JP2014523128A - 反転型メタモルフィック多接合（ｉｍｍ）太陽電池セル及び関連する製作方法 - Google Patents
反転型メタモルフィック多接合（ｉｍｍ）太陽電池セル及び関連する製作方法 Download PDFInfo
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Abstract
ＩＭＭ太陽電池セル、及びＩＭＭ太陽電池セルを形成する関連方法が提供される。方法に関連して、第１サブセルを仮基板の上に形成することができ、そして第２サブセルを前記第１サブセルの上に形成することができる。前記第２サブセルは、前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有することができる。前記方法では更に、前記第１及び第２サブセルをシリコンサブセルに接合し、そして次に、前記仮基板を除去することができる。ＩＭＭ太陽電池セルに関連して、前記ＩＭＭ太陽電池セルは、第１及び第２サブセルを含み、この場合、前記第１サブセルが前記第２サブセルの上に配置され、かつ前記第２サブセルが前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する。前記ＩＭＭ太陽電池セルは更に、前記第１及び第２サブセルをシリコンサブセルの上に支持するシリコンサブセルを含むことができ、この場合、金属間接合部が前記シリコンサブセルと前記第２サブセルとの間に設けられる。
Description
本開示の実施形態は概して、反転型メタモルフィック多接合（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ｍｕｌｔｉ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＩＭＭ）太陽電池セル及びＩＭＭ太陽電池セルを製作する関連方法に関するものであり、特にシリコンサブセルを有するＩＭＭ太陽電池セル、及び関連する製作方法に関するものである。
代替エネルギー方式の開発が重視される中、太陽エネルギーを捕集し、そして太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルは、太陽電池セルの効率及び費用対効果が益々重視され、需要が拡大している。変換効率を含む多くの利点をもたらす太陽電池セルの一種がＩＭＭ太陽電池セルである。ＩＭＭ太陽電池セルは、太陽エネルギーを効率的に捕集するように選択されるバンドギャップを有する複数のサブセルを含む。しかしながら、バンドギャップを適切に調整するためには、これらのサブセルは、格子不整合系の材料、及び／又は熱膨張係数が不整合である材料で形成される必要がある。格子不整合及び／又はＣＴＥ不整合による悪影響を低減しようとするために、そしてこれらのＩＭＭ太陽電池セルの呼び名が示す通り、ＩＭＭ太陽電池セルは、従来の半導体製造プロセスにおけるように下部から上部に向かって製作されるのではなく、最上層サブセルを最初に、続いて中間サブセルを、そして最後に最下層サブセルを成長させることにより製作される。ＩＭＭ太陽電池セルをこの順番で製作することにより、格子不整合及びＣＴＥ不整合による悪影響を最下層サブセル内に集中させて、ＩＭＭ太陽電池セルの性能に対する影響を軽減することができる。
ＩＭＭ太陽電池セルの一種は、砒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）で形成される最下層サブセルを含む。ＩｎＧａＡｓサブセル内に含まれるインジウムの割合を調整することにより、ＩｎＧａＡｓサブセルのバンドギャップを小さくして、約１．０ｅＶの太陽エネルギーの捕獲に対応する最適エネルギーバンドギャップに近いエネルギーバンドギャップとすることができる。しかしながら、最下層サブセルをＩｎＧａＡｓで形成すると、他のサブセルに対する格子不整合及びＣＴＥ不整合が生じることにより、結果的に得られるＩＭＭ太陽電池セルの性能が低く抑えられてしまう。
ＩＭＭ太陽電池セルは普通、非常に薄く、そして例えば、約１０ミクロンの全体厚さを有するサブセル群を含むことができる。ＩＭＭ太陽電池セルを、過度な破損を誘発することなく製作することができ、そしてその他には、ハンドリングすることができるためには、ＩＭＭ太陽電池セルを支持体に取り付ける必要がある。例えば、当該支持体は、ＩＭＭ太陽電池セルに、室温加硫処理（ＲＴＶ）接着剤のような接着剤で接合させるゲルマニウム（Ｇｅ）、ガラス、セラミック、または他の材料で形成することができる。支持体によってＩＭＭ太陽電池セルのハンドリングが容易になるが、支持体によってＩＭＭ太陽電池セル構造のコストが上昇する、すなわちＩＭＭ太陽電池セルと機械支持体とを組み合わせた構造のコストが上昇する。更に、支持体は通常、ＩＭＭ太陽電池セルとの間で熱的不整合が生じるという不具合がある。
以上のようなことから、改良型ＩＭＭ太陽電池セルを設計することが望まれる。具体的には、格子不整合及び／又はＣＴＥ不整合による制限を軽減する性能を有するサブセル群を含むＩＭＭ太陽電池セルを提供することが望まれる。
ＩＭＭ太陽電池セル、及びＩＭＭ太陽電池セルを製作する関連方法を提供して、無くすことはできないにしても、種々のサブセルの間の格子不整合及び／又はＣＴＥ不整合の悪影響を低減する。この点に関して、１つの実施形態によるＩＭＭ太陽電池セルは、最上層サブセルと最下層サブセルとの間のＣＴＥ不整合を低減することができる。更に、１つの実施形態のＩＭＭ太陽電池セルは、格子不整合最下層サブセルへのサブセル群の成長を行なわないことにより、如何なる格子不整合の悪影響も低減するか、または無くすことができる。更に、１つの実施形態のＩＭＭ太陽電池セルは、ＩＭＭ太陽電池セルのハンドリング時の破損を、ＩＭＭ太陽電池セルのサブセル群とは別体の支持体を必要とすることなく、かつ支持体をＩＭＭ太陽電池セルのサブセル群の他に必要とすることなく低減するように構成することができる。
１つの実施形態では、ＩＭＭ太陽電池セルを製作する方法が提供され、該方法では、第１サブセルを仮基板の上に形成し、そして第２サブセルを前記第１サブセルの上に形成する。前記第２サブセルは、前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する。この実施形態の方法では更に、前記第２サブセルをシリコンサブセルに接合し、そして次に、前記仮基板を除去する。１つの実施形態のシリコンサブセルは、前記第１及び第２サブセルよりも大きい面積を有するように形成することができる。従って、この実施形態のシリコンサブセルの周辺部分は、前記第１及び第２サブセルを超えて突出する。１つの実施形態では、前記第１及び第２サブセルは、該当するｎ／ｐ接合を有するように形成することができる。ｎ／ｐ接合は更に、前記第２サブセルを前記シリコンサブセルに接合する前に、前記シリコンサブセル内に形成することができる。
１つの実施形態の方法では更に、第１格子状金属層を前記第２サブセルの上に形成し、そして第２格子状金属層を前記シリコンサブセルの上に形成することができる。この実施形態では、前記第２サブセルを前記シリコンサブセルに、金属間接合部を、前記第２サブセル及び前記シリコンサブセルそれぞれの前記第１格子状金属層と前記第２格子状金属層との間に設けることにより接合することができる。前記第１及び第２格子状金属層を第２サブセル及び前記シリコンサブセルそれぞれの上に形成する他に、この実施形態の方法では、反射防止コーティングを、前記第１及び第２格子状金属層のグリッド群の間の前記第２サブセル及び前記シリコンサブセルの露出部分の上にそれぞれ堆積させることができる。前記仮基板を除去した後に、電気コンタクトを更に、前記第１サブセルの上に形成することができる。１つの実施形態では、反射防止コーティングを、前記第１サブセルの露出部分の上に堆積させることができる。
別の実施形態では、ＩＭＭ太陽電池セルを製作する方法が提供され、該方法では、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）により構成される第１サブセルを形成し、そして０≦ｘ≦０．１とした場合に、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓからなる第２サブセルを前記第１サブセルの上に形成する。前記第２サブセルは、前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する。この実施形態では、前記第１格子状金属層は、前記第２サブセルの後面に形成される。更に、第２格子状金属層をシリコンサブセルの上に有するシリコンサブセルを設ける。この実施形態の方法では更に、金属間接合部を、前記第２サブセル及び前記シリコンサブセルそれぞれの前記第１格子状金属層と前記第２格子状金属層との間に設ける。前記シリコンサブセルは、前記第１及び第２サブセルよりも大きい面積を有することにより、前記シリコンサブセルの周辺部分が前記第１及び第２サブセルを超えて突出することができる。１つの実施形態では、前記第１及び第２サブセルは、該当するｎ／ｐ接合を有するように形成することができ、そして前記シリコンサブセルも、前記金属間接合部を設ける前に、ｎ／ｐ接合を有するように形成することができる。
前記第１サブセルは、１つの実施形態では、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）からなる仮基板の上に形成することができる。従って、前記方法では更に、前記金属間接合部を設けた後に、前記仮基板を除去することができる。１つの実施形態の方法では更に、反射防止コーティングを、前記第１格子状金属層のグリッド群の間の前記第２サブセルの露出部分の上に堆積させることができる。前記シリコン基板を設けることに関連して、前記方法では、前記第２格子状金属層を形成し、そして反射防止コーティングを、前記第２格子状金属層のグリッド群の間の前記シリコンサブセルの露出部分の上に堆積させることができる。１つの実施形態では、前記方法では更に、前記金属間接合部を設けた後に、電気コンタクトを前記第１サブセルの上に形成することができる。この実施形態の方法では更に、反射防止コーティングを、前記第１サブセルの露出部分の上に堆積させることができる。
更に別の実施形態では、第１及び第２サブセルを含むＩＭＭ太陽電池セルが提供される。前記第２サブセルは、前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する。この実施形態のＩＭＭ太陽電池セルは更に、前記第１及び第２サブセルをシリコンサブセルの上に支持するシリコンサブセルを含む。この実施形態のＩＭＭ太陽電池セルは更に、金属間接合部を前記シリコンサブセルと前記第２サブセルとの間に含む。
１つの実施形態の金属間接合部は、前記第２サブセルの上の第１格子状金属層と、そして前記シリコンサブセルの上の第２格子状金属層と、を含む。１つの実施形態のシリコンサブセルは、前記第１及び第２サブセルよりも大きい面積を有することにより、前記シリコンサブセルの周辺部分が、前記第１及び第２サブセルを超えて突出する。１つの実施形態では、前記第１サブセルはＧａＩｎＰからなるように設けられ、そして前記第２サブセルは、０≦ｘ≦０．１とした場合に、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓにより構成される。この実施形態では、前記第１サブセル、第２サブセル、及び前記シリコンサブセルの各サブセルは、該当するｎ／ｐ接合を有することができる。
本開示の実施形態によれば、ＩＭＭ太陽電池セル、及び関連する製作方法を提供することにより、このようなＩＭＭ太陽電池セル、及び関連する製作方法が提供されない場合に、ＣＴＥ不整合及び／又は格子不整合に起因して生じる性能面での制約を、製作プロセス中の破損からの保護を継続しながら軽減することができる。しかしながら、これまでに説明してきた特徴、機能、及び利点は、個別に実現することができ、そして本開示の種々の実施形態は、他の実施形態において組み合わせることができ、これらの実施形態についての更なる詳細は、詳細な説明及び図面を参照することにより理解することができる。
本開示の実施形態について一般的用語でこれまで説明してきたが、次に、寸法通りには必ずしも描かれていない添付の図面を参照することとする。
本開示の実施形態について一般的用語でこれまで説明してきたが、次に、寸法通りには必ずしも描かれていない添付の図面を参照することとする。
次に、本開示の実施形態について、全ての実施形態ではないが、幾つかの実施形態が図示されている添付の図面を参照しながら以下に更に完全に説明する。実際、これらの実施形態は、多くの異なる形態で具体的に実施することができ、そして本明細書において開示される実施形態に限定されるものとして捉えられるべきではない；そうではなく、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。同様の参照番号は、同様の構成要素を、図面全体を通じて指している。
次に、図１を参照するに、本開示の１つの実施形態によるＩＭＭ太陽電池セル１０が図示されている。ＩＭＭ太陽電池セル１０は、第１サブセル１２、第２サブセル１４、及び第３サブセル１６のような複数のサブセルを含む。一旦、製作されると、第１サブセル１２は最上層サブセルとすることができ、第２サブセル１４は中間サブセルとすることができ、そして第３サブセル１６は最下層サブセルとすることができる。図１に示すように、第１及び第２サブセル１２，１４は、以下に説明するように、第３サブセル１６から離間配置して、第１及び第２サブセル１２，１４と第３サブセル１６との間のＣＴＥ不整合及び格子不整合に関連する問題を低減することができるようにしている。しかしながら、第１及び第２サブセル１２，１４と第３サブセル１６とは、例えば第１及び第２サブセル１２，１４を第３サブセル１６に電気的に接続するとともに第１及び第２サブセル１２，１４を第３サブセル１６から物理的に離間させるように機能する金属間接合部を用いて電気的に接続される。以下に説明するように、第３サブセル１６は、シリコン（Ｓｉ）で形成することにより、第３サブセルとして機能するだけでなく、ＩＭＭ太陽電池セル１０が製作時及びハンドリング時に破損することがないように保護する支持体として機能することができる。
図２ａに示すように、第１及び第２サブセル１２，１４の複合体は普通、第３サブセル１６の形成とは別に製作され、そして幾つかの実施形態では、第３サブセル１６の形成と並行して製作される。第１及び第２サブセル１２，１４の製作に関して言うと、第１サブセルは、仮基板３０の上に形成することができる。操作５０だけでなく関連する平面図を参照されたい。本明細書において使用されるように、１つの層は別の層の上に、これらの層が直接物理的に接触しているかどうかに関係なく、かつこれらの層が１つ以上の介在層を挟んで分離されているかどうかに関係なく、支持するように、重なるように、または下層になるように配置される場合に、位置していると見なすことができる。第１サブセル１２は、種々の方法で形成することができるが、第１サブセルは、１つの実施形態では、仮基板３０の上にエピタキシャル成長させる。第１サブセル１２及び仮基板３０は種々の材料で形成することができる。しかしながら、１つの実施形態では、図３に示すように、第１サブセルはＧａＩｎＰにより形成され、そして仮基板はＧａＡｓまたはＧｅにより形成される。図３に更に示すように、第１サブセル１２がｎ型材料層及び隣接するｐ型材料層を含むことにより、ｐ／ｎ接合を画定するので、ｐ／ｎ接合を第１サブセル１２内に形成することができる。従って、第１サブセル１２のｎ型領域１２ａが仮基板３０に近接して位置することができるのに対し、第１サブセルのｐ型領域１２ｂは、仮基板から離間して、かつ遠ざかるように位置することができる。
操作５０及び関連する平面図に更に示されるように、第２サブセル１４を次に、第１サブセル１２の上に、例えばエピタキシャル堆積により形成することができる。第２サブセル１４は普通、第１サブセル１２とは異なる材料で形成され、そして図３の実施形態では、０≦ｘ≦０．１とした場合に、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓにより形成される。第１サブセル１２の場合と同じように、第２サブセル１４がｎ型材料層及び隣接するｐ型材料層を含むことにより、ｐ／ｎ接合を第２サブセル１４内に画定するので、ｐ／ｎ接合を第２サブセル１４内に形成することができる。図３に示すように、第２サブセル１４のｎ型領域１４ａが従って、第１サブセル１２に、具体的には、第１サブセルのｐ型領域１２ｂに接近して位置することができるのに対し、第２サブセルのｐ型領域１４ｂは、第１サブセルから離間して、かつ遠ざかるように位置することができる。第２サブセル１４のｎ型領域１４ａ及び第１サブセル１２のｐ型領域１２ｂが近接して位置する結果、トンネル接合３８は、全ての実施形態ではないが、幾つかの実施形態において、第１サブセルと第２サブセルとの間に形成することができ、この場合、第２サブセル１４のｎ型領域１４ａ及び第１サブセルのｐ型領域１２ｂは共に、高濃度に不純物ドープされる。トンネル接合３８を含む実施形態では、当該トンネル接合は、第２サブセルに近接するｎ＋領域と、そして第１サブセルに近接するｐ＋領域と、を含むことができる。
図２ａの操作５２及び関連する平面図に示されるように、格子状金属層１８を次に、第２サブセル１４の上に、例えば第２サブセルのｐ型領域１４ｂの上に形成することができる。格子状金属層は種々の形状に形成することができるが、１つの実施形態の格子状金属層１８は、第２サブセル１４の表面全体に略平行に延びる複数のグリッドと、そして各グリッドを接続し、かつ第２サブセルの一方の辺縁にほぼ近接して配置される共通電極と、を含む。格子状金属層１８は、種々の方法により、例えば熱気相堆積法により形成することができる。図示の実施形態では、反射防止コーティング２２を更に、例えば熱気相堆積法により、第２サブセル１４の露出部分の上に、例えば格子状金属層１８のグリッド群の間の第２サブセルのｐ型領域１４ｂの露出部分の上に形成することができる。反射防止コーティング２２は、種々の材料で形成することができるが、１つの実施形態では、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、及び窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）により形成される。その後、操作５４及び関連する上面図に示すように、仮基板３０、第１及び第２サブセル１２，１４、格子状金属層１８、及び反射防止コーティング２２を含むウェハを切り取るか、または切断して、所望のサイズ及び形状とすることができる。
図２ａのフローチャートの並列処理パスが示すように、第３サブセル１６を更に、第１サブセル１２及び第２サブセル１４の製作と同時に、またはその他には、第１サブセル１２及び第２サブセル１４の製作と並行して製作することができる。この点に関して、第３サブセル１６をシリコンにより形成して、シリコンサブセルが操作５６に示す通りに設けられるようにすることができる。操作５６に関連する平面図に図示されるように、ｎ／ｐ接合を更に、シリコンサブセル１６内に、例えばｎ型不純物をｐ型基板に拡散させることにより、またはｎ型領域をｐ型基板にエピタキシャル成長させることにより形成することができる。この点に関して、シリコンサブセル１６は、図４に更に詳細に示すように、ｐ型領域１６ａ及びｎ型領域１６ｂを含むことができる。その後、格子状金属層２０をシリコンサブセル１６の上に、例えばシリコンサブセルのｎ型領域１６ｂの上に形成することができる。操作５８及び操作５８に関連する平面図を参照されたい。格子状金属層２０は、種々の方法により、例えば熱気相堆積法により形成することができる。この点に関して、図５は、シリコンサブセル１６の上面図を提供し、格子状金属層２０を描いている。図５に示すように、格子状金属層２０は、シリコンサブセルの表面全体に、例えばシリコンサブセルのｎ型領域１６ｂの表面全体に延びる複数のグリッドを含むことができる。これらのグリッドは、互いから離間させることができ、そして平行に並んで配置することができる。格子状金属層２０は更に、各グリッドを相互接続し、かつ例えば、シリコンサブセルの１つの辺縁に沿って配置される共通電極を含むことができる。図５に示すように、反射防止コーティング２４を更に、シリコンサブセル１６の上に、例えば熱気相堆積法により形成することができる。この点に関して、反射防止コーティング２４は、格子状金属層２０のグリッド群の間のシリコンサブセル１６の露出部分の上に形成することができる。更に、シリコンサブセル１６のｐ型領域１６ａの表面のようなシリコンサブセル１６の反対側表面に、Ｃｕ，Ａｇ，またはＡｕのような金属を、例えば熱気相堆積法により真空チャンバ内でコーティングすることができる。
次に、結果的に得られるシリコンサブセル１６を切断して所望の形状及びサイズとすることができる。操作６０及び関連する平面図を参照されたい。シリコンサブセルは種々の形状及びサイズを有することができるが、シリコンサブセルの形状は、第１及び第２サブセル１２，１４、及び仮基板３０を備えるウェハの形状と略同様である、または略同じである。しかしながら、シリコンサブセル１６のサイズは普通、第１及び第２サブセル１２，１４、及び仮基板３０を備えるウェハのサイズよりも幾分大きく、例えば表面積で見たときに５％〜１０％大きい。
図２ａの操作６２及び関連する平面図に示すように、次に、第１及び第２サブセル１２，１４、及び仮基板３０の複合体を備えるウェハを反転し、そしてシリコンサブセル１６に接合することができる。この点に関して、第１及び第２サブセル１２，１４、及び仮基板３０の複合体を備えるウェハをシリコンサブセル１６に接合することにより、第２サブセルが、具体的には第２サブセルのｐ型領域１４ｂがシリコン基板に、具体的にはシリコン基板のｎ型領域１６ｂに対向するようになる。第１及び第２サブセル１２，１４、及び仮基板３０の複合体を備えるウェハをシリコンサブセル１６に種々の方法で接合させるに当たって、金属間接合部を第２サブセル及びシリコンサブセルそれぞれの上の該当する格子状金属層１８と２０との間に形成することができる。
その後、仮基板３０を、例えば化学エッチングにより除去して、第１サブセル１２、具体的には第１サブセルのｎ型領域１２ａを露出させることができるようにする。図２ｂの操作６４及び関連する平面図を参照されたい。次に、電気コンタクトを第１サブセル１２の上に、例えば第１サブセルのｎ型領域１２ａの上に形成することができる。操作６６及び関連する平面図及び上面図を参照されたい。電気コンタクトは、種々の方法に従って形成することができ、１つの実施形態の電気コンタクトは、熱気相堆積法により形成される。種々の種類及び形状の電気コンタクトを第１サブセル１２の上に形成することができるが、当該電気コンタクトは、操作６６に関連する上面図に示すように、格子状金属層３４とすることができる。この点に関して、格子状金属層３４は、第１サブセル１２全体に亘って、例えば略平行に、かつ離間して延びる複数のグリッドを含むことができる。この実施形態の格子状金属層３４は更に、各グリッドを相互接続し、かつ第１サブセル１２の１つの辺縁に沿って延在することができる共通電極を含むことができる。更に、反射防止コーティング３６を種々の方法により、例えば熱気相堆積法により、第１サブセル１２の露出部分の上に、例えば第１サブセルのうち、図２ｂの実施形態における格子状金属層３４のグリッド群の間から露出する部分の上に形成することができる。
従って、結果的に得られるＩＭＭ太陽電池セル１０は、太陽エネルギーを受光し、そしてそれに応じて、電気エネルギーを効率的に生成することができる。種々ある特徴の中でもとりわけ、第１サブセル１２及び第２サブセル１４は、シリコンサブセル１６から、例えば第１及び第２サブセル１２，１４とシリコンサブセル１６との間の金属間接合部を挟んで離間され、これらの金属間接合部は、種々のサブセルを電気的に接続するように機能する。しかしながら、離間配置されることにより、第１及び第２サブセル１２，１４とシリコンサブセル１６との間の如何なるＣＴＥ不整合及び／又は格子不整合の影響も、無くすことができることはないにしても低減することができることにより、結果的に得られるＩＭＭ太陽電池セル１０の性能を向上させることができる。更に、シリコンサブセル１６は、ＩＭＭ太陽電池セル１０の第３サブセルとして機能するだけでなく、ＩＭＭ太陽電池セルがＩＭＭ太陽電池セルの形成時及び他のハンドリング時に破損することがないように保護する支持体としても機能することができる。シリコンサブセル１６をＩＭＭ太陽電池セル１０内に含めることも、当該シリコンサブセルを、例えば２〜５ミル（０．０５０８〜０．１２７ｍｍ）に薄厚化して、ＩＭＭ太陽電池セルの外形及び重量を小さくすることができるので有利である。更に、シリコンサブセル１６は、異なる材料で形成される他のサブセルと比較して非常に安価であり、そしてシリコンサブセルは、シリコンサブセルが非常に高い放射線耐性を持つ結果として、耐放射線性を向上させることができる。
シリコンサブセル１６のバンドギャップは、太陽エネルギーを捕集するために最適なバンドギャップよりも大きくすることができる。例えば、シリコンサブセル１６のバンドギャップは、太陽エネルギーを効率的に捕集するために最適な約１．０ｅＶのバンドギャップと比較した場合に、約１．１２ｅＶとすることができる。シリコンサブセル１６のバンドギャップが、最適なバンドギャップよりも大きくなる結果、シリコンサブセルは、同じ量の太陽エネルギーを受けると、最適なバンドギャップを有するサブセルよりも少ない電流しか流すことができない。バンドギャップが大きくなり、かつ流れる電流が少なくなる影響を打ち消すために、シリコンサブセル１６は、第１サブセル１２及び第２サブセル１４の複合体よりも、例えばそれぞれのサブセルの表面積に関して、大きくする必要がある。図１を参照されたい。表面積を大きくすることにより、シリコンサブセル１６は、第１サブセル１２及び第２サブセル１４よりも大きな太陽エネルギーを受けることができ、これにより今度は、大きな電流を当該シリコンサブセル内で流すことができる。従って、シリコンサブセル１６のバンドギャップが大きいことに起因して電流が少なくなる分は、シリコン基板のサイズを、第１及び第２サブセルよりも大きな表面積を有するように決定することにより埋め合わせて、より大きな太陽エネルギーを受けるようにし、そして今度は、より大きな電流を流すことができる。シリコン基板１６は、第１サブセル１２及び第２サブセル１４の複合体よりも、種々の程度だけ大きくなるように形成することができるが、１つの実施形態のシリコンサブセルの表面積は、第１及び第２サブセルの表面積よりも約５％〜１０％だけ大きい。従って、１つの実施形態のＩＭＭ太陽電池セル１０は、上に説明したシリコンサブセル１６の利点を生かすことができるとともに、シリコンサブセルのバンドギャップが大きいことに起因して流れる電流が少なくなる分を効果的に埋め合わせることができる。
本明細書において説明される本開示の多くの変形、及び他の実施形態は、これらの実施形態が関わり、かつこれまでの記載及び関連図面に提示される教示の恩恵を受けるこの技術分野の当業者であれば想到するであろう。従って、本開示は開示される特定の実施形態に限定されず、かつ変形及び他の実施形態は、添付の請求項の範囲に包含されるべきであることを理解されたい。特定の用語を本明細書において用いているが、これらの用語は、単に一般的かつ記述的な意味としてのみ用いられ、限定的な意味に用いられるものではない。
Claims (17)
- 反転型メタモルフィック多接合（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ｍｕｌｔｉ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＩＭＭ）太陽電池セルを製作する方法であって：
第１サブセルを仮基板の上に形成することと、
前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する第２サブセルを前記第１サブセルの上に形成することと、
前記第２サブセルをシリコンサブセルに接合することと、
前記仮基板を除去することと、
を含む、方法。 - 第１格子状金属層を前記第２サブセルの上に形成することと、
第２格子状金属層を前記シリコンサブセルの上に形成することとを更に含み、
前記第２サブセルを前記シリコンサブセルに接合することは、金属間接合部を、前記第２サブセル及び前記シリコンサブセルの前記第１格子状金属層と前記第２格子状金属層との間に設けることを含む、請求項１に記載の方法。 - 反射防止コーティングを、前記第１格子状金属層のグリッド群の間の前記第２サブセルの露出部分の上に堆積させることと、
反射防止コーティングを、前記第２格子状金属層のグリッド群の間の前記シリコンサブセルの露出部分の上に堆積させることと
を更に含む、請求項２に記載の方法。 - 前記仮基板を除去した後に、電気コンタクトを前記第１サブセルの上に形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
- 反射防止コーティングを、前記第１サブセルの露出部分の上に堆積させることを更に含む、請求項４に記載の方法。
- 前記シリコンサブセルの周辺部分が前記第１及び第２サブセルを超えて突出するように、前記第１及び第２サブセルよりも大きい面積を有する前記シリコンサブセルを設けることを更に含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第１サブセルを形成することは、ｎ／ｐ接合を前記第１サブセル内に形成することを含み、そして前記第２サブセルを形成することは、ｎ／ｐ接合を前記第２サブセル内に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記第２サブセルを前記シリコンサブセルに接合する前に、ｎ／ｐ接合を前記シリコンサブセル内に形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
- 反転型メタモルフィック多接合（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ｍｕｌｔｉ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＩＭＭ）太陽電池セルを製作する方法であって：
ＧａＩｎＰにより構成される第１サブセルを形成することと、
０≦ｘ≦０．１とした場合に、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓからなり、かつ前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する第２サブセルを前記第１サブセルの上に形成することと、
第１格子状金属層を前記第２サブセルの上に形成することと、
第２格子状金属層をシリコンサブセルの上に有する前記シリコンサブセルを設けることと、
金属間接合部を、前記第２サブセル及び前記シリコンサブセルの前記第１格子状金属層と前記第２格子状金属層との間に設けることと
を含む、方法。 - 前記第１サブセルを形成することは、前記第１サブセルを、ＧａＡｓまたはＧｅからなる仮基板の上に形成することを含み、そして前記方法は、前記金属間接合部を設けた後に、前記仮基板を除去することを更に含む、請求項９に記載の方法。
- 前記シリコン基板を設けることは、前記第２格子状金属層を形成し、そして反射防止コーティングを、前記第２格子状金属層のグリッド群の間の前記シリコンサブセルの露出部分の上に堆積させることを含む、請求項９に記載の方法。
- 前記金属間接合部を設けた後に、電気コンタクトを前記第１サブセルの上に形成することを更に含む、請求項９に記載の方法。
- 前記第１サブセルを形成することは、ｎ／ｐ接合を前記第１サブセル内に形成することを含み、前記第２サブセルを形成することは、ｎ／ｐ接合を前記第２サブセル内に形成することを含み、そして前記シリコン基板を設けることは、前記金属間接合部を設ける前に、ｎ／ｐ接合を前記シリコンサブセル内に形成することを含む、請求項９に記載の方法。
- 第１及び第２サブセルであって、前記第１サブセルが前記第２サブセルの上に配置され、そして前記第２サブセルが前記第１サブセルよりも小さいバンドギャップを有する、前記第１及び第２サブセルと、
前記第１及び第２サブセルをシリコンサブセルの上に支持する前記シリコンサブセルと、
前記シリコンサブセルと前記第２サブセルとの間の金属間接合部と
を備える、反転型メタモルフィック多接合（ＩＭＭ）太陽電池セル。 - 前記金属間接合部は、前記第２サブセルの上の第１格子状金属層と、そして前記シリコンサブセルの上の第２格子状金属層と、を備える、請求項１４に記載の反転型メタモルフィック多接合（ＩＭＭ）太陽電池セル。
- 前記シリコンサブセルは、前記第１及び第２サブセルよりも大きい面積を有することにより、前記シリコンサブセルの周辺部分が、前記第１及び第２サブセルを超えて突出する、請求項１４に記載の反転型メタモルフィック多接合（ＩＭＭ）太陽電池セル。
- 前記第１サブセルはＧａＩｎＰにより構成され、前記第２サブセルは、０≦ｘ≦０．１とした場合に、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓにより構成され、そして前記第１サブセル、前記第２サブセル、及び前記シリコンサブセルの各サブセルは、該当するｎ／ｐ接合を有する、請求項１４に記載の反転型メタモルフィック多接合（ＩＭＭ）太陽電池セル。
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