中央部106a的厚度d4大于第一InGaP周边部106b的厚度d5和第二InGaP周边部106c的厚度d6。在厚度d4与厚度d5和厚度d6相等的情况下，无法实现更高的转换效率（参照如后所述的比较例1～2）。
在实施方式1中，厚度d2为1纳米以上4纳米以下。在厚度d2不足1纳米的情况下，无法实现更高的转换效率（参照如后所述的比较例7）。当厚度d2超过4纳米时，也无法实现更高的转换效率（参照如后所述的比较例4～6）。同样，厚度d3也是1纳米以上4纳米以下。
在实施方式1中，厚度d5为1纳米以上5纳米以下。在厚度d5不足1纳米的情况下，无法实现更高的转换效率（参照如后所述的比较例10）。当厚度d5超过5纳米时，也无法实现更高的转换效率（参照如后所述的比较例8～9）。同样，厚度d6也是1纳米以上5纳米以下。
如图2所示，GaAs中央部104a具有宽度w1。第一GaAs周边部104b具有宽度w2。第二GaAs周边部104c具有宽度w3。w2的值在0.1微米以上。当w2的值小于0.1微米时，转换效率降低。请参照如后所述的比较例11。出于同样的理由，w3的值也在0.1微米以上。
如图2所示，第一InGaP周边部106b具有宽度w4。第二InGaP周边部106c具有宽度w5。w4的值在0.1微米以上。当w4的值小于0.1微米时，转换效率降低。请参照如后所述的比较例12。出于同样的理由，w5的值也在0.1微米以上。
从而，在实施方式1中，需要满足如下的不等式（I）。
d2<d1、d3<d1、1纳米≤d2≤4纳米、1纳米≤d3≤4纳米、d5＜d4、d6＜d4、1纳米≤d5≤5纳米、1纳米≤d6≤5纳米、100纳米≤w2、100纳米≤w3、100纳米≤w4、以及100纳米≤w5…（I）
如上所述，值d1表示沿Z方向的GaAs中央部104a的厚度。值d2表示沿Z方向的第一GaAs周边部104b的厚度。值d3表示沿Z方向的第二GaAs周边部104c的厚度。值d4表示沿Z方向的InGaP中央部106a的厚度。值d5表示沿Z方向的第一InGaP周边部106b的厚度。值d6表示沿Z方向的第二InGaP周边部106c的厚度。值w2表示沿X方向的第一GaAs周边部104b的宽度。值w3表示沿X方向的第二GaAs周边部104c的宽度。值w4表示沿X方向的第一InGaP周边部106b的宽度。值w5表示沿X方向的第二InGaP周边部106c的宽度。
在聚光透镜101的表侧的面上照射光。关于这一点，则在后述的工序（b）中详细说明。其中，优选为太阳光。
聚光透镜101的背面优选与太阳能电池元件102接触。由聚光透镜101使光聚焦在p型窗口层107。
聚光透镜101优选具有大约2毫米～10毫米的直径、大约1毫米～5毫米的厚度、大约1.1～2.0的折射率。
聚光透镜101的材料没有特别的限制。聚光透镜101的材料例如为玻璃或树脂。
p型窗口层107由具有与InGaP相近的晶格常数并且具有比InGaP大的能带隙的p型化合物半导体构成。p型窗口层107的材料的例子为p型InAlGaP或p型InAlP。
第一n型阻挡层109由具有与GaAs相近的晶格常数并且具有比GaAs大的能带隙的n型化合物半导体构成。第一n型阻挡层109的材料的例子为n型InGaP或n型AlGaAs。
第二n型阻挡层111，由具有与InGaP相近的晶格常数并且具有比InGaP大的能带隙的n型化合物半导体构成。第二n型阻挡层111的材料的例子为n型InAlGaP或n型InAlP。
p型阻挡层110由具有与GaAs相近的晶格常数并且具有比GaAs大的能带隙的p型化合物半导体构成。p型阻挡层110的材料的例子为p型InGaP或p型AlGaAs。
隧道效应层108包括p型半导体层和n型半导体层。在p型半导体层与n型半导体层之间形成有pn结。p型半导体层高浓度地掺杂。n型半导体层也高浓度地掺杂。这些p型半导体层和n型半导体层层叠。p型半导体层和n型半导体层的材料具有与GaAs和InGaP的晶格常数相近的晶格常数。具体而言，p型半导体层和n型半导体层的材料的例子为GaAs、InGaP或AlGaAs。隧道效应层108的优选厚度为20纳米以上40纳米以下。
p型接触层113的材料只要在与p型窗口层107的界面和与p侧电极115的界面形成欧姆接触，就不受限制。p型接触层113的材料的例子为p型GaAs。
n型接触层112的材料只要在与第一n型阻挡层109的界面和与n侧电极114的界面形成欧姆接触，就不受限制。n型接触层112的材料的例子为n型GaAs。
如图1B所示，层103～113的侧面优选被绝缘膜116覆盖。绝缘膜116的材料的例子为无掺杂的InGaP、二氧化硅或氮化硅。
当使用绝缘膜116时，如图4所示，绝缘膜116可以被金属膜124覆盖。金属膜124使太阳能电池元件102的散热特性得以提高。
优选金属膜124与p侧电极115电连接，并且金属膜124和n侧电极114在一个面（图4中为下表面）露出。
（制造太阳能电池元件102的方法）
下面，参照图3A～图3H说明制造太阳能电池元件102的方法。
首先，如图3A所示，在GaAs基板118的表面，通过如分子束外延法（MBE：Molecular Beam Epitaxy）或有机金属化学气相沉积法（MOCVD：Metal-organic Chemical Vapor Deposition）（以下称为“MOCVD法”）的一般的半导体生长方法，依次使牺牲层119、p型接触层113、p型窗口层107、p型InGaP层105、n型InGaP层106、第二n型阻挡层111、隧道效应层108、p型阻挡层110、p型GaAs层103、n型GaAs层104、第一n型阻挡层109和n型接触层112生长。牺牲层119具有与GaAs相近的晶格常数。牺牲层119是用于相对于GaAs选择性地被蚀刻的层。牺牲层119的材料的例子为AlAs。
接着，如图3B所示，在n型接触层112上形成第一掩模120。第一掩模120具有与如图2所示的w1的值相同的宽度。利用第一掩模120对n型接触层112和第一n型阻挡层109进行蚀刻。进一步，对n型GaAs层104的周围的上部进行蚀刻。n型GaAs层104的蚀刻深度与图2所示的（d1-d3）的厚度相同。蚀刻过程中可以利用BCl3和SF6的混合气体。
如图3C所示，去除第一掩模120，形成第二掩模121。第二掩模121的宽度与图2所示的（w1+w2+w3）的总和一致。利用第二掩模121，对n型GaAs层104、p型GaAs层103、p型阻挡层110、隧道效应层108和第二n型阻挡层111进行蚀刻。进一步，对n型InGaP层106的周围的上部进行蚀刻。n型InGaP层106的蚀刻深度与如图2所示的（d4-d5）的厚度相同。
如图3D所示，去除第二掩模121，形成第三掩模122。第三掩模122的宽度与如图2所示的（w1+w2+w3+w4+w5）的总和一致。利用第三掩模122，对n型InGaP层106、p型InGaP层105、p型窗口层107和n型接触层113进行蚀刻。
如图3E所示，去除第三掩模122，形成n侧电极114和绝缘膜116。形成n侧电极114的方法的例子为溅射法或电子束蒸镀法。形成绝缘膜116的方法的例子为化学气相沉积法。
如图3F所示，将基底基板123固定于n侧电极114。通过蚀刻去除GaAs基板118和牺牲层119。基底基板123的例子为硅基板或玻璃基板。按照需要，可以在n侧电极114与基底基板123之间插入（夹着）蜡（wax）或粘接片（sheet）。
如图3G所示，在p型接触层113上形成p侧电极115。进一步，通过蚀刻去除未与p型接触层113的p侧电极115接触的部分。形成p侧电极113的方法的例子为溅射法或电子束蒸镀法。
最后，如图3H所示，去除基底基板123。这样，就能得到太阳能电池元件102。所得到的太阳能电池元件102，如图1A所示，被安装于聚光透镜101。通过这样的方式得到太阳能电池。
（工序（b））
在工序（b）中，经由聚光透镜101使光照射到p型窗口层107，从而使n侧电极114与p侧电极115之间产生电位差。如图2所示，光被照射在p型窗口层107的区域S。
本发明人发现，在工序（b）中，需要满足如下的不等式（II）。
w6≤w1…（II）
如上所述，w1的值表示沿X方向的GaAs中央部104a的宽度。
w6的值表示沿区域S的X方向的宽度。
当不满足不等式（II）时，无法实现更高的转换效率（参照比较例3和比较例13～16）。
如图2所示，当满足等式（w1+w2+w3+w4+w5）=（w6+w7+w8）时，宽度w7与宽度（w2+w4）相等，或比它大。当满足等式（w1+w2+w3+w4+w5）=（w6+w7+w8）时，宽度w6与宽度（w3+w5）相等，或比它大。w5和w6全都对应于未有光照射的部分。
（实施例）
通过下面的实施例更详细地说明本发明。
（实施例1）
在实施例1中，通过如图3A～图3H所示的方法制成了如图2所示的太阳能电池元件102。
表1表示根据本发明的实施方式1的太阳能电池元件102中的各层的组成和膜厚。
[表1]
Figure BDA00003048490600091
实施例1中的d1～d6和w1～w5如下。
d1：2.4微米
d2：4纳米
d3：4纳米
d4：0.9微米
d5：4纳米
d6：4纳米
w1：80微米
w2：5微米
w3：5微米
w4：5微米
w5：5微米
实施例1中的聚光透镜101是4毫米见方，具有3mm的厚度。聚光透镜101具有80微米见方的焦点（光）斑。
实施例1的太阳能电池以如下的方法制成。
首先，如图3A所示，在无掺杂的GaAs基板上通过MOCVD法使如表1所示的层104～119生长在GaAs基板118上。
接着，如图3B所示，在n型接触层112上，通过光刻法形成80μm见方的正方形的抗蚀剂膜。将该抗蚀剂膜作为第一掩模120使用，通过利用BCl3和SF6的混合气体的ICP等离子体蚀刻，去除n型接触层112和第一n型阻挡层109。进一步，利用相同的气体，以稍微残留n型GaAs层104的周围部分的方式，对几乎全部的n型GaAs层104的周围部分进行蚀刻。
在蚀刻后，通过透过型电子显微镜测定残留有n型GaAs层104的周边部分的厚度。厚度为4纳米。
利用剥离液去除第一掩模120。去除后，作为第二掩模121，形成90微米见方的正方形的抗蚀剂膜。抗蚀剂膜的中心与第一掩模120的中心一致。
利用第二掩模121对n型GaAs层104、p型GaAs层103、p型阻挡层110、隧道效应层108和第二n型阻挡层111进行蚀刻。进一步，如图3C所示，以稍微残留n型InGaP层106的周围部分的方式，对几乎全部的n型InGaP层106的周围部分进行蚀刻。
在蚀刻后，通过透过型电子显微镜测定残留有n型InGaP层106的周边部分的厚度。厚度为4nm。
利用剥离液去除第二掩模121。去除后，作为第三掩模122，形成一边为100微米的正方形的抗蚀剂膜。抗蚀剂膜的中心与第一掩模120和第二掩模121的中心一致。
如图3D所示，利用第三掩模122对n型InGaP层106、p型InGaP层105、p型窗口层107、n型接触层113进行蚀刻，使牺牲层119露出。
利用剥离液去除第三掩模112。去除后，如图3E所示，利用电子束蒸镀装置，在n型接触层112上使具有50纳米厚度的钛膜和具有250纳米厚度的金膜层叠，形成n侧电极114。
接着，如图3E所示，利用等离子体CVD装置形成具有400纳米厚度的由SiN构成的绝缘膜116。
接着，在形成n侧电极114的面上，通过旋转涂敷机（spin coater）涂敷蜡。当蜡干燥之后，如图3F所示，将n侧电极114固定于玻璃制的基底基板123。
固定后，利用柠檬酸和过氧化氢的混合液，去除GaAs基板118。接着，利用缓冲氢氟酸去除牺牲层119，使p型接触层113露出。这样，得到如图3F所示的结构。
如图3G所示，利用电子束蒸镀装置，在p型接触层1013上依次形成具有50纳米厚度的钛膜、具有150纳米厚度的铂膜和具有250nm厚度的金膜，形成p侧电极115。
形成p侧电极115之后，利用异丙醇使蜡溶解，去除基底基板123。这样，得到如图3H所示的太阳能电池元件102。
以聚光透镜101的焦点位置的中心与太阳能电池元件102的中心一致的方式，将所得到的太阳能电池元件102贴在聚光透镜101上。这样得到实施例1的太阳能电池。
在w6=80微米且w7=w8=10微米的条件下，使太阳光照射到实施例1的太阳能电池。之后测量实施例1的太阳能电池的电压-电流特性，计算出转换效率。表2将其与如后所述的实施例2～13和比较例1～16的数据一起表示。
转换效率由如下的等式（I）算出。
转换效率=来自太阳能电池的最大输出值/太阳光的能量…（等式I）
在上述等式中所述的最大输出值是如非专利文献1的图1、8中以“功率密度”表示的那样，是由如下的等式（II）定义的输出功率的最大值。
输出值=从太阳能电池得到的电流密度·从太阳能电池得到的偏置电力…（等式II）
具体参照非专利文献1所公开的11页～13页。
[表2]
Figure BDA00003048490600121
（实施例2）
除d2=d3=2纳米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例3）
除d2=d3=1纳米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例4）
除d5=d6=5纳米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例5）
除d5=d6=2纳米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例6）
除d5=d6=1纳米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例7）
除了w1=89.8微米并且w2=w3=0.1微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例8）
除了w1=89微米并且w2=w3=0.5微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例9）
除了w1=89.8微米并且w4=w5=0.1微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例10）
除了w1=89微米并且w4=w5=0.5微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例11）
除了w6=76微米并且w7=w8=12微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例12）
除了w1=60微米、w2=w3=w4=w5=10微米、w6=60微米并且w7=w8=20微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（实施例13）
除了w1=60微米、w2=w3=w4=w5=10微米、w6=56微米并且w7=w8=22微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例1）
除了d2=d3=2.4微米、d4=d5=0.9微米并且w6=100微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例2）
除了d2=d3=2.4微米、并且d4=d5=0.9微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例3）
除了w6=100微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例4）
除了d2=d3=0.1微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例5）
除了d2=d3=0.01微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例6）
除了d2=d3=0.005微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例7）
除了d2=d3=0微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例8）
除了d5=d6=0.1微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例9）
除了d5=d6=0.01微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例10）
除了d5=d6=0微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例11）
除了w1=89.9微米并且w2=w3=0.05微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例12）
除了w1=89.9微米并且w4=w5=0.05微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例13）
除了w6=88微米并且w7=w8=6微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例14）
除了w6=84微米并且w7=w8=8微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例15）
除了w1=60微米、w2=w3=w4=w5=10微米、w6=68微米并且w7=w8=16微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
（比较例16）
除了w1=60微米、w2=w3=w4=w5=10微米、w6=64微米并且w7=w8=18微米以外，进行了与实施例1同样的实验。
从表2可知，当满足如下的不等式组：d2<d1、d3<d1、1纳米≤d2≤4纳米、1纳米≤d3≤4纳米、d5＜d4、d6＜d4、1纳米≤d5≤5纳米、1纳米≤d6≤5纳米、100纳米≤w2、100纳米≤w3、100纳米≤w4、100纳米≤w5以及w6≤w1时，可实现大约28%以上的高的转换效率。
实施例1～13和比较例1～2表示需要满足如下的不等式组：d2<d1、d3<d1、d5＜d4以及d6＜d4。
实施例1～3和比较例4～7表示需要满足如下的不等式组：1纳米≤d2≤4纳米和1纳米≤d3≤4纳米。
实施例1、4～6和比较例8～10表示需要满足如下的不等式组：1纳米≤d5≤5纳米和1纳米≤d6≤5纳米。
实施例7～8和比较例11表示需要满足如下的不等式组：100纳米≤w2和100纳米≤w3。
实施例9～10和比较例12表示需要满足如下的不等式组：100纳米≤w4和100纳米≤w5。
实施例1、11～13和比较例13～16表示需要满足如下的不等式：w6≤w1。
产业上的利用可能性
本发明提供一种具有更高的转换效率的太阳能电池。
符号说明
1  上部单元
2  下部单元
3  隧道效应层
11  太阳能电池元件
12  半导体基板
13a  p型GaAs缓冲层
13b  p型InGaP-BSF层
13c  p型GaAs基层
13d  n型GaAs发射极层
13e  n型InGaP窗口层
15  反射防止层
101  透镜
102  太阳能电池元件
103  p型GaAs层
104  n型GaAs层
104a  GaAs中央部
104b  第一GaAs周边部
104c  第二GaAs周边部
105  p型InGaP层
106  n型InGaP层
106a  InGaP中央部
106b  第一InGaP周边部
106c  第二InGaP周边部
107  p型窗口层
108  隧道效应层
109  第一n型阻挡层
110  p型阻挡层
111  第二n型阻挡层
112  n型接触层
113  p型接触层
114  n侧电极
115  p侧电极
116  绝缘膜
117  太阳光
118  GaAs基板
119  牺牲层
120  第一掩模
121  第二掩模
122  第三掩模
123  基底基板
124  金属膜

Claims (8)

1.一种利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于，包括：
工序（a），准备具有聚光透镜和太阳能电池元件的所述太阳能电池，其中
所述太阳能电池元件具有n型GaAs层、p型GaAs层、隧道效应层、n型InGaP层、p型InGaP层、p型窗口层、n侧电极和p侧电极，
Z方向为所述p型GaAs层的法线方向，
X方向为与所述Z方向正交的方向，
所述n型GaAs层、所述p型GaAs层、所述隧道效应层、所述n型InGaP层、所述p型InGaP层和所述p型窗口层依次沿着Z方向层叠，
所述p型窗口层由具有比InGaP大的能带隙的p型化合物半导体构成，
所述n侧电极与所述n型GaAs层电连接，
所述p侧电极与所述p型InGaP层电连接，
所述n型GaAs层被分割为GaAs中央部、第一GaAs周边部和第二GaAs周边部，
所述GaAs中央部沿着所述X方向被夹在所述第一GaAs周边部与所述第二GaAs周边部之间，
所述第一GaAs周边部和所述第二GaAs周边部具有层的形状，
所述n型InGaP层被分割为InGaP中央部、第一InGaP周边部和第二InGaP周边部，
所述InGaP中央部沿着所述X方向被夹在所述第一InGaP周边部与所述第二InGaP周边部之间，
所述第一InGaP周边部和所述第二InGaP周边部具有层的形状，
并且满足如下的不等式组（I）：
d2<d1、d3<d1、1纳米≤d2≤4纳米、1纳米≤d3≤4纳米、d5＜d4、d6＜d4、1纳米≤d5≤5纳米、1纳米≤d6≤5纳米、100纳米≤w2、100纳米≤w3、100纳米≤w4、以及100纳米≤w5…（I）
其中，d1表示沿所述Z方向的所述GaAs中央部的厚度，
d2表示沿所述Z方向的所述第一GaAs周边部的厚度，
d3表示沿所述Z方向的所述第二GaAs周边部的厚度，
d4表示沿所述Z方向的所述InGaP中央部的厚度，
d5表示沿所述Z方向的所述第一InGaP周边部的厚度，
d6表示沿所述Z方向的所述第二InGaP周边部的厚度，
w2表示沿所述X方向的所述第一GaAs周边部的宽度，
w3表示沿所述X方向的所述第二GaAs周边部的宽度，
w4表示沿所述X方向的所述第一InGaP周边部的宽度，
w5表示沿所述X方向的所述第二InGaP周边部的宽度；和
工序（b），以满足以下不等式（II）的方式经由聚光透镜，使光照射于所述p型窗口层的表面所包含的区域S，在所述n侧电极与所述p侧电极之间产生电位差，其中
w6≤w1…（II）
其中w1表示沿所述X方向的所述GaAs中央部的宽度，
w6在包含所述Z方向的截面视图中，表示所述区域S的沿所述X方向的宽度，
从所述Z方向观察时，所述GaAs中央部与所述区域S重合。
2.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述n型InGaP层的宽度与所述p型窗口层的宽度相等。
3.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述太阳能电池元件还包括被夹在所述n侧电极与所述GaAs中央部之间的n型阻挡层。
4.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述太阳能电池元件还包括被夹在所述n侧电极与所述GaAs中央部之间的n型接触层。
5.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述太阳能电池元件还包括被夹在所述p侧电极与所述p侧InGaP层之间的p型接触层。
6.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述太阳能电池元件还包括被夹在所述隧道效应层与所述InGaP层中央部之间的n型阻挡层。
7.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述太阳能电池元件还包括被夹在所述p型GaAs层与所述隧道效应层之间的p型阻挡层。
8.如权利要求1所述的利用太阳能电池产生电力的方法，其特征在于：
所述太阳能电池元件还包括绝缘层，该绝缘层覆盖所述n型GaAs层、所述p型GaAs层、所述隧道效应层、所述n型InGaP层、所述p型InGaP层和所述p型窗口层的侧面。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5158291B2 (ja) * 2011-03-24 2013-03-06 パナソニック株式会社 太陽電池を用いて電力を発生させる方法
WO2013153775A1 (ja) 2012-04-12 2013-10-17 パナソニック株式会社 太陽電池、及び、太陽電池を用いて電力を発生させる方法
DE102015006379B4 (de) * 2015-05-18 2022-03-17 Azur Space Solar Power Gmbh Skalierbare Spannungsquelle
JP6776509B2 (ja) * 2015-05-29 2020-10-28 日産自動車株式会社 光電変換装置
DE102017223869B4 (de) 2017-12-29 2021-09-02 Infineon Technologies Ag MEMS-Bauelement und mobiles Gerät mit dem MEMS-Bauelement
CN114122180A (zh) * 2020-08-31 2022-03-01 隆基绿能科技股份有限公司 叠层光伏器件及生产方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4591654A (en) * 1983-07-18 1986-05-27 Nippon Telegraph And Telephone Public Corporation Solar cells based on indium phosphide
JPH0964386A (ja) * 1995-08-18 1997-03-07 Japan Energy Corp 多接合太陽電池
US5911839A (en) * 1996-12-16 1999-06-15 National Science Council Of Republic Of China High efficiency GaInP NIP solar cells
US20030015700A1 (en) * 2001-07-20 2003-01-23 Motorola, Inc. Suitable semiconductor structure for forming multijunction solar cell and method for forming the same
US7842881B2 (en) * 2006-10-19 2010-11-30 Emcore Solar Power, Inc. Solar cell structure with localized doping in cap layer
JP2008124381A (ja) * 2006-11-15 2008-05-29 Sharp Corp 太陽電池
US9054254B2 (en) * 2008-02-21 2015-06-09 Sharp Kabushiki Kaisha Solar cell and method of manufacturing solar cell
US8138002B2 (en) * 2008-08-21 2012-03-20 Sony Corporation Semiconductor light-emitting element, fabrication method thereof, convex part formed on backing, and convex part formation method for backing
US20100089440A1 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 Emcore Corporation Dual Junction InGaP/GaAs Solar Cell
US8193078B2 (en) * 2008-10-28 2012-06-05 Athenaeum, Llc Method of integrating epitaxial film onto assembly substrate
US8609984B2 (en) * 2009-06-24 2013-12-17 Florida State University Research Foundation, Inc. High efficiency photovoltaic cell for solar energy harvesting
US10505062B2 (en) * 2009-07-09 2019-12-10 Faquir Chand Jain High efficiency tandem solar cells and a method for fabricating same

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