TWI412140B - 具有組成分等之透明緩衝層的太陽能電池 - Google Patents

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Description

具有組成分等之透明緩衝層的太陽能電池
本發明概括而言乃關於半導體材料，尤其關於太陽能電池。
太陽能電池是一種光伏特(photovoltaic，PV)裝置，具有一或更多個光伏特接點。每個接點是由光伏特半導體層所形成。在每個接點，入射的光線能量（特別是太陽能）透過光伏特效應而轉換成電能。
由於擔心污染和可得資源有限，故對於太陽能電池的興趣一直在增加。此興趣包括地球上和非地球上的應用。在太空應用中，為了以給定量的所需功率來操作人造衛星，使用核子或電池動力會大大增加太空船的酬載。以此方式增加太空船的酬載，則會以遠超過線性的方式增加發射成本。對於例如人造衛星的太空船而言，可在太空中輕易獲得太陽能，而將太陽能轉換成電能可以是增加籌載以外一項不錯的替代方案。
光伏特系統能夠產生每瓦特電功率的成本乃抑制了其廣泛應用於地球上。對於地球上的PV系統來說，日光轉換成電力的效率是極為關鍵而重要的，此乃因為就系統的所需輸出功率而言，增加效率往往導致減少相關的發電系統元件（例如電池面積、模組或收集器面積、支持結構和陸地面積）。舉例來說，在把大約2倍到大約2000倍日光集中於太陽能電池上的集中型太陽能電池系統中，效率上的增加典型上導致包含昂貴集中光學元件的面積亦成比例地減少。
為了增加此種電池的輸出電功率，已經將具有不同能帶間隙的多個子電池或層加以堆疊，如此每個子電池或層可以吸收日光之寬廣能量分布的不同部分。這種安排是有利的，因為子電池所吸收的每個光子對應於一個單位的電荷，後者即在子電池操作電壓下收集，該電壓乃大約線性相依於子電池之半導體材料的能帶間隙。由於輸出功率是電壓和電流的乘積，故理想上有效率的太陽能電池則會有大量的子電池，每一者只吸收能量可忽略地稍大於其能帶間隙的光子。
最有效率以及因此成為主流之多接點(multijunction，MJ)PV電池科技是GaInP/Ga(In)As/Ge電池結構。在此，用於Ga(In)As中間子電池材料的括弧是指銦加入中間電池乃視需要可選擇的，所以中間電池的組成可以是GaAs或GaInAs。這些單塊的電池可以生長成晶格匹配於GaAs或Ge，並且可以只有上面兩接點有作用而以無作用的Ge為基板（二接點或2J電池），或者可以三個接點都有作用（三接點或3J電池）。雖然此材料系統的變化（例如AlGaInP或晶格不匹配的GaInP頂電池）可能提供更為理想匹配於太陽光譜的能帶間隙，不過現實的考量已指出大規模生產仍偏好晶格匹配的GaInP。
在單塊、串列互連的二接點和三接點GaInP/Ga(In)As/Ge太陽能電池中，GaInP頂部子電池乃想要具有與Ga(In)As子電池幾乎相同之由光所產生的電流密度。如果電流不同，則具有最低之光產生電流的子電池便會限制通過多接點(MJ)電池中所有串列互連子電池的電流，而其他子電池中由光所產生的多餘電流便浪費了。以此方式來限制電流則導致MJ電池效率大打折扣。
在Ge或GaAs基板的晶格常數下，於傳統條件下生長的GaInP具有規則的第三族次晶格，因此其能帶間隙乃太低而不能於未集中或集中的AM0太空太陽光譜、未集中或集中的AM1.5D和AM1.5G地球上之太陽光譜和其他太陽光譜中達到子電池之間所要的電流匹配，除非頂部子電池在光學上故意做得很薄，如美國專利第5,223,043號所述。
不管是在多接點或單接點的PV裝置中，PV電池的一個傳統特色即在配置於PV電池基底上的發射層上使用窗戶層。窗戶層的主要功能是減少少數載子於發射層的正面重組（亦即鈍化之）。此外，窗戶材料的光學性質必須使得有盡可能多的光線穿透到電池下層，而可於該等下層更有效率地收集由光所產生的電荷載子；或者是說，如果窗戶層會實質吸收光線，則對於載子而言，窗戶層中的少數載子壽命必須夠長，以於PV電池的發射層和基底之間的p－n接點來有效率地收集之。類似地，已使用PV電池基底底下的背面場(back－surface field，BSF)結構，來減少少數載子於基底的背面重組。至於窗戶層，此BSF結構（在此為了簡潔起見而簡稱為BSF）的光學性質必須允許可由BSF底下之子電池使用的大部分光線可穿透BSF，以及/或者BSF裡的少數載子性質必須使得由BSF吸收光線所產生的電子和電洞可有效率地收集於PV電池的p－n接點。
對於多個子電池的PV裝置而言，效率可能是由能夠讓所生電流從一電池流到下一個的個別電池之間的低電阻介面要求所限制。據此，在單塊結構中，已經使用穿隧接點來使電流的阻擋減到最小。除了可能在相鄰子電池之間提供最低電阻的路徑以外，穿隧接點也應該對於MJ堆疊之較低子電池所可使用的光線波長來說是透明的，這是因為穿隧接點區域裡由光所產生之載子的收集效率很差的緣故。
這些性質全都與裝置所採用之基底層、發射層、窗戶層、BSF和穿隧接點層的能帶間隙、摻雜程度、光學性質、少數載子的重組和擴散性質有關。對於MJ PV裝置來說，這些電池層的半導體性質可以藉由選擇基板的晶向而加以提升或劣化。
多接點太陽能（光伏特）電池仍需要有改良的輸出功率、效率、表現和成本效益。
改善既有之三接點GaInP/Ga(In)As/Ge多接點太陽能電池裝置的一種可能的作法是加入一或更多個額外的接點。在一特定的例子中，具有大約1.0電子伏特之作用層能帶間隙的接點乃插入有作用的Ga(In)As和Ge子電池之間。參見美國專利第5,689,123、6,281,426、6,100,546、6,130,147和6,324,405號，這些全都併入以為參考。GaInP/Ga(In)As/1.0電子伏特子電池/Ge的層狀組合即四接點或4J裝置的一個例子。1.0電子伏特之能帶間隙的子電池材料大致上是晶格匹配的；也就是說，其晶格參數是恰巧或幾乎恰巧等於底下和上面之子電池材料的晶格參數。包含1.0電子伏特材料的子電池係如上所述，包括了窗戶層、發射層、基底BSF和穿隧接點。美國專利第6,316,715號（其併入以為參考）討論到併入額外接點以形成更複雜的五接點(5J)和六接點(6J)裝置的方法。
現有4J、5J和6J裝置（以及甚至具有更多接點的電池）的限制是需要插入的子電池與底下和上面材料有幾乎完美的晶格匹配。任何實質的晶格參數偏差（例如差異超過大約＋/－0.1%）而沒有以適當設計來併入此晶格參數變化，則會造成太陽能電池整體效率的劣化。另一項限制是要依賴GaInAsN合金以晶格匹配於GaAs或Ge層。晶格匹配的GaInAsN材料當以既有的技術來製造時品質很差。這個問題起因於需要併入大量的氮來同時達到1.0電子伏特的能帶間隙和晶格匹配狀況。
本發明提供改良的太陽能（光伏特）電池，其最好是以多接點結構來利用。相較於傳統的太陽能電池，本太陽能電池提供增進的效率和表現，而成本的變化很少。
根據本發明，太陽能電池包括：具有第一層晶格參數的第一層、具有不同於第一層晶格參數之第二層晶格參數的第二層、具有不同於第二層晶格參數之第三層晶格參數的第三層，其中第二層包括光作用的第二層材料，以及第三層包括光作用的第三層材料。第一層可以是光作用的或惰性的，而只做為基板。關於所有的光作用層，第二層典型上包括多個第二層子層，其中每一第二層子層實質上都具有第二層晶格參數。
諸層之間的晶格不匹配係由分等的第一緩衝層和透明分等的第二緩衝層所調適，其中第一緩衝層延伸於第一層和第二層之間並與之接觸，並且具有隨著從第一層往第二層距離增加而增加（或減少）的第一緩衝層晶格參數，而第二緩衝層延伸於第二層和第三層之間並與之接觸，並且具有隨著從第二層往第三層距離增加而減少（或增加）的第二緩衝層晶格參數。第二緩衝層的組成可以不同於第一緩衝層。由於晶格參數隨著組成而變化，藉由緩衝層的組成分等而達成緩衝層的晶格參數分等。在此所用「透明」(transparent)一語是指緩衝層能傳送通過其上方之光作用層的光線。「上方」(above)一語意謂所指較高的層，例如第二層是在第一層「上方」。換一種方式說，「透明」是指緩衝層能傳送通過所指較高之光作用層的光線。
最好選擇緩衝層的晶格參數，以達到晶格匹配而與它們末端所接觸諸層有磊晶（取向附生的）關係。舉例來說，第一緩衝層最好是磊晶於其一側上的第一層（此層視需要可選擇為光作用的），而隨著厚度上的組成分等，同時又磊晶於其另一側上的第二（光作用的）層。類似地，第二緩衝層最好是磊晶於其一側上的第二（光作用的）層，而隨著厚度上的組成分等，同時又磊晶於其另一側上的第三（光作用的）層。在此所用「磊晶」(epitaxial)一語是指晶格平面乃連續跨過光作用層和緩衝層之間的介面或者兩光作用層之間的介面。此外，第一緩衝層可以晶格匹配於其一側上的第一層（此層視需要可選擇為光作用的），而隨著厚度上的組成分等，同時又晶格匹配於其另一側上的第二（光作用的）層。類似地，第二緩衝層可以晶格匹配於其一側上的第二（光作用的）層，而隨著厚度上的組成分等，同時又晶格匹配於其另一側上的第三（光作用的）層。
使用分等的緩衝層乃於太陽能電池的整個厚度上達成想要的晶格匹配和磊晶關係。為了使內應力和應變降到最小，以及電子能良好移動經過太陽能電池的厚度，乃需要此晶格匹配和磊晶關係。分等的緩衝層也讓光作用層的晶格匹配要求有所放鬆，如此可以選擇光作用層的組成以產生用於太陽光譜入射部份之光轉換的最佳能帶間隙。結果便是個別的子電池有改善的表現，太陽能電池也有改善的表現。
於某一形式中，第一緩衝層晶格參數隨著從第一層往第二層距離增加而增加，並且第二緩衝層晶格參數隨著從第二層往第三層距離增加而減少，此時第一層是非光作用的Ge基板，第二層包括Ga1 － X InX As，其中X是從0到0.53，第三層包括GaAs，第一緩衝層包括分等的GaInAs，而第二緩衝層包括透明分等的AlGaInAs。X最好是從大約0.12到大約0.37。於另一形式中，第一緩衝層晶格參數隨著從第一層往第二層距離增加而減少，並且第二緩衝層晶格參數隨著從第二層往第三層距離增加而增加，此時第一層是非光作用的Ge基板，第二層包括SiGe，第三層包括GaAs，第一緩衝層包括分等的SiGe，而第二緩衝層包括透明分等的GaInP(As)。
本發明的做法可以延伸至位在第二和第三層上的額外接點和子電池。舉例而言，可以有第四層，其包括光作用的第四層材料。如果第四層自然就是晶格匹配和磊晶於第三層，則第三層和第四層之間就不需要緩衝層。如果第四層自然就是晶格不匹配於第三層，則電池乃長有透明分等的第三緩衝層，其延伸於第三層和第四層之間並與之接觸，並且具有第三緩衝層晶格參數，其在第三緩衝層接觸第三層處匹配於第三層的晶格參數，以及在第三緩衝層接觸第四層處匹配於第四層的晶格參數。類似地，可以有第五層，其包括光作用的第五層材料。如果第五層自然就是晶格匹配和磊晶於第四層，則第四層和第五層之間就不需要緩衝層。如果第五層自然就是晶格不匹配於第四層，則電池乃長有透明分等的第四緩衝層，其延伸於第四層和第五層之間並與之接觸，並且具有第四緩衝層晶格參數，其在第四緩衝層接觸第四層處匹配於第四層的晶格參數，以及在第四緩衝層接觸第五層處匹配於第五層的晶格參數。使用這些相同的原理，可以加上額外的光作用層而覆蓋第五層。
更一般而言，太陽能電池包括：具有第一層晶格參數的第一層、具有不同於第一層晶格參數之第二層晶格參數的第二層。第二層包括光作用的第二層材料，而第一層可以是光作用的或非光作用的基板。透明的緩衝層延伸於第一層和第二層之間並與之接觸，並且具有隨著從第一層往第二層距離增加而依需要增加或減少的緩衝層晶格參數。第一層對於由第二層所光轉換的光線波長而言是透明的，如此當太陽能電池在使用時，第二層和緩衝層可以放置得比第一層還要遠離太陽或其他照明來源。相反地，當太陽能電池在使用時，第二層和緩衝層可以放置得比第一層還要靠近太陽，而在此情形下，第一層就不需要是透明的。可以有至少一額外的光作用層，其由光作用的額外層材料所做成；其可以與第二層在第一層的同一側上，如此第一層就不是在至少一額外的光作用層和第二層之間；或者其可以與第二層在第一層的相對側上，如此第一層就是在至少一額外的光作用層和第二層之間。緩衝層可以是由緩衝層材料所做成，其最小能帶間隙要比第二層的能帶間隙大至少50毫電子伏特。在此所討論的其他相容特色也可以用於此具體態樣，例如存在額外的光作用層。
本發明的做法於界定太陽能電池的整個層堆疊中達到了光作用層和緩衝層的晶格匹配。光作用層的組成（因此和其晶格參數）是依據最佳光轉換效率的能帶間隙要求來選擇。晶格匹配是使用組成分等的（因此是晶格參數分等的）緩衝層而達成。選擇緩衝層的組成以達成晶格匹配於相鄰對的非緩衝層（包括光作用層和任何可能存在之非光作用的基板）。
從底下配合所附圖式而更詳細敘述的較佳具體態樣，本發明其他的特色和優點會更明顯，而該等圖式乃示範說明本發明的原理。然而，本發明的範圍並不限於此等較佳的具體態樣。
圖1~10顯示併入本發明做法的多接點太陽能電池。在每一個多接點太陽能電池中，來自太陽的日光是以方向18所入射，並且還有電極（未顯示）來傳導太陽能電池所產生的電流。當用於比較兩層時，「上方的」(upper)、「之上」(above)或「覆蓋的」(overlying)是指比較靠近太陽的那一層，而「下方的」(lower)、「之下」(below)或「底下的」(underlying)是指比較遠離太陽或其他照明來源的那一層。
圖1顯示多接點太陽能電池20的第一具體態樣。多接點太陽能電池20包括具有第一層晶格參數的第一層22。第一層22可以是惰性基板，或者可以是由光作用之第一層材料所做的光作用層。多接點太陽能電池20進一步包括具有不同於第一層晶格參數之第二層晶格參數的第二層24。第二層24包括光作用的第二層材料。多接點太陽能電池20進一步包括具有不同於第二層晶格參數之第三層晶格參數的第三層26。第三層26包括光作用的第三層材料。
例如層24、26和視需要可選擇的層22（當它包括光作用的材料時）的這些光作用層都是太陽能子電池。選擇每一光作用層的光作用材料以具有能帶間隙和功能性，以便將太陽光譜的一部份最佳轉換成電流。雖然一般習慣上把這些光作用層都描述為「層」(layer)，在此也是，但事實上每一光作用層包括多個子層。一般的光作用層包括BSF子層、覆蓋接觸基底子層、覆蓋接觸發射子層和覆蓋接觸窗戶子層。這些子層是把基底層材料適當摻雜以少量的適當摻雜物所獲得的，或是可以使用摻雜以少量之適當摻雜物的其他合金材料所獲得，如美國專利第6,255,580和5,223,043號所述，其併入以為參考。每一子層的晶格參數因此實質上是相同的，並且等於光作用層的晶格參數。相鄰的光作用層之間也有穿隧接點子層（未顯示）。此類光作用層的詳細結構乃描述於美國專利第6,660,928號，其併入以為參考。此光作用層和穿隧接點的詳細結構並未顯示於圖中，以避免混雜和遮掩了本發明的特性。
回來討論圖1，多接點太陽能電池20進一步包括透明、分等的緩衝層40，其延伸於光作用的第二層24和光作用的第三層26之間並與之接觸。分等之緩衝層40的組成有所變化，致使分等之緩衝層40的晶格參數有所變化；在此例子中，晶格參數隨著從第二層24往第三層26距離增加而增加。最好是選擇分等之緩衝層40的組成，如此使分等之緩衝層40的晶格在分等的緩衝層40接觸第二層24處匹配於（也就是數值實質上相同於）並且磊晶地相關於第二層24；以及最好是選擇分等之緩衝層40的組成，如此使分等之緩衝層40的晶格在分等的緩衝層40接觸第三層26處匹配於（也就是數值實質上相同於）並且磊晶地相關於第三層26。分等的緩衝層40和其兩側上的層24、26之間的這種晶格匹配和磊晶關係，乃於介面附近達到最小的應變和應力，也讓電子在層24、40、26之間有良好的移動。
為了達成所要的透明度，分等的緩衝層40最好是由緩衝層材料所做成，其最小能帶間隙要比其底下一或多層（此處為層24）的一或多個能帶間隙大至少50毫電子伏特。
圖2的多接點太陽能電池20類似於圖1，下面會討論例外之處，而圖1的討論則併於此。於圖2的第二具體態樣，分等之緩衝層40的晶格參數隨著從第二層24往第三層26距離增加而減少，這是因為第三層26的晶格參數小於第二層24的晶格參數。另一方面，於圖1的第一具體態樣，分等之緩衝層40的晶格參數隨著從第二層24往第三層26距離增加而增加，這是因為第三層26的晶格參數大於第二層24的晶格參數。另一項差異則是分等之緩衝層40的晶格參數在圖1係顯示成平滑地變化，而分等之緩衝層40的晶格參數在圖2係顯示成平滑地變化於層24和26之間的某些距離，並且還包括階梯式的變化。平滑的和階梯式的變化都可以操作於任一具體態樣。雖然就分等之緩衝層40的整個厚度來看，晶格參數可以有淨改變，但是分等之緩衝層40某些部份的晶格參數也可以不隨距離而改變。
圖1和2的具體態樣把第一層22和第二層24的晶格參數示範成相同的，因此是晶格匹配的。然而在許多有興趣的情況下，第一層22和第二層24的晶格參數可能是不同的。在此情形下，分等的緩衝層（稱之為第一分等緩衝層42）係置於第一層22和第二層24之間。在此具體態樣中，第二層24和第三層26之間的分等緩衝層40則更名為第二分等緩衝層44。對於分等的緩衝層42和44，分等緩衝層40的先前敘述亦併於此而適用。
在圖3的具體態樣中，第一分等緩衝層42的晶格參數隨著從第一層22往第二層24距離增加而增加，並且第二分等緩衝層44的晶格參數隨著從第二層24往第三層26距離增加而減少。另一方面，在圖4的具體態樣中，第一分等緩衝層42的晶格參數隨著從第一層22往第二層24距離增加而減少，並且第二分等緩衝層44的晶格參數隨著從第二層24往第三層26距離增加而增加。增加和減少可以是平滑的或階梯式的，如上所討論。最好是選擇分等的緩衝層42和44，以達成之前討論的晶格匹配和磊晶關係。此外，最好是分等的緩衝層42和44其中一者的晶格參數有淨增加，而分等的緩衝層42和44其中另一者的晶格參數有淨減少。晶格參數的增加和減少有所平衡乃降低長距離的應變和應力，否則它們就可能會出現於多接點的太陽能電池20裡。
在圖3的多接點太陽能電池20範例中，第一層22是非光作用的Ge基板，第二層24包括Ga1 － X InX As，其中X是從0到0.53，第三層26包括GaAs，第一緩衝層42包括分等的GaInAs，而第二緩衝層44包括透明分等的AlGaInAs。
在圖4的多接點太陽能電池20範例中，第一層22是非光作用的Ge基板，第二層24包括SiGe，第三層26包括GaAs，第一緩衝層42包括分等的SiGe，而第二緩衝層44包括透明分等的GaInP(As)。
多接點的太陽能電池可以進一步包括至少一額外的光作用層，其由光作用的額外層材料所做成。圖5~7顯示具有一額外光作用層的具體態樣，此層是組成不同於第三層26的第四層46。於圖5~7的每一具體態樣中，第四層46乃沉積覆蓋於圖1~4的任一太陽能電池20，而形成新的多接點太陽能電池48。在圖5的具體態樣中，第四層46自然就是晶格匹配於太陽能電池20頂端的第三層26。在圖6的具體態樣中，第四層46的晶格參數大於太陽能電池20頂端之第三層26的晶格參數。在此情形下，第三分等緩衝層50延伸於第三層26和第四層46之間並與之接觸，並且具有隨著從第三層26往第四層46距離增加而增加的第三緩衝層晶格參數。在圖7的具體態樣中，第四層46的晶格參數小於太陽能電池20頂端之第三層26的晶格參數。在此情形下，第三分等緩衝層50延伸於第三層26和第四層46之間並與之接觸，並且具有隨著從第三層26往第四層46距離增加而減少的第三緩衝層晶格參數。第三分等緩衝層50之晶格參數的增加和減少可以是連續的或階梯式的，如之前所討論。對於第三緩衝層50，緩衝層40、42和44的結構討論亦併於此而適用。
在圖5的多接點太陽能電池48範例中，第一層22是非光作用的Ge基板，第二層24包括Ga1 － X InX As，其中X是從0到0.53，第三層26包括GaAs，第四層46包括晶格匹配的GaInP（如此便不需要第三緩衝層50），第一緩衝層42包括分等的GaInAs，而第二緩衝層44包括透明分等的AlGaInAs。
圖8~10顯示具有另一額外光作用層的具體態樣，此層是組成不同於第四層46的第五層52。於圖8~10的每一具體態樣中，第五層52乃沉積覆蓋於圖5~7的任一太陽能電池48，而形成新的多接點太陽能電池54。在圖8的具體態樣中，第五層52自然就是晶格匹配於太陽能電池48頂端的第四層46。在圖9的具體態樣中，第五層52的晶格參數大於太陽能電池48頂端之第四層46的晶格參數。在此情形下，第四分等緩衝層56延伸於第四層46和第五層52之間並與之接觸，並且具有隨著從第四層46往第五層52距離增加而增加的第四緩衝層晶格參數。在圖10的具體態樣中，第五層52的晶格參數小於太陽能電池48頂端之第四層46的晶格參數。在此情形下，第四分等緩衝層56延伸於第四層46和第五層52之間並與之接觸，並且具有隨著從第四層46往第五層52距離增加而減少的第四緩衝層晶格參數。第四分等緩衝層56之晶格參數的增加和減少可以是連續的或階梯式的，如之前所討論。對於第四緩衝層56，緩衝層40、42、44和50的結構討論亦併於此而適用。
圖11~13示範的是太陽能電池60，其具有第一層晶格參數的第一層62。第一層62可以是光作用的層或是非光作用的基板。第二層64具有不同於第一層晶格參數的第二層晶格參數。第二層64是光作用的而包括光作用的第二層材料。緩衝層66延伸於第一層62和第二層64之間並與之接觸。緩衝層66具有隨著從第一層62往第二層64距離增加而增加的緩衝層晶格參數（如果第二層64的晶格參數大於第一層62的晶格參數），或具有隨著從第一層62往第二層64距離增加而減少的緩衝層晶格參數（如果第二層64的晶格參數小於第一層62的晶格參數）。可操作於其他具體態樣的相容特色亦可操作於圖11~13的具體態樣，而相關的討論亦併於此。
在圖11的具體態樣中，當太陽能電池60在使用時，第一層62比第二層64還要靠近太陽或其他光源，因此更靠近入射的日光18。所以不論第一層62是光作用的或非光作用的，第一層62對於由第二層64所光轉換的光線波長而言必須是透明的。在圖12的具體態樣中，當太陽能電池60在使用時，第一層62比第二層64還要遠離太陽或其他光源，因此更遠離入射的日光18。所以不論第一層62是光作用的或非光作用的，第一層62對於由第二層64所光轉換的光線波長而言可以是但非必須是透明的。額外的太陽能子電池68和70亦可視需要選擇性地沉積覆蓋於第二層64。
圖13的具體態樣是基於圖11的具體態樣，而第一層62是非光作用的基板。圖13的具體態樣進一步具有額外的太陽能子電池68和額外可選擇的太陽能子電池70。在此情形下，由第二層64和其相關的緩衝層66所界定的太陽能子電池係與額外的太陽能子電池68和70位在第一層基板62的相對側上。也就是說，額外的太陽能子電池68和70是在第一層基板62最靠近太陽的那一側上，而第二層64和緩衝層66是在第一層基板62最遠離太陽的那一側上。使用此種架構的理由是：在某些情況下，可能很難沉積緩衝層66，或者於存在緩衝層66時可能很難沉積子電池68和/或70。把第二層64和緩衝層66與子電池68和70置於基板62的相對側上，便將第二層64和緩衝層66與子電池68和70彼此隔開。在實踐上，緩衝層66和第二層64乃沉積於第一層基板62的一側上，然後在沉積設備中反轉此結構，再沉積子電池68和子電池70（如果有的話）以及任何覆蓋子電池70的額外子電池。子電池68和70可以是晶格匹配和磊晶的，如此它們之間不需要分等的緩衝層；或者它們之間可以有分等的緩衝層，如關於其他具體態樣所描述的。
圖13太陽能電池60的範例包括：透明的GaAs基板做為第一層62、在第一層基板62遠離入射日光18的那一側上具有大約35%銦的GaInAs第二層64和AlGaInAs或GaInP(As)的分等緩衝層66。額外的GaAs太陽能子電池68和額外的GaInP太陽能子電池70是在第一層基板62最靠近太陽的那一側上。額外的GaAs太陽能子電池68和額外的GaInP太陽能子電池70實質上是晶格匹配和磊晶的，如此太陽能子電池68和70之間不需要分等的緩衝層。
雖然為了示範而詳細描述本發明的特定具體態樣，但是在不偏離本發明的精神和範圍下可以做各式各樣的修改和增進。據此，本發明除了由所附的申請專利範圍加以限制以外，並不要有所受限。
18．．．日光入射方向
20．．．多接點的太陽能電池
22．．．第一層
24．．．第二層
26．．．第三層
40．．．分等的緩衝層
42．．．第一分等緩衝層
44．．．第二分等緩衝層
46．．．第四層
48．．．多接點的太陽能電池
50．．．第三分等緩衝層
52．．．第五層
54．．．多接點的太陽能電池
56．．．第四分等緩衝層
60．．．太陽能電池
62．．．第一層
64．．．第二層
66．．．緩衝層
68．．．太陽能子電池
70．．．太陽能子電池
圖1是太陽能電池之第一具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖2是太陽能電池之第二具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖3是太陽能電池之第三具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖4是太陽能電池之第四具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖5是太陽能電池之第五具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖6是太陽能電池之第六具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖7是太陽能電池之第七具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖8是太陽能電池之第八具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖9是太陽能電池之第九具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖10是太陽能電池之第十具體態樣的示意圖，其附帶的圖形則顯示晶格參數為通過太陽能電池之距離的函數；圖11是太陽能電池之第十一具體態樣的示意圖；圖12是太陽能電池之第十二具體態樣的示意圖；以及圖13是太陽能電池之第十三具體態樣的示意圖。
18．．．日光入射方向
20．．．多接點的太陽能電池
22．．．第一層
24．．．第二層
26．．．第三層
40．．．分等的緩衝層

Claims (9)

  1. 一種太陽能電池(20)，其包括：具有第一層晶格參數的第一層(22)；具有不同於第一層晶格參數之第二層晶格參數的第二層(24)，其中第二層(24)包括光作用的第二層材料；具有不同於第二層晶格參數之第三層晶格參數的第三層(26)，其中第三層(26)包括光作用的第三層材料；分等的第一緩衝層(42)，其延伸於第一層(22)和第二層(24)之間並與之接觸，並且具有隨著從第一層(22)往第二層(24)距離增加而增加或減少的第一緩衝層晶格參數；以及透明、分等的第二緩衝層(44)，其延伸於第二層(24)和第三層(26)之間並與之接觸，並且具有隨著從第二層(24)往第三層(26)距離增加而減少或增加的第二緩衝層晶格參數，其中如果第一緩衝層晶格參數增加，則第二緩衝層晶格參數減少；且其中如果第一緩衝層晶格參數減少，則第二緩衝層晶格參數增加；其中第一層是非光作用的基板。
  2. 根據申請專利範圍第1項的太陽能電池(20)，其中第二緩衝層(44)的組成係不同於第一緩衝層(42)。
  3. 根據申請專利範圍第1項的太陽能電池(20)，其中第二層(24)包括多個第二層子層，並且其中每一第二層子層實質上都具有第二層晶格參數。
  4. 根據申請專利範圍第1項的太陽能電池(20)，其進 一步包括：第四層(46)，其包括與第三層(26)接觸的光作用的第四層材料。
  5. 根據申請專利範圍第4項的太陽能電池(20)，其進一步包括：第五層(52)，其包括與第四層(46)接觸的光作用的第五層材料。
  6. 一種太陽能電池(60)，其包括：具有第一層晶格參數的第一層(62)；具有不同於第一層晶格參數之第二層晶格參數的第二層(64)，其中第二層(64)包括光作用的第二層材料；以及緩衝層(66)，其延伸於第一層(62)和第二層(64)之間並與之接觸，並且具有隨著從第一層(62)往第二層(64)距離增加而增加或減少的緩衝層晶格參數；其中第一層是非光作用的基板。
  7. 根據申請專利範圍第6項的太陽能電池(60)，其中太陽能電池(60)包括至少一額外的光作用層(68)，其由光作用的額外層材料所做成。
  8. 根據申請專利範圍第7項的太陽能電池(60)，其中第一層(62)是在至少一額外的光作用層(68)和第二層(64)之間。
  9. 根據申請專利範圍第7項的太陽能電池(60)，其中第一層(62)不是在至少一額外的光作用層(68)和第二層(64)之間。
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