TW201021225A - Photovoltaic cell - Google Patents
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201021225 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於本質區具多重量子井的光伏接面、和包 . .. ...... .... ... . .... 含此接面以從（如太陽光）之入射光產生電能的光伏電 池。特別地但非排他地說，接面當作串疊多重接面太陽 能電池的頂部接面，用以接收高度聚集的太陽光，並具 有GaAs基下光伏接面，其利用本質區的多重應力平衡 _ 量子井/阻障層而具擴及較長波長之吸收邊緣。 【先前技術】 US2005/〇247339描述串叠太陽能電池，其標於該文件 的第7圓並繪示於本文的第丨圖。此太陽能電池包含砷 化鎵（GaAs)基板1〇(或具主動或被動鍺（Ge)基板）、生成 於基板上以從高達約1040奈米（nm)波長之光子產生電 ❹能的下光伏接面12、和生成於下揍面上以從高達約 72〇nm波長之光子產生電能的上光伏接面。隧道接面14 .. '................ .... .. 龢揍二光伏接面，便相同的光電流通過由設在基板底下 與上接面頂部的電極耦接至電路的二接面。 多重半導體層可生成於彼此頂部，並產生最少可能大 巾曰降低裝置效率的缺陷，各半導體層的晶格常數必須匹 配下層和GaAs或Ge基板的晶格常數。如此將強烈限制 各層可用材料，此在許多半導體工程領域很常見，但偏 離此限制仍為可能的，其將說明於後。 201021225 下接面12能從橫跨整個太陽光光譜中高達約l〇4〇nm 波長之光子產生電能且具高量子效率\然長波長吸收邊 緣通常會引起低接面電壓產生光電流，以致許多短波長 光子之電位電能由接面内的自由帶電載子快速熱游離而 消失於對應吸收邊緣的能帶隙。為在高電壓下獲得短波 長光子’上揍面設有短波長吸收邊緣。其主要著眼於開 發具三、四或多個接面的串疊多重接面太陽能電池，以 盡可能在最高電壓下獲得各接面的光電流。多重接面串 疊電池的限制在於，當接面設成堆疊結構時，長波長將 往下穿透至吸收長波長且靠近適當能帶邊緣的接面整 個堆疊結構的光電流必須與通過各接面的光電流相同。 故裝置會受限於產生最小光電流的接面。 使用標準太陽光光譜和各接面性質，可依如各接面之 吸收邊緣等因子估算多重接面串疊電池的預期效率。效 率對應下揍面與上接面能帶隙的等值線圖一例（其與吸 收邊緣息息相關）取自US2〇〇5/〇247339並與該文件之第 1圖串疊電池有關且緣示於本文的第2圖。由GaAs p n 接面構成的底部電池和由GalnP p-n接面構成的頂部電 池(GalnP為晶格匹配GaAs的複合物）的性質以粗十字表 八由此T看出’對最佳效率來說，二接面的能帶隙應 更低且相當於長波長的吸收邊緣。等值線圖的對角線結 構起因於需匹配二接面產生的光電流。 .. ..... ... ......... ........ .. 在第1圖配置中’下接面的吸收邊緣波長延伸大於約 88〇nm’其達成方式為利用簡單的GaAs/GaAs p-η接面和 201021225 利用含有inGaAs材料薄層（量子井）且具約l〇4〇nm吸收 邊緣的本質區18 ’然薄井的量子效應會稍微改變此值。 InGaAs材料的晶格並不匹配GaAs基板但各量子井位 於GaAsP材料阻障層間而補償晶格失配。只要量子井和 阻障層夠薄’晶格常數、彈性係、數和層厚可保持平衡， 本質區將生成非常少的缺陷水準而匹配GaAs基板的晶
參 格常數。達成此條件的”應力平衡，，技術描述於 W003/012881 〇 上GaInP電池同樣設有含量子井的本質區其中銦濃 度增加以將吸收邊緣移向長波長。提高的量子井晶格常 數可藉由插入低銦濃度的阻障層而平衡，如此由阻障層 與井構成之本質區的晶格常數匹配相鄰Galnp主體 區和底下GaAs基板的晶格常數。 為維持有效的内建電場遍及本質區，使光產生之帶電 載子得以被電場而非靠著擴散隔開必須保持很低的換 雜雜質農度。低雜質濃度能維持内建電場遍及厚本質 區’但實際上低雜質濃度會將本質區厚度限制在約 二〇nm至1500nm。w〇〇3/〇) 288」所述之技術容許井/阻 障層本質區建構成此厚度，又不會因内部應力而產生明 顯缺陷’然量子并的吸收截面取決於本質區的總體厚 度，本質區具限制厚度時，即斯有厚量子井和薄阻障層。 因此’ GaInP構成之上接面採用量子阻障層/井本質區 會有一些問題。為匹配GaAs的晶格常數’⑽心的嫁/ 錮比率應為約0.5 1/0.丨9、吸收邊緣約67〇nm。為將量子 201021225 井層的吸收邊緣適當延伸成約720nm，鎵/銦比率需為約 0.4/0.6，此時阻障層厚度約為井的兩倍以達應力平衡。 在許多光譜條件下，期具大於72〇nm之波長，故需更寬 的阻障層》此將耗盡本質區的可用厚度、減少可能的總 趙厚度和量子井材料的吸收截面，另外，應力平衡條件 需求會侷限量子井和阻障層達到一定吸收邊緣的厚 度。量子井系統設計更有彈性是有益的。 此外，後續將難以完美生成GaInP基材料之阻障層和 井層，又不使第III族鎵與銦材料產生不當排列，導致 鎵與銦原子易形成單—物種區域於相鄰的（111)平面、而 未在結晶結構内充分混合。 故期提出替代的GaInP基阻障層/井結構，其具擴大 的波長吸收邊緣’且更特別地，此結構可生長於 或Ge基板上做為裝置部件。亦期此結構内的量子井厚 度佔較大比例，井和阻障層厚度的選擇更具彈性。尚期 能更可靠、無缺陷生長此結構且更確實地無序混合第m 族.物種. .. - . ..... . : - 1 . . . . . • ..... ..... .. ...... . .... ....... " ....... .... ... " 【發明内容】 .... . :... … .; . . . . ... : . 本發明提出具本貫區的先伏接面，包含一連串由
InGaASP四元材料組成的量子井。此化合物能使利用 GaInP三元材料獲得的吸收邊緣擴及長波長: 已發現四元材料的生長可與第m族原子充分混合而 201021225 提供高材料品質，其是形成高效率操作之量子井光伏接 面的關鍵。適當調整In與Ga的互補比例和As與p的互 補比例’可依需求將材料吸收邊緣控制在有效波長範 圍，以例如用於串疊太陽能電池時，調整接面性能，同 時產生具所需晶格參數的井材料。藉此，可輕易獲得下 • 述材料，其晶格十分匹配GaAs(或其他如Ge基板）且具 波長約70〇nm至800nm的可調整能帶邊緣然7〇〇nm至 參 MOnm的範圍特別適合某些應用。也可獲得晶格不匹配 基板、但用於具補償阻障結構之應力平衡結構的類似材 料。 較佳地’至少部分量子井是由各層組成或包含、或包 含一或多層InGaAsP四元材料層，其中As與p的相對 比例表示成Asy與P〗.y，且〇.2<y<〇 5，更佳地， 〇.25SyS〇.45’在各情況下，視情況而定，晶格匹配 或其他基板材料》在先前技術中，實驗已預測及發現此 ❹ 主體材料不忐混溶（K. 〇nabe，jpn j Appi phys 21 797, 1982和發明人的實驗）。但現已發現在量子井結構中，產 生材料具有良好的材料品質，此可由材料在高發光強度 下進行輻射復合產生的高光致發光訊號、窄光致發光峰 ................ ...... ； . 寬、低背景雜質能階和典型暗電流特性證實。具多達5〇 個ϊ子井或以上的本質區發現仍為空乏。 組成晶格一般應_匹配..基.板 . ............ ..... .... ......... ... . 晶格常數的2% ’但此將取決於採用的應力平衡及/或其 他技街等級。例如，建構數十個量子井的適當準確晶格 201021225 匹配是指在基板晶格尺寸的約ο·ι%以内，更佳約 〇·〇3%。當應力平衡配合用於數十個量子井時，量子井/ 阻障結構應具有受類似限制的獨立計算晶格常數1 本發明亦界定為需單晶成長所述光伏接面，且在接面 與底下基板間插入或.不插入早晶層’其例如為.Ge、. GaAs 或其他具類似晶格常數的材料，包括虛擬基板、Si或 絕緣艘寒。滅據一實施例’若as為基板表面（裝置形成其 本）的晶格常數，aGaAs為GeAs的晶格常數，aGe為Ge的 晶格常&，則： -0.001 < 5^1^. <+〇〇〇! aG〇As 或 -0.001 <5lZ^£.<+〇〇〇1 aGe ..其分別匹配GaAs或Ge '此對應上述之〇.1%條件，並 可調整反映上述〇.〇3%和〇.2%的值。 為有效操作，量子井厚度較佳為至少2nm。同樣地， 厚度較佳小於約l5nm，更佳小於1〇nni。量子井數量可 配置提供預定的光吸收量和電流。但枝隹使用至少Μ個 量子井，更佳使用至少20個、 阻障層隔開量子井。合宜地，其為Gainp三元材料。 接著藉由調整砷源開關而利用磊晶技術，以生長另一阻 障層和量子井。由於砷原子通常遠比磷原子容易摻入磊 晶j長，所需砷進料遠比磷進料少且只需稍微改變神進 料里’故可精確、輕易控制钟摻入比例。阻障層通常由 201021225 包含Ga、In與P的半導趙材料組成，包括進一步摻入如 銘（A1)、砷（As)、氮（N)或銻（Sb)的四元材料。 . . . . ..... ... ... 為達匹配GaAs或Ge之接面晶格的擴大波長能帶邊 緣，GalnP阻障層間的另一井材料為GaAs e然建構此阻 • 障層和井需額外開關更大流量的璃原料。再者，GaAs井 . 提供比InGaAsP可得之波長還長的能帶邊緣，光伏接面 的内建電壓對許多甩途來說可能太低。此外，使用此材 ^ 料將無法調整井的能帶邊緣組成。 井材料的晶格常數不同於阻障材料，此時井和阻障應 與基板達應力平衡，即阻障層和井的交替壓縮應力和拉 伸應力在共同晶格間距處應達平衡，其匹配底下基板（及 /或井和阻障層上、下的主體(bulk)半導體區）乂為避免大 量（如30個或以上）的量子井產生缺陷及獲得良好的材料 品質，應力平衡需考量材料彈性係數和層厚與晶格常數。 然合宜地’井材料和阻障材料乃選擇使井材料和阻障 ❿ 材料的晶格常数同時實質匹配基板的晶格常數。如此井 和阻障層厚度的選擇將與應力平衡限制無關。此有助於 本質區容許更大的量子井總體厚度广^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ . . ... .... .... . . . . . 特別地’若底下基板為GaAs或Ge、或晶格匹配GaAs .. .... ... .... ... 或Ge頂表面’則阻障可由Galnp三元材料組成，井可由 . - . . . . . ... ... .... . ... . . ' " .； _ '
InGaAsP四几材料組成，二者組成晶格均實質匹配 或Ge。合宜地，本質區上及/或下的主體半導體層也可 由GalnP材料組成’或更廣泛地說為包含Ga、In> p的 半導體材料’包括進一步掺入如鋁(A1)、坤(As)、氮（N) 201021225 或錄（Sb)之第四元素的四元材料，又若有需求，其晶格 匹配GaAs或Ge。虛擬基板也可做為具適當晶格間距的 底下基板。 ...... . ...... .. 根據一變化例’籍由併入被InGaAsP四元材料隔開阻 障層（通常為GalnP)的GaAs子井，.InGaAsP井可生長成 梯狀井。衲入GaAs子井而形成InGaAsP-GaAs-InGaAsP 梯狀井可擴大結構的能帶邊緣超出約85 〇nm之波長。
InGaAsP層有助於穩定不含as之GalnP轉變成不含p之 GaAs 〇 ... 較佳地’接面伴隨太陽能電池基板單晶形成。接面可 伴隨裝置的一或多個或所有其他串疊接面單晶形成。 本發明亦提出一太陽能電池，包含：上述光伏接面、 半導體基板和配置耦接接面之光電流與光電壓至負载的 電極。 太陽能電池可包含二、三、四或更多個光伏接面，尤 其是配置成串疊構造，使相同的光電流通過所有接面。 • 在此配置中，調整一或多個接面之吸收能帶邊緣以在典 ........ .昏. . . 型發光條件下匹配各接面之光電流的能力很重要，其並 利用一或多個接面的InGaAsP井連成此目的。 ' . 入：:………' \. . 特別地’具InGaAsP四元材料井之光伏接面做為上接 . '. . . '' ' . . . . 面’用以接收來自任一上層的入射光，太陽能電池更包 . . . . . . 括至少一下接面，用以接收來自上接面的入射光。下接 . .. . . . ......... . . . .... 面接收的光可為未被上接面吸收的入射光，但尚可包含 .… _ : . ...... . .. ... . .... 上接面因量子井之帶電載子進行轄射復合而發射的先 201021225 子。 一般來說’下接面的特徵在於，吸收邊緣的波長比如 GaAs材料基（如GaAs、GaAsP和InGaAs)之上接面長。 特別地’下本質區包含具InGaAs量子井的本質區，其由 GaAsP阻障層隔開。適當之太陽能電池可使用約2〇 i 100個InGaAs量子井，並與GaAsP阻障層達應力平衡而 匹配底下GaAs或Ge基板的晶格常數。較佺地，下接面 • 的井特徵在於，InGaAs材料的吸收能帶邊緣波長大於 響. lOOOnm(相較於傳統 GaAs接面的能帶邊緣為約 875nm)’更佳大於i〇2〇nm〇與傳統GaAs光伏接面相比， 此下接面可有效增加典型發光條件下的光電流，故傳統 GalnP上接面提供的光電流不足以匹配〇將InGaAsP四 元材料量子井用於上接面可提供匹配的光電流，其更可 藉由調整組成和井厚度來加以調整，進而在寬廣的發光 條件下最佳化太陽能電池。 ❹ 所述光伏接面和太陽能電池尤其適合當作集中器電 池’其在如太陽光聚集的強先條件下運作，例如在太陽 能電池表_面為至少约50:倍v.，更_佳至'少_約· 1 〇〇:倍...之.條..件_。 為達此目的，本發B月尚提供設備’其包含：上述一或多 個太陽能電池、太陽能集中器，其用以將聚集之太陽光 ... ·'' . ... ' '". ..... . 引導至一或多個太陽能電池、和電路，其用以收集一或 ' …： , 人 :.: ...... 多個太陽能電池的電能。 .. . . ' . ... . ' ... . . . . . : ... ......... . 本發明亦提供在反應腔室中，利用磊晶成長技術（如有 ' 機金屬氣相蟲晶法(MOVPE))來形成光伏接面的方法，包 ..... ... ........ ..... . ' ' ..... ... . ...... - . -. .... ...... . ....：; ...................... . 11 201021225 含：生成第一主鱧半導體層；生成本質區於第一主體層 頂部，本質區包含阻障層或InGaAsP四元材料量子井 層，以及生成第二主體半導體層於本質區頂部。阻障層、 量子井和主體半導體層可具上述不同的性質組合，接面 可生長成多重接面光伏裝置的部件：特別地，阻障層可 由GalnP組成，一或二個主體半導體區可由Gainp組成，
基板可為GaAs' Ge、虛擬或其他具正面或呈現晶格常數 實質匹配GaAs或Ge的基板。 較佳地接面且最好任一其他光伏接面亦伴隨彼此和 基板單晶成長而形成單晶成長太陽能電池裝置，然通常 當需其他如金屬化之步驟。 本發明也可用於太陽能電池和其他光伏接面以外的應 用’例如發光二極體（LED)、雷射和光電二極體，而提供 具p-i-n接面的電子及/或光學裝置，接面的本質區包含 -連串由InGaAsP四元材料組成的量子井。較佳地，量 子井具有上述其他性質, 例如晶格匹配GaAs基板 【實施方式】 .... ' . . . . .. 处現參照第3圖’其綠示根據本發” 此電池結構。並非所有層皆有必綺於此圖。大體上 電池包含基板20，其上形出π也， 、开v成下光伏接面22。隧道接3 24形成在下接面22的頂部，朵件拉 接面24_上。上光伏技n; 上面的結構包括窗層28，電名
12 201021225 30 —般設在窗層上和基板底下。太陽能電池是藉由提供 電池頂部照光32(—般為聚集之太陽光）而運作，並透過 與電極30的連接取得電能广上光伏接面吸收能量大於接 面能帶邊緣的人射光子。低能量光子通過具低能帶邊緣 的下接面。由於高能帶邊緣材料通常提供高接面電壓， 故入射光光子可在高電壓下產生電流，低能量光子則被 下接面收集而不會浪費。 藝下上光伏接面之各者分別繪示為pin接面。就此接 面而言’操作時，其本質區⑴應完全空乏，如此接面的 電場將傳遞本f區内由照光32產生❹電載子到相鄰p 里和η型摻雜主體半導體區。在本實施例和其他實施例 中’當可視需求呈相反摻雜極性。 上接面的本質區由複數個量子井組成，各井包含 InGaAsP_ 材料。 太陽能電池的其他材料選擇取決於各種因子和限制， # 特殊實封將以第二實施例為例詳述於下。基板一般為
GaAs或鍺，下光伏接面為GaAs基接面。明確地說下 接面為p-i-n接面且具GaAs組成的主體半導體區。下接 及長波長。井和周圍阻障層可以先前技術或本文所述之 方式達應力或應變平衡，以例如使本質區的能帶邊緣擴 及長波長。此舉對於裝置善用可用入射光光譜來說很重 要。裝置尚有其他光伏接面位於下、上接面之間、上方 或下方，及/或可省略下接面。 201021225 所述上接面的量子井置於量子阻障層之間。阻障層可 .為二元GalnP或GalnP基四元材料，.上接面的p型.及/ 或η型主體區同樣由GainP或〇&1111>基四元材料組成， 然本質區周圍有更複雜的結構時，也可採甩其他材料。 一般來說’ p型與η盤主體區和量子井與阻障脣材料的 晶格匹配下光伏接面和底下的GaAs或Ge基板，但如本 文所述，也可依需求使用應變/應力平衡之量子井和阻障 • 層。此結構採用InGaAsP量子井容許本質區的能帶邊緣 擴及長波長。藉此可控制上接面的光電流更匹配下接 面，例如所述之GaAs基接面。
InGaAsP的砷比例較佳為約〇 25_〇 45，尤其是晶格匹 配GaAs之2%以内的材料。可調整第m族元素的比例 來提供適合晶格尺寸’以例如匹配特殊基板或平衡與基 板互補的阻障層組成。 諸如鏡子或布拉格（Bragg)反射器結構之一或多偭反 ® 射結構可設於太陽能電池，用以將入射光光子或接面處 輻射復合產生的光子反射回接面v例如，此結構置於下 光伏接面與基板之間。 . ... .. .. 現參照第4圖’其身示本發明結構的第二實施例。此 .. .. . - .... ..... ....... . . 為根據第一實施例的詳細結構實例，然為清楚說明已省 略部分態樣（例如電極）^第二實施例的各種使用方式類 似上述第一實施例。熟諸此技藝者亦可以各種方式將第 昏 . . . . · . 一實施例的特殊細節應用到第一實施例。例如，第二實 施例的上光伏接面可用於第一實施例概述的各種太陽能 201021225 電池結構。 第二實施例的太陽能電池是利用有機金屬氣相磊晶法 (MOVPE)生成於GaAs基板50，然也可採行其他磊晶技 術。自基板算起的主要層依序為下光伏接面、隨道揍面 和上光伏接面。如圖所示，下光伏接面包含n型摻雜GaAs 主體半導體層52、第一多重量子井(MQW)結構54和p 型換雜GaAs主體半導體層56。然後設置AlGaAs窗層 ❹ 58和隧道接面60。上光伏接面包含n型摻雜GaInp主體 半導體層62、第二多重量子井結構64和p型摻雜GaInP 層。 下多重量子井結構包括數十個薄層，較佳為3〇或更多 層量子井材料’其波長能帶邊緣比周圍主體GaAs材料 長。井材料的能帶邊緣波長延伸大於l〇〇〇nm，例如 l〇20nm、l〇40nm或甚至擴及llOOnm，以善用先前技術 所述之入射太陽光光譜。此可以多種方式達成，例如描 籲 述於 US2005/0247339 和 US2003/0089392(二者均一併附 上供作參考）。在第二實施例中，下接面的井是利用 InGaAs三元材料形成，其晶格參數比周圍主體材料及/ 或基板大。為避免晶格缺陷形成，以致增加接面的載子 .. ... .. . .......... ... . .. 復合而不當地降低效率，并間的量子阻障層由晶格參數 相應較小的材料組成，在此實施例為使用GaAsP三元材 料’因此當考量層厚、晶格參數和材料彈性係數後’量 子井結構的整體晶格參數將匹配基板。 上量子井結構具類似結構，但使用由InGaAsP四元材 15 201021225 料組成且置於GalnP三元材料阻障層間的多重量子井。 在第二實施例中’上接面的井和阻障層的材料晶格均匹 配周圍GalnP主體區和GaAs基板、而非依第一量子井 結構的方式達應變或應办平衡，但若有需求也可採用此 構造。 詳細地說，第二實施何的太陽能電池各層自基板往上 算起主要為： _ GaAs基板：以1〇度切向[lu]平面的（1〇〇)基板取代 傳統以3度切向[U1]平面的（1〇〇)基板，此有助於提高
GalnP層中第in族原子的無序性（偏離<：111>或<11〇>結 晶平面超過2度，且較佳超過7度亦有所助益）； _ lOOnm厚的GaAs層且n型摻雜矽原子密度達 lxl〇18cm·3 ； - 200〇nm之GaAs層且n型摻雜2xl〇17cm_3個矽原子; _ 5〇個量子井，各為6.8nm厚的In〇 23Ga〇 77As且被 28.6mn厚的Ga0.89AsP0·丨丨量子阻障層隔開，其中半厚阻 障層位於末端井外面，井的特徵在於1〇i6nm之光致發 光峰的半高全幅值為57.7meV ; . ... .... .. ......... ...... -10nm之未摻雜之GaAs ; . . . _ 4〇0nm之GaAs射極且p型摻雜2χ \ 〇18cm-3個碳原子; _ 4 3 nm 之 A1 〇. 8Θa〇·2As p 型窗口； .. . .. . . .... ..... : -15nm、P 型重摻雜之 A1〇.45Ga〇 55As 與 i5nm、n 型重 摻雜矽原子之GaAs組成的隧道接面； -3〇nm之A1InP且為n型摻雜矽原子的少數載子反射 201021225 器； _ 570nm、晶格匹配GaAs之Gainp且n型換雜 lxl〇17cm_3個矽原子; ,22個量子井，各為4 4nm厚的GaInAsp(參見以下組 成）且被15.4nm厚的GalnP量子阻障層隔開，所有晶格 匹配GaAs(或近乎匹配而呈現非常些微的應變平衡），井 的特徵在於4吋晶圓中心為716nm之光致發光峰且χ光 & _ 週期為 19.8nm ;. -60nm、晶格匹配 GaAs 之 GalnP 且摻雜 ixi〇i8cm-3 個鋅原子； • 40nm、晶格匹配 GaAs 之 GalnP 且摻雜 3xl〇18cnT3 俩鋅原子； -30nm、晶格匹配.GaAs/之 AllnP 且捧雜 5^:101.7^^3 個辞原子； -150nm之GaAs且p型掺雜lxi〇2°cm-3個碳原子〇 • ...接著依需求增設適合的電.極觸點和保護層，。.... 上列各層並不具體，指定..G.alnAsP :量·子.井的'in:與·ρ..比 . . ..... 例。藉由改變這些比例’可謌整井的能帶邊緣和太陽能 電池性質，尤其是調整銦與磷的相對比例和Ga與AS的 相對比例，可確保井的晶格依舊匹配GaAs。根 據，’Semiconductors: Data Handbook” ' 〇. Madelung, . - .- -- .- -
Birkhauser 2004、ppl67-168，依據下式，就所有y值而 .... ............ ..... . . . . . 言，GalnAsP 可匹配 GaAs :
GaO+yVrOglnj-O+yP.OsA.SyPl.y。 . . .... ..... .... .. . ._ . . ...... . .. .... ... - ........ ... .. . . . . - ....... ....... ..... 17 201021225 從y=0到y=l的全部範圍提供第二量子井結構的井約 1.42電子伏特（ev)至約l.9eV的能帶隙範圍。適合本發 明的 y 值為約 y=0.33，組成為 Ga〇.66In〇 34As() 33p。67。另 一晶格匹配GaAs的適當組成為Ga〇 7〇5Ϊη〇 295As〇 4p〇 6 , 對4.4nm厚的量子井來說’吸收波長約724nm。就晶格 匹配GaAs或Ge數個百分比以内（如2%)的GaInAsP化 合物而言，y值至少從約0.25到0.45是適合的、或從約 • 0.2到約0.5。在此範圍内，四元GalnAsP量子井適度地 增加上接面的光電流且足以讓上接面的光電流匹配 GaAs基下接面，又不會大幅降低上接面的電壓輸出。 y=0.33時’井的能帶邊緣約70nm，在約65〇nm處大於 主體GalnP光伏接面的能帶邊緣約4〇nme亦可調整下接 面的丼材料組成來控制能帶邊緣和類似性質，進而控 制、最佳化太陽能電池用於上述第2圖的特殊光譜條件。 第5圖顯示實驗室測試測量採用本發明上述串叠裝置 瘳.之上光伏接..面的暗電流（大圓..點明確.....地說'測、試裝'置 使用Ba..格實質匹..配GaAs的...InGaAsi*.量子'井（測試.裝置.形 成的井與阻障層間呈覌非常些微的應變平衡以匹配晶格 與基板一樣的本質區），且神比例約0.28，銦比例約 0.66(若要精確晶格匹配’鈒比例需為約0 64)。此組成落 . . - .. . . . ........ 在上述K. Onabe文獻提及的“不混溶間隙”，然第5及7 圖顯示其成功地生成高發先性、高輻射吸收效率的薄量 子井結構。 . . . .. .. . 暗電流為二極體電流’其於接面之光伏接面未發光時 . . ' . ... .. ... · ... ...... .. ...... .......... ......... - . . . . 18 201021225 產生，但利用橫座標電壓朝預期二極體傳導方向正向偏 I。為測量串疊裝置之上接面的暗電流，製作只具上接 面的測試裝豎。 由於待測試接面的主體性能近似開路光電流減去暗電 流，故小暗電流一般表示改善之太陽能電池性能。因高 正向偏壓會造成裝置產生大暗電流，其也可當作高發光 程度下行為作用的替代物 ❷ 測試裝置可以j. p. C〇nn〇lly等人於” pr〇c i9th
European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris, June 2004，pp355_359” 發表之，，腿ciency iimhs quantum well s〇lar eells”敘述的”s〇L，，模型模擬。單一自 由參數（載子生命週期）經調整達成良好模型配合數據（以 實線表示之”理論總值，，），在此為9〇〇毫微秒（ns)。圖中 的Rs值為裝置的串聯内部電阻，其會影響暗電流約 l〇3A/m2以上，導致暗電流密度變小成裝置偏麼的線性函 籲 數(注意第5圖為線性對數(lineaM〇g)圖）。模型亦可依據 各種假設理論性限制性能，其顯示供對照之用。以三角 點標示的線顯示比Shockley方程式預期之理想二極體行 為小很多的電流，其平衡载子擴散對抗本質p_n接面電 場漂移。以圓點標示的線顧示預期之輻射限制電流，當 帶電載子容許光復合時，其為帶電載子產生光的必然逆 過程。以加號樣示的線亦容許非輻射Sh〇ckley_Read_Hall 載子經由與晶格缺陷和類似瑕疵相關之陷阱狀態復合而 201021225 在第5圖中，輕射限制和理想Sh〇c]dey曲線僅相隔约 -個數量級。重要地，測量和模擬所得之暗電流在高偏 壓和電流密度下近似且符合輻射限制曲線。由於暗電流 測量的高偏壓為在太陽能電池操作條件下高發光程度的 替代物，故此電池趨近在高發光程度下的理論效率輻射 限制’對應此例為標準太陽光的約1〇〇 2⑽倍。達成方 式為將因非輻射機制而損失的載子降低成微不足道的程 度，此也表示量子井材料和阻障材料的品質非常好且能 產生非常高效率的太陽能電池。 相較於第5圈，第6圖顯示測試裝置的等效暗電流曲 線’其展現更差的性能^裝置結合晶格匹配GaAs的Gainp 基上光伏接面，其中本質區已補充5個由GaAs組成的 量子井。從第8圖的量子效率可知，如此提供的光子吸 收能量遠小於GaInP的能帶隙（l 85eV)。額外的吸收範 圍預期志產生比本質區只有Galnp之結橡還大的光電 流。然井深切的本性（即低能帶隙）亦相較於第5圖接面， 意即接面電壓降低且暗電流大幅增加，故將不當影響太 陽能電池接面的整體性能。 . . . . . . . . . . .. ... . .... 尚注意第8圖量子效率（峰小於〇/7)遠低於第7圖量子 效率(峰約為〇_95)。此代表電場因本質區的帶電雜質而 損失' .. ................. . 詳細地說’第6圖裝置包含: ’ 5〇〇nm厚之n-GaAs緩衝層且以i_〇xi〇〗8cm-3進行n 型摻雜； 201021225 -60nm之AllnP少數載子反射器層且以2 〇xl〇i8cm-3 摻雜矽（Si); _ 570nm之n-GalnP主體區且以摻雜以. 5俩阻障層與井層之重複物，阻障層為6〇nm、未摻 雜之GalnP ’井層為6nm、未摻雜之GaAs ; -lOOnm厚之i-區緩衝層且為未掺雜之GaInP ; -lOOnm 之1)-主體區且以7.0><1018<；111-3摻雜鋅（211); 30nm之AllnP窗層且以i〇18cin·3摻雜Zn ;以及 -150nm之GaAs覆蓋層且以2xl 020cnT3摻雜碳（〇。 從第ό圖可知，適配之載子生命週期很短，僅23ns， 且在所有偏壓下’因Shockley-Read-Hall載子損失所致， 暗電流多大於約0,6伏特（V)，意指量子井的材料品質差 且太陽能電池效率不佳。儘管未採用高串聯電阻（29〇歐 姆/平方公尺）的模擬或測量暗電流總是近似圓圈標示的 輻射限制’然甚至在高偏壓下，測量暗電流大於依據理 ❿ 想Shockley曲線所得之電流數個數量級。 ' - + - . · - ' - ' - . . . .. 第7及8圖分別顯示實驗室測試測量與第5及6圖暗 電流測量所用裝置相同的内部量子效率（粗點）^量子效 率為特定波長光子被裝置吸收的機率，電觸點收集產生 . . ' ... . -,' . .... 之帶電載子而形成電流通過電池。若權衡入射光波長(如 太陽光光譜 >，則量子效率曲線下方的面積與裝置產生的 光電流總量呈比例關係。内部量子效率忽略光子從裝置 .. ........ ..... . ..... ... 上表面反射的損失。為單獨測量頂部電池的量子效率， 使用只能被下接面吸收且具足夠強度而不致於讓下接面 201021225 光電流服制裝置之波長的光照射裝置。測得之量子效率 即代表上接面的性能。 第7及8圖分別利用上述SOL模型進行模擬。模擬結 . . , . ...... .... ... ... . . 果用來計算.p-主體區·、η-主趙區和本質區對量子.效率 的貝獻。就二測試裝置而言’如同預期，電場快速掃瞎 帶電載子重生光子的本質區貢獻最多量子效率的主夺 於主體半導體材料（在此二例為..GalnP)的能帶邊緣急遽 下降、隨後變成低階梯’其持續到長波長.。此階梯是因 量子井吸收波長太長以致無法被主體區吸收的光子所 致’且GaAs井的波長延伸遠大於InGaAsP井（因GaAs 的能帶隙較低），如上所述，其將引起較大之光電流（吸 收更多光子）和較低之接面電壓（接面的有效能帶隙較 低）。相較於第8圏有5個6nm之GaAs井，第7圖有更 多InGaAsP量子井(22個4.4nm之井），由於量子井的總 吸收截面積較大而獲致較高階梯。 參 具5個GaAs量子井的對照裝置的特徵在於量子效率 較差且尚峰約為68%。，此表示本質、區的帶電..雜..質:因..界面 復合、差排和其他瑕疵> 而造成電場搔失。相較之下，具 22 .個.:.InGaAsP井的裝:置:的:量子效率高鋒超過、9:5.%(主要 . . . .... . . . ..... ..... ....... 由1區貢獻）’再次表示量子井和阻障層有絕佳的材料品 質。如上所述’ InGaAsP裝置之量子井區的結構和元素 組成可輊易調整來控制量子效率曲線的長波長階梯大小 和上接面的總光電流，以匹配下接面的光電流。再者， 此可應用於太陽光條件的各種範圍，包括光譜和強度的 201021225 預期變化。 第9圖顯示上述完整串疊電池的内部量子效率測量
值’其僅測試第5及7圖的上接面。亦個別顯示利用SOL ' / … …... ' ..... 模型計算上、下接面和結合二接面而得的量子效率（速續 細線）。尚顯示頂部電池和结含二接面的内部量子效率測 量值（圓圈）。為進一步比較，頂部電池的内部量子效率（已 知為JEC串疊電池）以連續粗線表示（參見τ· Takamoto等 人於 Appl· Phys. Lett· 70，381，1997 發表的文獻”〇ver 30% efficient InGaP/GaAs tandem solar cells,>) ® 因下接面的55個InGaAs井吸收所致，波長大於GaAs 能帶邊緣的階梯從880nm延伸至約l〇40nm。此階梯所增 加的光電流透過上接面量子效率曲線之GaInP能帶邊緣 上方更適中的階梯而匹配上光接面，由於此波長範圍的 可用光子減少’亦造成下接面的量子效率相應下沉。 利用諸如MOVPE之磊晶技術特別容易生成上接面的 四兀GalnAsP多重量子井結構，此乃因引用控制之珅進 料量可精確控制砷摻入材料的比例。其他第V族元素（如 磷）難以摻入GaAs型材料，故需高密度的磷原料或來源 材料（通常為磷化氫）。神很容易摻入，敌藉由保挎高磷 進料量及開關少量、精確控制之砰造料（通常為三氫化 坤），可以積確的砷比例生長交替的GaInp層和GainAsp 層。從以下詳細實例可知，為生長交替的Qalnp層和 GaInAsP層，流人則vpE腔室_化氫維持使摻入的屬 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ IL ^ ^ ^ ^ ^ ^ # ^ 201021225 阻隆廢 〇 糸 依需求保持.晶格匹配GaAs或應變平衡量子 井結構’開關送人高、低濃度的三甲基鎵，以分別製造 井和阻障層，例如打開及關閉二互補入口，同時保将三 曱基銦進料呈飽和、
. . ' ' . . . .. ... 適。MOVPE成長製造類似上述第二光伏接面绪構的 方式將詳述於下。為清楚說明，接面結構在此直接生長 在GaAS基板上。然其當可依需求生長在隧道接面及/或 • 其他結構頂部，且視情況使井和阻障層晶格匹配GaAS 或提供應變平衡MQW結構。其他結構也可依需求生長 在量子井頂部。此方式繪示於第10圖。 (1)先將偏離（111)平面10度的（100)n_GaAs基板放到 M〇VPE反應器中（Thomas Swan掀頂7x2喷灑頭），其在 100托耳之壓力和2〇公升/分鐘之純氫氣載氣下運作。在 存有神化二氬流量為150標準cc/min(sccm)的環境中， 加熱基板超過980秒以達720eC -730°C之最高高溫計溫度 鲁 （從95〇nm發射）。在此斯間，移徐基板的表面氧化物。 (2 )接著冷卻基板至6 7 〇艺之高溫計溫度，同時維持碎 化三氫流量為15〇sccm。引進莫耳比例為18640-2之三 曱基鎵（TMG)蒸氣’以〇.83nm/秒的沉積速率生成5〇〇nm " 之GaAs(緩衝層）。 . .... . ..... . . ......... (3)然後將三氫化神流量換成250sccm之磷化氫，同 . '. . . . ... 時將緩衝層TMG流量換成莫耳比例為4.2x1 〇·3的另一 TMG源和莫耳比例為3,9x1〇-3之三甲基銦，以〇 38nm/ - . ' " ..... 秒的生長速率生成拉伸應變之GaInP(53.3% Ga、46.7% ... ...... . ' '' … .... '-；' ' ' ' ' . . ： • ..... : . ..... ... ..... .... . .. . . ... . . ..... . .... 24 201021225
In)，進而沉積15.4nm之GalnP阻障層。或者，使用適 當的TMG.流量使GalnP的晶.格匹配54.3% Ga與48.75% In之組成〇 (4)同時使用以氫氣雙重稀釋的三氫化砷並將 2.3seem之砷化三氫加入反應器内、及將TMG換成莫耳 比例為7.7x1 Ο·4的另一 TMG源，以形成壓縮應變之四元 QW ’所得四元合金的鎵比例為64%。x=〇 64、y=〇 32之 • 壓縮應變四元合金（2.1 χΙΟ·3的壓縮失配）經沉積1〇 3秒 後形成4.4nm厚之量子井層《若阻障層晶格匹配GaInP， 則調整四元組成.條件以提供晶格匹配組成.。 (5)接著交換TMG源使鎵比例回到53.3%並將三氫化 珅排出反應器外.以沉.積另一 GalnP .阻.障層》形成之 MQW的殘餘拉伸應變為5xl0-4,其可藉由微調生長溫度 或四元TMG流量而最佳化成真實應變平衡結構。 (6)反覆進行處理步驟（4)和(5)，以製造具37個典型 瘳 應變補償GalnAsP/GalnP週期的多重量子井結構。或 者’ GalnP和GalnAsP為晶格匹配。 第11圖繪示上述第3及4圖結構的另一變化例。根據 此變化例’ GaAs子井7〇生長在部分或全部的四元 InGaAsP量子井了之内’使⑽^⑶層隔開各以心子井 70和各阻障層74，如圖所示，其可為GaInp三元材料。 如上所述’量子井結構為晶格匹配，或者如InGaAsp層 之部件含有些微應變。 四元組成可如上述，或者在一特殊實例中，近奴使用 201021225
GaAs基板（即Ga〇.62ln〇.38As〇.34P〇.66)時讓量子井之吸收能 帶邊緣波長約735nm的合金。四元層的厚度應夠薄而不 會產生相分離。InGaAsP層提供從GalnP變成GaAs的過 渡材料，過渡材料含有As，其能改善GalnP與GaAs界 面的品質。直接在GalnP阻障層與GaAs井間轉變的量 子井結構具有從不含P之As變成不含As之P的界面， 且提供較差的發光率，此可能是因為井一阻障層界面的 非輻射復合中心所致。 第11圖梯狀多重量子井結構的典型尺寸為1.7nm厚之 InGaAsP層和2.0nm厚之GaAs層，並於約85Onm處發 光。以四元組成當作唯一阻障材料且GaAs做為井材料 的多重量子井結構不提供任何限制性電子狀態。故需容 許GalnP阻障層排列操作。 下表列出裝置或接面的詳細結構，其生成示範第11圖 的梯狀井配置。列表提供各層的適當厚度、摻雜類型、 馨 摻雜密度（cm-3)和光致發光波長（nm)。 功能 重複物 材料 厚度 (nm) 摻雜類型 掺雜密度 PL波長 (nm) 覆蓋層 GaAs 200 Si l.OxlO18 射極 GalnP 200 Si 4.0xl018 阻障層 50 GalnP 15 未摻雜 階梯 50 GalnAsP 17 未摻雜 730 井 50 GaAs 17 未摻雜 855 階梯 50 GalnAsP 17 未摻雜 730 間隔物 GalnP 50 未摻雜 基底 Alo^GaAs 200 C l.OxlO19 緩衝層 .GaAs 200 C l.OxlO18 26 201021225 上述光伏接面和太陽能電池尤其可m中器太陽能 電池應用，其中太陽光通常聚集成約50_1〇〇〇倍並引導 至表面積一般只有約ο」平方公釐（mm2)至約2〇〇mm2的 集中器太陽能電池。第12圖所示之系統例如包含光學集 中器7G件80、複數個太陽能電池82和電源管理電路 (PMC)84，用以收集太陽能電池的電能以適當地向前供 鲁 應。追蹤系統80甩來確保光學集中器適當地引導太陽 光，使集中器太陽能電池盡可能在最佳效率下運作^冷 卻設備88設置將太陽能電池保持在適當工作溫度。在第 12圖中，電腦化控制器單元9〇整合控制各種次系統❶ 雖然本發明已以特殊實施例揭露如上，然任何熟習此 技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種 之更動與潤飾。例如’儘管在此敘述量子井、阻障層和 其他層的材料和厚度，然此結構並不排除增設不同性質 © 層，例如一或多個具不同組成及/或厚度的井或阻障層。 雖然以上提及二元和三元半導體材料，但當可視需求使 用這些材料的改質物，包括適合之三元和四元材料。
GalnP組成的主體半導體區亦可由其他材料組成，例 .. . . ..... ..... ..... . .. 如具類似晶格大小及/或能帶隙特徵的類似四元化合 物’包括另含Al、As、N或Sb的GainP基四元材料， 其可做為上電池阻障結構。 :-.. . ... ..... .. 雖然在此是以如GaAs等基板為例說明，但當可採用 . . . .. ..... .其他基_板材料和:諸如虛擬與相關基板結.構、同樣地也 201021225 可使用不同材料、性質和厚度的主體半導趙層，包括以 相反或類似方式進行p型與n型換雜。 . - - ... .. .· - 【圖式簡單說明】 . . ...... .... .. .. 本發明之實施例將參照所附圖式加以說明，其中： 第1圖緣* US2005/〇247339所述之串叠太陽能電池； 第2圖為類似第丨圖之串疊太陽能電池頂部和底部接 鲁面在典型太陽光下一定能帶隙範圍的效率圖； 第3囷繪示根據本發明第一實施例之串疊接面太陽能 電池的結構； 第4圖緣示根據本發明第二詳細實施例之串疊接面太 陽能電池的結構； 第5圖為根據第二實施例之GalnP基頂部光接面的測 量和模擬暗電流圖’其本質區包括22個InGaAsP量子 井。約1.4V偏壓處（接近電池操作電壓）的陡崎斜率和近 粵 似標示為”輻射極限”之預測曲線均代表良好的材料品 質，此與輻射復合控制一致； - .. .... ... . . ： . . . . . . . . ..... ； . . .... 第6圖為GalnP基光接面的測量和模擬暗電流圖，其 ... ... .... ..... ' ... . ... ...... 本質區包括5個GaAs量子丼。a月顯較大之暗電流（在lv - '： ' - - - .+ + .+ +. "' ' . . . . . . . . 偏壓下約100倍）代表復合較快且電池效率比第5圖電池 '低； 第7圖為第5圖裝置的測量和模擬内部量子效率圖； 第8圖為第6圖裝置的測量和模擬内部量子效率圖「 201021225 第9圖為第5及7圖裝置的内部量子效率圖，其亦顯 示包括50個GaAsP量子井之下接面的模擬值、結合上 及下接面的測量與模擬值、和先前技術串疊裝置之頂部 電池的測量值； 第1〇圖總結包含本發明多重量子井結構的磊晶成長 系統； 第11圖繪示InGaAsP量子井系統的變化例，其中GaAs • 子井設置構成梯狀結構；以及 第12圖繪示用以利用上述光伏電池的集中器系統。 【主要元件符號說明】 10 基板 12、 14、16 接面 18 本質區 20 基板 22 ' 24、26 接面 28 窗層 30 電極 32 照光 5 0 基板 52、 56 ' 62、66 半導體層 54 ' 64 MQW結構 5 8 窗層 60 接面 70 子井 72 量子井 74 阻障層 80 集中器元件 82 . . : ?.. . 太陽能電池 84 電路 86 追蹤系統 8 8 冷卻設備 90 控制器單元 29
Claims (1)
- 201021225 七、申請專利範圍： 1. 一種太陽能電池’包含一光伏接面，該光伏接面至少 包含： 第一主想(bulk)半導體區和第二主體半導體區；以及 一本質區’位於該些主體半導體區之間， 該本質區包含複數個由四元InGaAsP組成的量子井，其 中叙(In)、鎵（Ga)、钟（As)與磷（P)的一相對比例乃使 ❿ InGaAsP晶格匹配GaAs或鍺之一晶格常數的2%以内， 該些量子井由多傭量子阻障層隔開。 2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該些 量子井由InGaAsP組成，其中砷（As)與磷（P)的一 相對比例表示成ASy與Pi y，且〇 25^y$〇 45、 3. 如申請專利範圍第1或2項所述之太陽能電池，其中 該些阻障層的至少一部分是由一包含鎵（Ga)、銦(In) 與磷(P)的半導體材料組成。 . . .. .. . ... ' . .. .... ..... ....... . .:....... .. .. ........ ....... . .... .. . .. .. ..... ... . :. ................. ..... 4·如申睛專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中該些 阻障層的至少一部分是由三元GalnP組成。 . ..... ... . , . ......... ... . . . 1 . - . .. . . ... ......... . . . ' : : . ...... 5.如申請專利範圍第1-4項任一項所述之太陽能電池， 其中該些主體半導體區的至少其一是由一包含鎵（Ga)、 30 201021225 銦（In)與磷（p)的摻雜半導體材料組成。 6.如申喷專利範圍任一項所述之太陽能電池，其中一些 或所有的該些量子井由InGaAsP組成，其中銦（In )、鎵 (Ga )、神（八3)與磷（？）的一相對比例乃使該些量子 井晶格匹配下列至少其一：該第一主體半導體區；該第 二主體半導體區；以及一底下基板》 泰 7 ·如申晴專利範圍第5項任一項所述之太陽能電池， 其中該些量子井和該些量子阻障層的組成和厚度乃使該 些量子井和該些阻障層提供補償之一壓縮應力和一拉伸 應力’該些應力在一共同晶格間距處連平衡且匹配一底 下基板及/或該些主體半導體區的至少其一。 8.如申請專利範圍任一項所述之太陽能電池，其中該些 參 量子井的一吸收能帶邊緣波長為7〇〇nm_74〇nm。 . · .. . . ......... ........ ...:... ' ... .... .. : . 9·如申請專利範圍任一項所述之太陽能電池，其中該本 . . ·. ...... . . 質區包含至少20個該些量子井。 , .. ' . ... ' . ：. .... .... ..: . _ __ ' .............. ； ... . .... . . . .. . 10·如申請專利範圍任一項所述之太陽能電池，其中一 些或所有的該些InGaAsP量子井的一厚度小於1 5nm，且 . . ...... ... ....... ... ... 較.佳小於 1 〇nm。_ ........ ....... .... . ... ..... . ' ..... . . . · .. . ... ， . ... .. ... . 31 201021225 11. 如申請專利範圍任一項所述之太陽能電池，其中該 些量子井的至少一部分包含被該四元InGaAsP隔開該些 阻障層的一 GaAs子井。 . . ..... ... .. 12. 如前述申請專利範圍任一項所述之太陽能電池，更 包含一底下基板》 13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該 底下基板為砷化鎵（GaAs )、鍺、或晶格實質匹配砷化 鎵（GaAs)或鍺的一基板。 14. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池，其中該 基板從（100)往<111>或<110>結晶平面的一切割角度超 過2度’且較佳超過7度。 . .. .:' ...... .. - # 15.如申請專利範圍第12-14項任一項所述之太陽能電 池’其中該太陽能電池包含一第二光伏接面，其位於該 第一光伏接面與該基板之間，而構成一具二或多個光伏 接面的争疊電池’其中一相同的光電流通過所有該些接 面。. .- ...... 昏. ... .. . . ..... . . ' _ . _ _ ...... ............ - - - ...... ............ . ......... . . . . ..丨 .... ... ..丨 .... . 16.如申請專利範圍第15項所述之太陽能電池，其中該 第二光伏接面的一吸收邊緣波長大於該第一光伏接面的 . . . · · ... .... .... . ..... .... ... ... ...... .. ... .. ....... 一吸收邊緣波長’較佳至少為l〇〇〇nm，更佳至少為 201021225 l〇40nm 〇 丄申'專利紅圍第16項所述之太陽能電池 該 且較佳合古本質區，其含有複數個量子井， 且較佳含有至少3〇個量子井。 如申明專利範圍第17項所述之太陽能電池，其中該 ❹ “伏接面中該些量子井的至少-部分是由InGaAs 19.如中4專利範圍第18項所述之太陽能電池其中該 第一光伏接面的該些量子井位於該些量子阻障層之間， 該些阻障層的至少-部分由GaAsp組成且該第二光伏 接面的該些量子井和該些量子阻障層的組成和厚度乃使 該些複數量子井和該些複數阻障層提供補償之一壓縮應 ❿ 力和一拉伸應力，該些應力在一共同晶格間距處達平衡 且匹配該底下基板。 . . . .. . .... ' . . . ... ... ... . ........ . .. . • . _ .... . ... - .. ... . _. ...... ... .. .... ： . ' ........ . . . . ....... . .... ... . 20·如申請專利範圍第12-19項任一項所述之太陽能電 池，其中該第一和該第二光伏接面乃配置使該些接面的 一光電流匹S己一預定發光條件。 . _ . . : . ... _ __ . ..... ..... - ： 21種光伏系統’其用以從太陽光產生電能，該光伏 . . . ....... .. . . ... .... . 系統至少包含： . ........... · . ·. .... .... ... . ' . ... ' : -- .-. . ... ...< ... .... . . ........ .... ... . · ... 33' 201021225 一如申請專利範圍第12-20項任一項所述之太陽能電 池；以及 . · . .. ——集中器，其用以將一聚集之太陽光傳遞到該太陽能電 池的一表面。 22. 如申請專利範圍第21項所述之光伏系統，其中該集 中器傳遞聚集至少50倍的該太陽光。 ❿ 23. —種利用遙晶成長來形成太陽能電池光伏接面的方 法，該方法至少包含以下步驟： 生成一第一主體半導體層； 生成一本質區於該第一主體層頂部，該本質區包含多個 四元InGaAsP量子井層且被多個阻障層隔開，多個量子 井由InGaAsP組成，其中銦（In)、鎵（Ga)、砷（As)與磷（p) 的一相對比例乃使InGaAsP晶格匹配以紅之一晶格常 鲁 數的2%以内;以及 ' ... . ...... . .. ........ . . .... . 生成一第二主體半導體層於該本質區頂部。 24. 如申清專利範圍第23項所述之方法，其中談些量子 井由InGaAsP組成，其中心與卩的一相對比例表示成 Asy 與 Pi y，且 〇 25 $ y 各 〇 45。 . ' . . - . ' . - ' . - - . . - ' . ........... .... . .......... .... ：...... . .. 25. 如申請專利範圍第22或24項所述之方法，其中一 或多個該些阻障層是由一句冬r τ Λη 母疋田ι含Ga、In與Ρ的半導體材料 . .... . ； ..... . 201021225 組成。 26·如申請專利範固第^項所述之方法 該些阻障層是由=_ 去’其中一或多個 一疋GalnP組成。 27.如申請專利範固 一量子阻障層成長轉 _ 一砷源及相應控制減 量子井層成長是藉由 而實行。 第25或26項所述之方法，其中從 變成一量子井層，是藉由控制引進 少一鎵源而實行，且後續轉變成一 停止該砷源及相應控制增加該鎵源 28. 如申請專利範圍第23_27項任一項所述之方法，其 中一或多個該些主體半導體層是由—包含嫁（Ga)、銦 ㈤與碟（p)的半導體材料、或由具64Qnm儀瓜 之能帶邊緣的一相關材料組成。 . · . .... .. . ... ...... ... 29. 如申請專利範圍第Μ·28項任一項所述之方法其 中生成一或多個該些InGaAsP量子井層之步驟包含以下 步驟：生成一 GaAs子井層，其被讓InGaAsp材料隔開 該些阻障層的。 30. —種太陽能電池光伏接面，其至少包含： . ... . . .... 一第一摻雜主體半導體區和一第二摻雜主體半導體區， . .--. . ... - 其晶格匹配G a A s，該些主體半導體區的至少其一是由— - .. . :.......... . .... ... .... .. 35 . 201021225 包含鎵（Ga)、銦（In)與磷（P)的半導體材料組成，·以及 一本質區，位於該些主體半導體區之間，該本質區包含 複數個被多個阻障層隔開的量子井層，談些量子井層由 四元GalnAsJP組成。 31.如申請專利範圍第3〇項所述之光伏接面，其中該些 量子井層是被多個由包含鎵（Ga)、銦（In)與磷（p) 之一半導體材料組成的阻障層隔開。 3 2. 一種提供一延伸吸收邊緣的方法 ’該吸收邊緣位於元材料來形成該些量子井的至少一 一部分。
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