CN105229795A - 用于聚光光伏的包含堆叠的太阳能电池的高效率太阳能接收器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能接收器包含至少两个电气独立的堆叠的光伏电池。在所述光伏电池之间的电池间界面包含多层电介质堆叠。所述多层电介质堆叠包含至少两个具有不同的折射率的电介质层。相关的装置和制作方法也被讨论。

Description

用于聚光光伏的包含堆叠的太阳能电池的高效率太阳能接收器
优先权要求
本申请要求在2013年3月14日提交的标题是“HIGHEFFICIENCYSOLARRECEIVERSINCLUDINGSTACKEDSOLARCELLSFORCONCENTRATORPHOTOVOLTAICS”的美国临时专利申请号61/782,983的优先权，该美国临时专利申请号61/782,983的公开通过参考被整体地结合在本文中。
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电，并且更具体地，涉及聚光光伏（CPV）发电。
背景技术
聚光光伏（CPV）是用于在阳光充足的环境中可再生发电的越来越有前途的技术。CPV使用相对便宜的、高效的光学器件来将日光聚光到太阳能电池上，由此减少半导体材料的成本需求并且实现高效电池（例如，多结太阳能电池）的经济使用。这个在减少成本时的高效率结合其他方面使得CPV在阳光充足的气候和地理区域中是更经济的可再生太阳能电力技术之一。
聚光光伏太阳能电池系统可以使用透镜或镜子来将相对大面积的日光集中到相对小的太阳能电池上。太阳能电池能够将集中的日光转换成电功率。通过将日光光学地聚光到更小的面积中，具有更大的转换性能的更少的和更小的太阳能电池能够被用于以较低的成本产生更高效的光伏系统。
例如，由于简化了从这样的电池的能量提取，使用小的太阳能电池（例如，小于大约4mm2的电池）的CPV模块设计可以显著地受益。优良的能量提取特性能够应用于可用电能和废热两者，从而潜在地允许比使用更大的电池的CPV模块设计更好的性价比。为了增加或最大化聚光光伏系统的性能，CPV系统能够被装配在将所述CPV系统光学器件与光源（典型地，太阳）对齐的跟踪系统上，使得入射光与聚光光学元件的光轴基本平行，从而将入射光集中在所述光伏元件上。
用于制作微聚光太阳能模块的一些设计和工艺被描述在美国专利申请公开号2008/0121269中。而且，用于制作高级聚光光伏模块、接收器和子接收器的一些方法被描述在美国专利申请公开号2010/0236603中。
发明内容
根据本发明的一些实施例，太阳能接收器包含：第一光伏电池；第二光伏电池，堆叠在所述第一光伏电池上并且与所述第一光伏电池电气独立；以及多层电介质堆叠，在第一和第二光伏电池之间。所述多层电介质堆叠包含：至少两个具有不同的折射率的电介质层。
在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以包含：第一电介质层；中间电介质层，在所述第一电介质层上；以及第二电介质层，在所述中间电介质层上。所述中间电介质层可以比所述第一电介质层具有更低的折射率，并且所述第二电介质层可以比所述中间电介质层具有更高的折射率。
在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以限定在所述第一光伏电池的半导体层和所述第二光伏电池的半导体层之间的界面。所述第一光伏电池的半导体层可以比所述第一电介质层具有更高的折射率，并且所述第二光伏电池的半导体层可以比所述第二电介质层具有更高的折射率。
在一些实施例中，第一和第二光伏电池可以包含各自的具有不同的晶格常数的半导体材料。
在一些实施例中，第一和/或第二光伏电池可以分别包含至少两个传导端子。
在一些实施例中，第一和/或第二光伏电池可以是单结或多结光伏电池。
在一些实施例中，第一和第二光伏电池之一可以包含高带隙半导体材料。第一和第二光伏电池中的另一个可以包含低带隙半导体材料。
在一些实施例中，第一和/或第二光伏电池可以是具有在所述第二光伏电池的半导体层和所述多层电介质堆叠的第二电介质层之间的接合界面的转印电池。
在一些实施例中，所述中间电介质层的厚度和电介质强度可以比第一和第二电介质层的厚度和电介质强度更大。
在一些实施例中，第一和第二电介质层可以是金属氧化物，并且所述中间电介质层可以是二氧化硅或氮化硅。
根据本发明的进一步的实施例，太阳能接收器包含第一光伏电池和第二光伏电池，所述第二光伏电池堆叠在所述第一光伏电池上并且与所述第一光伏电池串联电气连接。第一和第二光伏电池包含各自的具有不同晶格常数的半导体材料，其中在第一和第二光伏电池之间的接合界面出现在各自的半导体材料之间。
在一些实施例中，电流可以直接通过所述接合界面。
在一些实施例中，所述太阳能接收器可以具有小于大约4mm2的光接收面积。
在一些实施例中，在第一和第二光伏电池之间的所述接合界面可以是不良的电导体。
在一些实施例中，在第一和第二光伏电池之间的所述接合界面可以包含：第一导电层，在所述第一光伏电池的顶部处；和第二导电层，在所述第二光伏电池的基底处。电气连接可以被提供在第一和第二导电层之间。
在一些实施例中，在所述第二光伏电池的基底处的所述第二导电层可以包含可以与所述第二光伏电池晶格匹配并且可以具有比所述第一光伏电池的带隙更大的带隙的掺杂的半导体。
在一些实施例中，在所述第一光伏电池的顶部处的第一导电层可以是可以与所述第一光伏电池晶格匹配并且可以具有比所述第一光伏电池的带隙更大的带隙的掺杂的半导体。
在一些实施例中，在第一和第二导电层之间的电气连接可以是在第一和第二光伏电池的有源区域外部延伸的金属导体。
根据本发明的又进一步的实施例，制作太阳能接收器的方法包含：在第一光伏电池上形成多层电介质堆叠。所述多层电介质堆叠包含至少两个具有不同折射率的电介质层。将第二光伏电池堆叠在所述多层电介质堆叠上。所述第二光伏电池与所述第一光伏电池电气独立。
在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以通过以下方式被形成：在所述第一光伏电池上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成中间电介质层；以及在所述中间电介质层上形成第二电介质层。所述中间电介质层可以比所述第一电介质层具有更低的折射率。所述第二电介质层可以比所述中间电介质层具有更高的折射率。所述第二光伏电池可以被堆叠在所述第二电介质层上。
在一些实施例中，所述多层电介质堆叠可以限定在所述第一光伏电池的半导体层和所述第二光伏电池的半导体层之间的界面。所述第一光伏电池的半导体层可以比所述第一电介质层具有更高的折射率。所述第二光伏电池的半导体层可以比所述第二电介质层具有更高的折射率。
在一些实施例中，第一和第二光伏电池可以包含各自的具有不同晶格常数的半导体材料。所述第一光伏电池的一个或多个层可以被外延生长在第一源衬底上。所述第二光伏电池的一个或多个层可以被外延生长在与所述第一源衬底不同的第二源衬底上。使用转印工艺可以将所述第二光伏电池从所述第二源衬底转移到所述多层电介质堆叠的所述第二电介质层上以限定其间的接合界面。
根据本发明的一些实施例，太阳能接收器包含（例如，垂直）堆叠的至少两个电气独立的光伏电池。
在一些实施例中，在所述光伏电池之间的电池间界面包含多层电介质堆叠。所述多层电介质堆叠包含至少两个具有不同折射率的电介质层，并且所述多层电介质堆叠被配置为减少法布里－珀罗（Fabry-Perot）腔光损耗和/或在电气隔离的光伏电池之间提供高电介质强度。
在一些实施例中，光伏电池（也被称为所述太阳能接收器的子电池）中的一个或多个可以包含至少两个传导端子，使得所述太阳能接收器是多端子装置。
在一些实施例中，所述光伏电池可以是单结或多结光伏电池。
在一些实施例中，所述光伏电池可以被生长或被另外形成以具有不同的晶格常数，这可以允许在所述太阳能接收器之内的不同的带隙组合和/或界面。
在一些实施例中，所述太阳能接收器可以包含两个堆叠的光伏电池，并且所述太阳能接收器可以是四端子装置。
在一些实施例中，本发明可以提供用于生产在堆叠的电池之间的界面的方法和结构，所述界面在关心的波长范围中具有高光学透明度。
在一些实施例中，本发明可以提供用于例如从在所述堆叠中的最下部子电池提取产生的光电流的方法和结构。
在一些实施例中，本发明可以提供了提供表面可装配太阳能接收器的方法和结构。
在回顾下面的附图和具体描述时，根据一些实施例的其他方法和/或装置对于本领域的技术人员将变得清楚。旨在除了以上实施例的任何和所有组合之外的所有这样的附加实施例被包含在本描述之内，在本发明的范围之内，并且由所附权利要求保护。
附图说明
本公开的方面通过示例的方式被图解并且不由同样的参考指示同样的元件的附图限制。
图1是根据本发明的一些实施例的包含垂直堆叠的电气独立的子电池的太阳能接收器的框图。图2更详细地图解根据本发明的一些实施例的低光学损耗界面。
图3是图解经过由根据本发明的一些实施例的多层电介质堆叠提供的光学界面的光传输的曲线图。
图4A-4D图解可以被用于使用一个或多个转印工艺来形成根据本发明的实施例的包含垂直堆叠的子电池的太阳能接收器的制作步骤。
图5图解根据本发明的一些实施例的四端子太阳能接收器。
图6图解根据本发明的进一步的实施例的四端子太阳能接收器。
图7图解根据本发明的一些实施例的四端子太阳能接收器。
图8图解根据本发明的一些实施例的两端子堆叠的太阳能接收器。
图9图解根据本发明的一些实施例的表面可装配四端子太阳能接收器。
图10A-10B分别图解根据本发明的一些实施例的表面可装配四端子太阳能接收器的前视图和后视图。
图11图解可以与根据本发明的一些实施例的太阳能接收器一起使用的电压匹配网络。
图12图解可以与根据本发明的一些实施例的太阳能接收器一起使用的电流匹配网络。
图13图解根据本发明的一些实施例的包含两个子电池堆叠的太阳能接收器。
图14是图解根据本发明的一些实施例的太阳能接收器的光学显微镜图像。
具体实施方式
本发明的实施例提供太阳能接收器，其可以例如在聚光光伏（CPV）接收器和相关联的模块中被使用。每个CPV接收器可以包含：太阳能接收器，具有大约4mm2或更小的光接收表面面积；以及聚光光学元件，相关联的支撑结构，和用于到底板或其他公共衬底的电气连接的传导结构/端子。聚光光学器件可以包含次级透镜元件（例如，被放置或被另外置于太阳能电池的光接收表面上或邻近太阳能电池的光接收表面）和初级透镜元件（例如，菲涅耳（Fresnel）透镜、平凸透镜、双凸透镜、交叉全景透镜和/或其阵列），所述初级透镜元件可以被置于所述次级透镜元件之上以向那指引入射光。
如在本文中描述的那样，太阳能接收器包含两个或多个电气独立的光伏电池（在本文中也被称为太阳能电池），所述光伏电池例如被垂直堆叠。能够使用转印工艺制作垂直堆叠的电池，类似于例如在标题是“OpticalSystemsFabricatedByPrinting-BasedAssembly”的Rogers等人的美国专利号7,972,875（其公开通过参考被整体地结合在本文中）中描述的那些。个别太阳能电池（在本文中也被称为关于太阳能接收器的‘子电池’）能够被设计或被另外配置为增加或最大化来自陆地太阳能光谱的光的捕获。特别地，本发明的实施例提供用于制作电池间界面的方法和结构，所述电池间界面减少Fabry-Perot腔光损耗和/或提供在电气隔离的子电池之间的高电介质强度。
在制作机械堆叠的太阳能电池时的一些之前的尝试可以遭受由Fabry-Perot腔引起的光损耗，所述Fabry-Perot腔可以被形成在堆叠的高折射率半导体之间的界面处。如以下更详细描述的那样，本发明的实施例包含制作方法和/或其他策略，其能够被用于使用包含具有不同的折射率的电介质层的多层电介质堆叠形成在个别子电池之间的高度透明的、低损耗光学界面。而且，本发明的实施例包含用于从在堆叠的配置中的下部子电池提取电流的方法和/或其他策略。
因此，本发明的一些实施例能够提供：不由与单片生长的多结太阳能电池（其中所述电池以串联方式电气连接）相关联的电流匹配限制约束的太阳能接收器，和/或不需要光阻挡金属结构以从所述太阳能电池传导出电流的太阳能接收器。
图1图解根据本发明的一些实施例的包含垂直堆叠的电气独立的子电池的太阳能接收器100。现参照图1，至少两个电气独立或隔离的子电池105、110作为垂直堆叠的结构100的层被包含，其中虚线115代表在转移的层（其可以例如通过转印被转移）之间的接合界面。接合界面115可以包含分立的接合层，或可以通过其他不使用分立的接合层的接合技术被提供。子电池105、110能够例如使用直接转印被堆叠，其中子电池105、110中的一个或多个可以从不同的衬底（例如，一个或多个生长衬底）被转移到图解的衬底120（其可以是非原生的或载流子衬底）。以下更详细描述的低光学损耗界面101被提供在上部110和下部105子电池之间，并且可以提供在其间的电气隔离。在图1的实施例中，在垂直堆叠100中的每个子电池105、110也包含两个传导端子105a/b、110a/b以将太阳能接收器100的子电池105、110电气连接到其他光伏电池和/或底板；然而，将理解的是一些实施例可以包含具有更少或更多端子的子电池，和/或在相同堆叠中具有不同数量的端子的子电池。
图2更详细地图解根据本发明的一些实施例的低光学损耗界面101。特别地，图2图解包含具有不同的折射率的电介质层或膜102、103、104的多层堆叠101，所述电介质层或膜102、103、104被配置为减少或最小化在一个或多个波长范围中的光学损耗。虚线115代表在转移的层之间的接合界面。在图2中图解的堆叠可以如下面那样被形成。高折射率电介质层102被沉积在下部子电池105上，特别地，被沉积到下部子电池105的最顶部半导体层125（也具有高折射率）上。高折射率半导体层125能够是窗口层或横向传导层。较低折射率电介质层103被沉积在高折射率电介质层102上。较低折射率电介质层103能够具有明显的厚度，并且被配置为增加界面层堆叠101的电介质强度。另一个高折射率电介质层104被沉积在较低折射率电介质层103上，并且上部子电池110能够被印刷到高折射率电介质层104上，使得上部子电池110的最底部半导体层130（也具有高折射率）限定与高折射率电介质层104的接合界面115。
照此，上部子电池110的高折射率半导体层130被提供在高折射率电介质层104上（如在图2中由虚线115示出的那样），并且通过多层电介质堆叠101而与下部子电池105的高折射率半导体层125分离。多层电介质堆叠101可以因此提供在上部和下部子电池110和105之间的高度透明的、低损耗光学界面。此外，多层电介质堆叠101能够提供具有良好的电介质强度的界面，其能够经受几十伏特而没有电气损耗或击穿。照此，在多层电介质堆叠101中可以限制使用超薄电介质。
图3是图解经过由根据本发明的一些实施例的多层电介质堆叠提供的光学界面的光传输的曲线图。特别地，图3图解经过电介质堆叠的透射率比对波长，所述电介质堆叠包含在两个砷化镓（GaAs）衬底之间的125纳米（nm）厚的氧化钛（TiOx）高折射率层、1μm厚的二氧化硅（SiO2）较低折射率层和另一个125nm厚的TiOx高折射率层（例如，TiOx/SiO2/TiOx堆叠）。如在图3中示出的那样，多层电介质堆叠是高度透明的并且因此在图解的波长范围中（例如，在300nm到800nm的波长范围上）示出良好的传输。而且，较低折射率的1微米厚的二氧化硅层（夹在较高折射率的125nm厚的TiOx层之间）的使用提供极好的电介质强度。
图4A-4D图解可以被用于使用一个或多个转印工艺形成根据本发明的实施例的包含垂直堆叠的子电池的太阳能接收器的制作步骤。特别地，图4A图解包含横向传导层425、435和如由根据本发明的实施例的多层电介质堆叠提供的低光学损耗界面401的可印刷下部子电池405的制作。例如，在图4A中，下部子电池405可以包含在原生的衬底495上外延生长的一个或多个层435、405、425，并且所述多层电介质堆叠可以以类似于以上参照图2描述的方式被形成在下部子电池405上以限定低光学损耗界面401。图4B图解以分离的和/或并行的工艺的可印刷上部子电池410的制作。例如，在图4B中，上部子电池410可以包含在与下部子电池405的衬底分离的原生的衬底490上外延生长的一个或多个层430、410。图4C图解下部子电池405以及层435、425和401到非原生的衬底420上的转印，并且图4D图解包含层430的上部子电池410到下部子电池405上的转印。在一些实施例中，在分离的源衬底490、495上生长的上部和下部子电池410、405可以具有不同的带隙，使得本发明的实施例能够允许高带隙多结太阳能电池（诸如，InGaP/GaAs）在低带隙多结太阳能电池（诸如，InGaAsP/InGaAs）上的异构集成，其也可以被称为串联太阳能电池结构。
图5图解根据本发明的一些实施例的四端子太阳能接收器500。图5的示例图解被堆叠到InGaAsP505n、505p/InGaAs505n'、505p'两结子电池505上的InGaP510n、510p/GaAs510n'、510p'两结子电池510，其中在其间具有隧道结层510t。在图5中，充当到顶部/上部子电池510的阳极连接510b（端子2）的横向传导层530是GaAs，并且由n+GaAs盖层511提供到上部子电池510的阴极连接510a（端子1）。多层电介质堆叠502、503、504（其提供低光学损耗界面501）被提供在充当到上部子电池510的阳极连接510b（端子2）的GaAs横向传导530层和充当底部/下部子电池505的阴极连接505a（端子3）的横向传导层525之间。提供到下部子电池505的阴极连接505a（端子3）的横向传导层525可以是InP或InAlGaAs。充当下部子电池505的阳极连接505b（端子4）的横向传导层535可以例如是InP或InGaAs。
在图5的实施例中，下部子电池505不将金属栅格结构用于阴极连接505a，而是相反地，使用比下面的pn结505n/p、505n'/p'具有更大带隙的掺杂的半导体层525。由于子电池505、510的相对小的尺寸（例如，小于大约2mm），这能够是可能的。然而，金属线/栅格特征523可以被刻蚀或被另外形成在上部子电池510的最顶部半导体层540中或上，并且用抗反射涂层（ARC）512覆盖，所述抗反射涂层（ARC）512可以被形成在诸如InAlP的窗口层510w上。
图6图解根据本发明的进一步的实施例的四端子太阳能接收器600。图6的实施例包含堆叠到InGaAsP605n、605p/InGaAs605n'、605p'两结子电池605上的InGaP610n、610p/GaAs610n'、610p'两结子电池610（其中类似于图5的实施例，在其间具有隧道结层610t），但是包含用于下部子电池605的阴极连接605a（端子3）的埋入栅格技术。更具体而言，在图6中，下部子电池605包含用来提取电流的凹进的金属栅格613，其可以如下面那样被形成。特征614被刻蚀到提供下部子电池605的阴极连接605a（端子3）的最顶部半导体层625中，其中层625比下面的pn结605n/p、605n'/p'具有更大的带隙。使用剥离金属化工艺形成金属线613l，所述金属线613l限定在最顶部半导体层625中的刻蚀的特征614之内的栅格613。选择金属的厚度，使得金属的表面存在于半导体层625的上部表面下面。提供在本文中描述的低光学损耗界面601的多层电介质堆叠602、603、604被沉积在其内包含金属线613l的下部子电池605的最顶部半导体层625上。在一些实施例中，多层堆叠的电介质层602、603、604中的一个或多个可以与刻蚀的特征614和/或在其内的金属线613l相符。
仍参照图6，上部子电池610被印刷到在下部子电池605上的多层电介质堆叠602、603、604上。充当到上部子电池610的阳极连接610b（端子2）的横向传导层630是GaAs，并且由n+GaAs盖层611提供到上部子电池610的阴极连接610a（端子1）。充当下部子电池605的阳极连接605b(端子4)的横向传导层635可以例如是InGaAs。如在图6中进一步示出的那样，金属线/栅格特征623也可以被刻蚀或被另外形成在上部子电池610的最顶部半导体层640中或上，并且用抗反射涂层（ARC）612覆盖，所述抗反射涂层（ARC）612可以被形成在InAlP窗口层610w上。在一些实施例中，在上部子电池610上的栅格特征623可以遮盖在底部子电池605上的栅格特征613或另外与在底部子电池605上的栅格特征613对齐以减少或最小化来自栅格特征613、623的遮蔽损耗。
图7图解根据本发明的一些实施例的四端子太阳能接收器700。图7的示例图解垂直堆叠到单结锗电池705上的三结上部子电池710。特别地，上部子电池710包含其间具有隧道结层710t的三个结（InGaP710p，710n/GaAs710p'，710n'/InGaNAsSb710p''，710n''），并且被转印到在锗下部子电池705上的TiOx/SiO2/TiOx或其他多层电介质堆叠702、703、704上。在图7中，充当到上部子电池710的阳极连接710b（端子2）的横向传导层730是GaAs，并且由n+GaAs盖层711提供到上部子电池710的阴极连接710a（端子1）。多层电介质层702、703、704（其提供低光学损耗界面701）被提供在提供到上部子电池710的阳极连接710b（端子2）的GaAs横向传导层730和充当下部子电池705的阴极连接705a（端子3）的InGaAs层725之间。由在锗下部子电池705的表面上的接触721提供到下部子电池705的阳极连接705b（端子4）。金属线/栅格特征723也可以被刻蚀或被另外形成在上部子电池710的最顶部半导体层740中或上，并且用抗反射涂层（ARC）712覆盖，所述抗反射涂层（ARC）712可以被形成在InAlP窗口层710w上。
图8图解根据本发明的一些实施例的两端子堆叠的太阳能接收器800。可以通过电气串联连接两个子电池805、810形成图8的示例。图8的示例图解堆叠到InGaAsP805n、805p/InGaAs805n'、805p'两结子电池805上的InGaP810n、810p/GaAs810n'、810p'两结子电池810，其中在其间具有隧道结层810t。在图8中，不包含多层电介质堆叠（其在一些实施例中提供低光学损耗界面），由于子电池805、810不是电气隔离的。图8的实施例不需要在子电池之间的接合界面815以传送电流。电气连接被制作成在电池外，但是仍能够作为晶片级工艺被执行。
如在图8中示出的那样，在两个子电池810、805之间的接合界面815出现在具有不同的晶格常数的两个横向传导层GaAs830和InP825之间。由在端子810b、805a之间的金属跳线或导体809在层830、825之间提供电气连接。由于上部子电池810小于下面的下部子电池805，电气互连809被提供在子电池810、805的边缘处。充当下部子电池805的阳极连接805b（端子2）的横向传导层835可以例如是InGaAs，而由层811提供到上部子电池810的阴极连接810a（端子1）。金属线/栅格特征823可以被刻蚀或被另外形成在上部子电池810的最顶部半导体层840中或上，并且用抗反射涂层（ARC）812覆盖，所述抗反射涂层（ARC）812可以被形成在诸如InAlP的窗口层810w上。
在一些实施例诸如图8的实施例中，两个子电池805、810可以在预期的操作光谱下产生基本类似的电流。在一些实施例诸如图8的实施例中，子电池805、810中的一个或多个可以包含多于两个结以促进基本匹配由每个子电池产生的电流。在一些实施例中，上部子电池810可以是包含InAlGaP结、AlGaAs结和GaAs结的三结电池。
图9图解根据本发明的一些实施例的表面可装配四端子太阳能接收器900。太阳能接收器900包含两个子电池905、910，所述两个子电池905、910由提供其间的低光学损耗界面901的多层电介质堆叠分离，类似于以上描述的实施例。横向传导层930、925、935和接合界面915也可以如示出那样被提供。在图9中，每个电池级端子910a/b、905a/b通过引线接合985被电气连接到指定的衬底级连接焊盘987。衬底920包含贯通衬底互连981，并且背侧焊盘987被配置用于装配到太阳能模块底板。
图10A-10B分别图解根据本发明的一些实施例的表面可装配四端子太阳能接收器的前视图和后视图1000a和1000b。在图10A-10B中，使用薄膜金属化工艺形成在电池级接触和衬底级接触1088之间的电气连接1085。衬底1020包含通孔互连1081和背侧焊盘1087。
图11和12图解供本发明的一些实施例使用的示例匹配网络。特别地，图11图解可以与根据本发明的一些实施例的太阳能接收器一起使用的电压匹配网络1100，而图12图解可以与根据本发明的一些实施例的太阳能接收器一起使用的电流匹配网络1200。
图13图解根据本发明的一些实施例的包含在衬底1320上的两子电池堆叠40、20的太阳能接收器1300。如在图13中示出的那样，下部子电池20包含限定在刻蚀的特征1314之内的栅格1313的金属线1313l。可以根据2012年1月18日提交的标题是“LaserAssistedTransferWeldingProcess”的Menard等人的共同转让的美国专利申请号13/352，867（其公开通过参考被整体地结合在本文中）中描述的一些方法制作图13的实施例。
图14是图解根据本发明的一些实施例的太阳能接收器1400的光学显微镜图像。特别地，图14图解被直接印刷在下面的单结InGaAs太阳能电池1045上的三结太阳能电池1410。三结子电池1410可以通过多层电介质堆叠与单结子电池1405分离，所述多层电介质堆叠提供其间的低光学损耗界面，类似于以上描述的实施例。在一些实施例中，单结InGaAs太阳能电池1405可以比其上的三结子电池1410具有较低的带隙，并且可以包含凹进的栅格结构。
在一些实施例中，根据本发明的实施例的一个或多个CPV模块能够被装配在供多轴跟踪系统使用的支座上。跟踪系统可以在一个或多个方向或轴中是可控的以将所述CPV接收器以法向（例如，同轴）角度与入射光对齐从而增加效率。换言之，跟踪系统可以被用于定位CPV模块使得入射光（例如，日光）基本与将入射光集中到CPV接收器上的（一个或多个）光学元件的光轴平行。在替代的布置中，CPV模块能够具有固定的位置和/或方位。
以上已经参考附图描述了本发明，在所述附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明不应该被解释为受限于在本文中阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本公开将是透彻的和完整的，并且将全面地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚起见，层和区域的厚度被夸大。相同的标号始终指代相同的元件。
将理解的是，当诸如层、区域或衬底的元件被提及为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，它能够是直接在其他元件上或直接延伸到其他元件上，或也可以存在介入元件。相反，当元件被提及为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介入元件。也将理解的是，当元件被提及为“被连接到另一个元件”或“被耦合到另一个元件”时，它能够被直接连接或耦合到其他元件，或可以存在介入元件。相反，当元件被提及为“被直接连接到另一个元件”或“被直接耦合到另一个元件”时，不存在介入元件。然而，在任何情况下都不应该将“在…上”或“直接在…上”解释为需要层以覆盖下面的层。
也将理解的是，尽管在本文中可以使用术语第一、第二等以描述各种元件，但是这些元件不应该由这些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件区别于另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件能够被称为第二元件，并且类似地，第二元件能够被称为第一元件。
此外，在本文中可以使用相对术语，诸如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”，以描述如在图中图解的一个元件对于另一个元件的关系。将理解的是，相对术语旨在涵盖除了在图中描绘的方位之外的装置的不同的方位。例如，如果在图之一中的装置被翻转，则被描述为在其他元件的“下部”侧上的元件将然后被定位在其他元件的“上部”侧上。取决于图的特别的方位，示例性术语“下部”能够因此涵盖“下部”和“上部”两者的方位。类似地，如果在图之一中的装置被翻转，则被描述为在其他元件“下面”或“之下”的元件将然后被定位在其他元件“上面”。示例性术语“在…下面”或“在…之下”能够因此涵盖在…上面和在…下面两者的方位。
在本文中的本发明的描述中使用的术语仅仅为了描述特别实施例的目的，并且不旨在限制本发明。如在附加的权利要求和本发明的描述中使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包含复数形式，除非上下文清楚地另外指示。也将理解的是，如在本文中使用的术语“和/或”指代并且涵盖关联的列出项中的一个或多个的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，术语“包括”当在本说明书中使用时规定声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
在本文中参考横截面图解来描述本发明的实施例，所述横截面图解是本发明的理想化的实施例（和中间结构）的示意性图解。照此，例如由于制造技术和/或容差的与图解的形状的变化将被预料。因此，在图中图解的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在图解装置的区域的实际形状并且不旨在限制本发明的范围。
除非另外定义，在公开本发明的实施例中使用的所有术语，包含技术的和科学的术语，具有与由本发明所属的领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，并且未必受限于在本发明被描述的时间时已知的特定的定义。因此，这些术语能够包含在这样的时间之后被创建的等同的术语。将进一步理解的是，术语诸如在通常使用的词典中定义的那些应该被解释为具有与在本说明书中和在相关领域的上下文中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化的或过度正式的意义被解释，除非在本文中明确地如此定义。在本文中提到的所有出版物、专利申请、专利和其他参考通过参考被整体地结合。
在本文中连同以上描述和附图公开了许多不同的实施例。将理解的是逐字地描述和图解这些实施例的每个组合和子组合将是过度重复的并且模糊的。因此，包含附图的本说明书将被解释为构成在本文中描述的本发明的实施例的所有组合和子组合及其制作和使用的方式和工艺的完整书面描述，并且对于任何这样的组合或子组合应当支持权利要求。
在本说明书中，已经公开本发明的实施例，并且尽管采用了特定的术语，但是它们仅仅以一般的和描述性的意义使用而不是为了限制的目的，在附加的权利要求中阐述本发明的范围。

Claims (22)

1.一种太阳能接收器，包括：
第一光伏电池；
第二光伏电池，在所述第一光伏电池上并且与所述第一光伏电池电气独立；以及
多层电介质堆叠，在第一和第二光伏电池之间，所述多层电介质堆叠包括至少两个具有不同的折射率的电介质层。
2.权利要求1的太阳能接收器，其中所述多层电介质堆叠包括：
第一电介质层；
中间电介质层，在所述第一电介质层上并且比所述第一电介质层具有更低的折射率；以及
第二电介质层，在所述中间电介质层上并且比所述中间电介质层具有更高的折射率。
3.权利要求2的太阳能接收器，其中所述多层电介质堆叠限定在比所述第一电介质层具有更高的折射率的第一光伏电池的半导体层和比所述第二电介质层具有更高的折射率的第二光伏电池的半导体层之间的界面。
4.权利要求3的太阳能接收器，其中第一和第二光伏电池包括各自的具有不同的晶格常数的半导体材料。
5.权利要求1的太阳能接收器，其中第一和/或第二光伏电池分别包含至少两个传导端子。
6.权利要求1的太阳能接收器，其中第一和/或第二光伏电池是单结或多结光伏电池。
7.一种太阳能接收器，包括：
第一光伏电池；
第二光伏电池，在所述第一光伏电池上并且与所述第一光伏电池串联电气连接，第一和第二光伏电池包括各自的具有不同的晶格常数的半导体材料，其中在第一和第二光伏电池之间的接合界面出现在各自的半导体材料之间。
8.权利要求7的太阳能接收器，其中电流直接通过所述接合界面。
9.权利要求7的太阳能接收器，其中所述太阳能接收器具有小于大约4平方毫米的光接收面积。
10.权利要求7的太阳能接收器，其中在第一和第二光伏电池之间的接合界面是不良电导体。
11.权利要求10的太阳能接收器，其中在第一和第二光伏电池之间的接合界面包括：
第一导电层，在所述第一光伏电池的顶部处；
第二导电层，在所述第二光伏电池的基底处；并且进一步包括：
电气连接，在第一和第二导电层之间。
12.权利要求11的太阳能接收器，其中在所述第二光伏电池的基底处的所述第二导电层包括与所述第二光伏电池晶格匹配并且具有比所述第一光伏电池的带隙更大的带隙的掺杂的半导体。
13.权利要求12的太阳能接收器，其中在所述第一光伏电池的顶部处的第一导电层包括与所述第一光伏电池晶格匹配并且具有比所述第一光伏电池的带隙更大的带隙的掺杂的半导体。
14.权利要求11的太阳能接收器，其中在第一和第二导电层之间的电气连接包括在第一和第二光伏电池的有源区域外部延伸的金属导体。
15.权利要求2的太阳能接收器，其中所述中间电介质层的厚度和电介质强度比第一和第二电介质层的厚度和电介质强度更大。
16.权利要求15的太阳能接收器，其中第一和第二电介质层包括金属氧化物，并且其中所述中间电介质层包括二氧化硅或氮化硅。
17.权利要求4的太阳能接收器，其中第一和第二光伏电池之一包括高带隙半导体材料，并且其中第一和第二光伏电池中的另一个包括低带隙半导体材料。
18.权利要求17的太阳能接收器，其中第一和/或第二光伏电池是具有在所述第二光伏电池的半导体层和所述多层电介质堆叠的第二电介质层之间的接合界面的转印电池。
19.一种制作太阳能接收器的方法，所述方法包括：
在第一光伏电池上形成多层电介质堆叠，所述多层电介质堆叠包括至少两个具有不同折射率的电介质层；以及
将第二光伏电池堆叠在所述多层电介质堆叠上，其中所述第二光伏电池与所述第一光伏电池电气独立。
20.权利要求19的方法，其中形成所述多层电介质堆叠包括：
在所述第一光伏电池上形成第一电介质层；
在第一电介质层上形成比所述第一电介质层具有更低的折射率的中间电介质层；以及
在中间电介质层上形成比中间电介质层具有更高的折射率的第二电介质层，
其中所述第二光伏电池被堆叠在所述第二电介质层上。
21.权利要求20的方法，其中所述多层电介质堆叠限定在比所述第一电介质层具有更高的折射率的所述第一光伏电池的半导体层和比所述第二电介质层具有更高的折射率的所述第二光伏电池的半导体层之间的界面。
22.权利要求21的方法，其中第一和第二光伏电池包括各自的具有不同的晶格常数的半导体材料，并且进一步包括：
在第一源衬底上外延生长所述第一光伏电池的一个或多个层；
在与所述第一源衬底不同的第二源衬底上外延生长所述第二光伏电池的一个或多个层，
其中堆叠所述第二光伏电池包括：
使用转印工艺将所述第二光伏电池从所述第二源衬底转移到所述多层电介质堆叠的所述第二电介质层上。
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