TWI414073B - 高轉換效率光伏電池 - Google Patents

Description

高轉換效率光伏電池

本發明係關於一種光伏電池裝置，尤其是屬太陽能輻射原理的光伏電池(太陽能電池)。

按，一般太陽能電池的電子裝置能夠進行電磁能的轉換-例如將太陽輻射能轉換為電能。

此電子裝置主要為半導體材料，其特點是具有堅實的晶體結構，位於價帶和導帶間具有禁能帶(帶隙)。帶隙可建立一個能量間隔，通常可限制自由電子的移動。但當太陽輻射照射到太陽能電池中的此材質時，佔據在低能帶的電子可被激發跳到高能帶中，而到達更高的能帶中。例如，當半導體價帶中的電子，自太陽輻射的光子吸收足夠的能量時，此電子即可超越帶隙到達傳導帶中。

到達更高的能帶後，如電子離開低能帶後所留下的空位，在專業術語則稱為「電洞」，可在晶體光罩中自某個原子移動到另一個原子中。此電洞為電荷載體，如同傳導帶中的自由電子一樣，且有助於晶體的導電性。

換言之，每個由半導體所吸收的光子即會產生對應的電洞電子對。這些電洞電子對則由吸收光子產生所謂太陽能電池的光電流所促成，此方法所生成的電洞可跟其他的電洞彼此混合，而降低光電流的維持率。為能夠避免(或至少盡可能降低)此現象而增加太陽能電池的效率，可在半導體材質內部產生局部性的電場。使用此方法的的情況下，在局部性的電場向反方向移動的加速作用下，在吸收光子後，則會進一步產生電洞和電子，因此，在移動到太陽能電池端子前，即可大幅降低重組的可能性。尤其是此電場是因為空間電荷區的生成所促成的，例如，可在一對反接的半導體材質中生成pn 接面，而形成空乏區。

太陽能電池一般屬太空和地面上的應用，可為單一的pn 或np 接面，或是單一接面的太陽能電池，或是多pn 或np 接面，或是多接面的太陽能電池裝置。

單接面的太陽能電池實際上為單pn 或np 接面的設計。相反地，多接面的太陽能電池則同時堆疊有許多的pn 或np 接面，而形成二到五個接面。在不同的半導體材質中，則使用不同的接面，且在各臨近的接面配對中，以透納二極體進行電力串聯。

各不同的疊加接面則形成所謂的基本晶胞，而不同的基本晶胞可單獨進行太陽能輻射光譜的各部轉換，相較於單一接面，是更有效率的轉換方法。

多接面相較於單接面，其優點是能夠提供更高的輸出電壓，整體電壓即等於所有基本晶胞的電壓總和(扣除透納二極體連結晶胞的些微壓降)。

為能夠進行製造，不同的材質層則形成不同的接面，通常可由沉積外延生長技術得到(如在鍺(Ge)或矽(Si)或砷化鎵(GaAs)基板上，使用有機金屬化學氣相沉積技術(MOCVD)。

在最近幾年中，太陽能電池在週期表III和V族複合元素的性能，如III-V族的複合元素，尤其是GaAs太陽能電池的應用，已因為科技的進步可開發三、四或五層接面晶胞設計的新材質，而持續增加。

多接面太陽能電池的成本則稍高於單接面設計的成本，而轉換效率遠高於(在25℃於地面到大氣的光照下，其轉換效率約為三接面晶胞的28%，而單晶胞只有20%。)。因此，尤其是在太空應用上，此市場導向則轉向使用更有效率的新設計裝置。例如，目前的電訊衛星需使用三接面的太陽能電池。在另一方面，這些晶胞也應用於地面設施中，如光聚系統(optical concentration systems)。

如上述討論內容，太陽能電池的轉換效率則高度取決於電洞電子對的光子重組現象。電洞電子對在空乏區外部產生，不受到任何電場作用的影響，而具有重組的高度可能性，而降低受到光生電流的影響。

為能夠改善太陽能電池的轉換效率，在業界已知的解決方案，就是在N極和P極部位間插入單一材質的半導體(非複合材質者)，而增加空乏區的深度(即可增加半導體受電場影響的範圍)。此解決方案通常即可增加太陽能電池的轉換效率，直到空乏區的範圍達到輸出電壓的極限為止。超過此數值，此裝置的轉換效率即開始降低。

依據其他已知的解決方案，太陽能電池半導體非屬空乏區部位，可能受到局部電場影響的材質，可藉由適當的複合材質摻雜梯度分佈，來達成此應用。尤其是在Harold J. Hovel的“Semiconductors and Semimetals ,Vol. II” 研究論文中，p 型半導體即依據線性梯度進行設計。因為線性梯度設計的出現，此p 型半導體的材質則時常會受到電場的影響，可在此區域中產生電洞電子對。

依據上述內容，發明人已了解到目前在太陽能電池業界已知的解決方案中，尤其是在光伏電池應用上，可藉此改善轉換效率。

本發明各具體實施例的解決方案，則分別於實施方式及申請專利範圍中加以說明。

本發明之第一面向為單片式的光伏電池裝置，此晶胞至少為單接面設計，而此單接面含複合材質半導體外延材料的第一類導電材質所構成的基質層，和跟第一類材質層不同，屬半導體複合材質的第二類導電材質的射極層。此射極層則依據第一層的方向，堆疊基質層上，而至少在某個基質層中，有至少一個接面，沿第一個方向有逐減的材質混合濃度的複合材質梯度設計。此基質層含第一個遠離射極層的部位，而第二個部位則靠近射極層，而第三個部位則介於第一個和第二個部位之間。在第一個部位中，此逐減的複合材質濃度摻雜梯度，其斜率的平均值範圍自-9*10¹⁷ cm^-3 /μm到-4*10¹⁷ cm^-3 /μm。在第二個部位中，此逐減的複合材質濃度摻雜梯度，其實質平均斜率自-3*10¹⁷ cm^-3 /μm到-9*10¹⁶ cm^-3 /μm。在第三個部位中，此逐減的複合材質濃度摻雜梯度，其實質斜率範圍自-2*10¹⁷ cm^-3 /μm到-5*10¹⁶ cm^-3 /μm。

本發明之第二面向也涉及光伏電池的製造方法。

本發明的優點於各實施方式及申請專利範圍中加以說明。

依據本發明的一個或多個具體實施例的解決方案中，以及本發明其他的功能特性，即可藉由下列的詳細說明及圖式中，得到最佳的了解；除非另有說明者，否則本文中的圖式僅為方便說明本發明的設計結構和步驟，未依據實際比例顯示。

請參考圖1的內容，為單片型光伏電池的立面圖，但未必僅限於太陽能電池的設計，此為本發明具體實施例的應用概念。本文中的光伏電池100 為三接面設計的多接面晶胞結構，且壓縮為第一個基本晶胞如圖105a 所示，而表示「下層」晶胞；而第二個基本晶胞如圖105b 所示，而表示「中層」晶胞；而第三個基本晶胞如圖105c 所示，而標示為「上層」晶胞。上層晶胞105c 位於中層晶胞105b 上方，此中層晶胞105b 又位於下層晶胞105a 的上方。

這三個基本晶胞可彼此以電力串聯，堆疊有透納二極體，尤其是下層晶胞105a 以第一個透納二極體跟中層晶胞105b 進行電力連結，此部位如圖108 所示，而中層晶胞105b 同時以第二個透納二極體跟上層晶胞105c 進行電力連結，此部位如圖110 所示。

下層晶胞105a 含第一個半導體材質層112 (標示為「基質層」)，屬第一類導電材質，如p 型半導體裝置，且再含一個不同導電性的半導體材質層114 (標示為「射極層」)，如n 型半導體。此基質層112 和射極層114 則彼此接觸，而構成一個pn 接面。而另有一個半導體材質層116 ，則標示為「透光層」最好是位於射極層114 上方。

透納二極體108 位於透光層116 上方。

在透納二極體108 和中層晶胞105b 間，則有一個阻氣層118 ，其功能用於降低基質層120 中光生載流子表面重組的影響，藉此可增加光伏電池100 的轉換效率。

中層晶胞105b 位於阻氣層118 上方，含第一類導電性的第一個半導體層120 (基質層)，如p 型半導體，位於基質層120 上方者為第二個材質層122 ，而標示為「間隔層」，且內部由非複合材質摻雜的半導體所構成。中層晶胞150b 含第三個半導體材質層124 (射極層)位於間隔層122 上方。射極層124 含一個跟基質層120 不同導電性的半導體材質，如n 型半導體。同樣地，下層晶胞105a 中，透光層126 最好是位中層晶胞105b 的射極層124 上方。

透納二極體110 位於透光層126 上方，而再有阻氣層128 位於透納二極體110 和上層晶胞105c 之間。

上層晶胞105c 位於阻氣層128 上方，含第一個半導體材質層130 (基質層)屬第一類的導電性，如p 型半導體，和一個間隔層132 由非複合材質摻雜的半導體材質層所構成，位於基質層130 上方。第三個半導體材質層134 (射極層)，屬跟基質層130 相反的導電性，如n 型半導體，而位於間隔層132 上方。透光層136 位於射極層134 上方。

第一類導電性的材質層138 ，如金(Au)或銀(Ag)的金屬，則位於光伏電池100 的背部，尤其是靠近基質層112 表面面向射極層114 的部位，而構成光伏電池100 的第一個接觸端子。

本發明特定半導體材質層的披覆層145 ，如n 型半導體，屬片狀結構位於透光層136 上方，面向中層晶胞105c ，導電材質的接觸層150 如金或銀的金屬層則位於披覆層145 上方，而構成光伏電池100的 第二個接觸端子。

在透光層136 上方，則構成一個抗反射材質的覆蓋層140， 如一個或多個氧化材質層的結構。在看反射覆蓋層留有一個適當的通道而通向接觸層150 ，可提供光伏電池100 跟外部的接觸。

在此更詳細說明這些基本晶胞即構成整個光伏電池100 ，下層晶胞105a 具有基質層112 ，是第一類導電性的由鍺(Ge)複合材質所構成-一般實施例為p 型半導體。另外，基質層112 可由矽(Si)複合材質摻雜來達成。下層晶胞105a 的射極層114 由基質層112 的相同材質所構成，如Ge，但使用不同的複合材質摻雜-一般實施例為n 型半導體。

透光層116 可由一個半導體材質層所構成，如四元或三元化合物，為銦(In)、鎵(Ga)和磷(P)的化合物如GaP，銦、鎵和砷(As)的化合物如InGaAs、鋁(Al)、鎵和砷的化合物如AlGaAs，或是元素週期表III和V族元素所構成的化合物。

透納二極體108 是已知的應用方法，例如，可由第2類導電性的III-V族元素構成第一個材質層，一般實施例為n 型半導體，而再由相反導電性的III-V族元素構成第二個材質層，一般實施例為p 型半導體。

阻氣層118 由一個半導體材質層所構成，如第一類導電性複合材質摻雜的AlGaAs、AlGaInP或InGaP-一般實施例為p 型半導體。

中層晶胞105b 具有的基質層120 是由第一類導電性複合材質InGaAs所構成-一般實施例為p 型半導體。中層晶胞105b 中的射極層124 是由不同導電性的半導體複合材質所構成，一般實施例為n 型半導體，如InGaAs、AlInGaAs或AlInGaP。間隔層122 可由半導體材質層來構成，例如，使用跟基質層120 相同的材質，而間隔層122 屬單一材質層，無摻雜其他材質。

透光層126 可由一個半導體材質層所構成，如AlGaAs、ALInGaP或AlInP，或是由其他的元素週期表的III和V族元素混合摻雜所構成。

透納二極體110 可由第二類III-V族半導體來構成第一個材質層-一般實施例為n 型半導體-而第二個材質層可由不同導電性的III-V族半導體材質層所構成，一般實施例為p 型半導體。

阻氣層118 也是同樣的材質層設計，阻氣層128 可由一個半導體材質層所構成，如第一類導電性複合材質的AlGaInP或AlInP-一般實施例為p 型半導體。

上層晶胞105c 具有一個基質層130 ，此基質層由第一類導電性複合材質的InGaP所構成，一般實施例為p 型半導體。上層晶胞105c 的射極層134 是由不同導電性III-V族半導體複合材質所構成，一般實施例為n 型半導體。間隔層132 可由III-V族半導體複合材質來達成，例如，使用跟基質層130 相同的材質，但間隔層132 屬單一材質，無摻雜其他材質。

透光層136 也是相同的設計方法，透光層136 可由一個半導體的複合材質層所構成，如AlInP，或以週期表III和V族的元素所構成。

考慮到製造上的情況，光伏電池100 可由半導體基質層構成下層晶胞105a 的基質層112 來進行製造，一般使用具有適當導電性的Ge-一般實施例為p 型半導體，具有適當的複合材質摻雜濃度。尤其是藉由沉積和擴散的製程，以基質層112 為基礎，即可構成下層晶胞105a 的射極層114 。所有光伏電池100 後續的材質層設計裝置直到透光層136 的部位，可藉由適當的外延生長技術來達成，如分子束磊晶法(MBE)或有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)，即使用下層晶胞105a 的射極層114 和基質層112 作為大材質層。

依據本發明的具體實施例，中層晶胞105b 的基質層120 的複合材質摻雜比例無一定比值，而其摻雜比值則依據非線性方向的整體厚度而異，如沿圖1中的x 方向。

為能夠詳細說明基質層120 非線性轉換效率效果，且說明其解決方案的優點，基質層120 的三個不同複合材質摻雜比例曲線圖，即進行彼此間的比較。

圖2說明業界最常見的使用實施例，如實施例中的基質層120 摻雜有一定的材質摻雜濃度。尤其是圖中的曲線圖210a ，即顯示沿x 方向，中層晶胞105b 中的阻氣層118 、基質層120 和射極層124 的材質摻雜濃度C(x) 曲線圖，連續的實線即表示p 型半導體的材質摻雜濃度資料，如鋅(Zn)或碳(C)，以及n 型半導體的材質摻雜濃度，如矽或碲(Te)，則以虛線表示。在此也需強調，圖2中的間隔層122 則故意忽略，無需過度說明。但本發明的概念仍得用於單一材質層而無任何間隔層設計的晶胞。在圖2的情況中，基質層120 的p 型半導體材質摻雜濃度，可在基質層120 沿x 方向的整個深度中，保持一定的材質摻雜濃度比值。如一般熟練的技術人員所了解，基質層120 中的p 型材質摻雜濃度，最好是低於阻氣層118 的材質摻雜濃度值。圖中的曲線圖215a 為阻氣層118、 基質層120 和射極層124 ，在曲線圖210a 中關於材質摻雜濃度的電場E(x) 顯示圖。如曲線圖215a 所示，此類電場的材質摻雜濃度曲線圖，為中層晶胞105b 在兩個位置點的實際濃度，而第一個位置點混合阻氣層118 和基質層120 間的界面，面向基質層120 和射極層124 間的界面。更詳細來說，阻氣層118 和基質層120 間的電場出現峰值，如圖峰值220 所示，這是因為p 型材質摻雜濃度的突然變化所導致，而基質層120 和射極層124 間的電場也同時顯示有另一個峰值，如圖峰值225 -這是因為pn 接面的基質層120 /射極層124 出現有空乏區所導致。沿整個基質層120 部位，電場導電值實際為零。所以，此基質層120 部位所光生的電洞電子對會有極高的重組可能性，而降低光伏電池100 的光生載電流的影響。

圖3再說明另一個業界已知的情況，即基質層120 可使用呈線性變化的p 型材質摻雜濃度設計。如曲線圖210b 所示，基質層120 中的p 型材質摻雜濃度C(x) 由較高值(阻氣層118和 基質層120 間的界面)向較低值(阻氣層118 和基質層120 間的界面)，呈線性遞減現象。如曲線圖215b 所示，為阻氣層118 、基質層120 和射極層124 在曲線圖210b 中的電場E(x) 圖示內容。如曲線圖215b 所示，基質層120 具有線性的材質摻雜濃度變化，電場的作用不再只集中於阻氣層118 和基質層120 以及基質層120 和射極層124 間的界面，但沿基質層120 的整體深度進行延伸。更詳細來說，在電場出現第一個峰值，如圖峰值230 所示，即位於阻氣層118 和基質層120 ，這是因為p 型材質摻雜濃度的突然變化所致，而第二個峰值如圖峰值235 所示，位於基質層120 和射極層124 間的部位，這是因為基質層120 /射極層124 的pn 接面生成空乏區所導致。但在此情況下，材質摻雜濃度的線性梯度變化，讓電場具有參數值，如圖參數值240 所示，沿基質層120 的中央部位延伸，以峰值235 來連接峰值230 。非零作用值的電場沿基質層120 整個深度進行作用，可讓基質層120 中央部位所產生的電洞電子對，加以分離然後集中到太陽能電池的端子上。為能夠盡量防止這些電洞電子對進行重組，基質層120 的材質摻雜濃度需可沿整個基質層120 提供足夠的電場作用，其線性材質摻雜濃度變化如圖3所示，此情況可由基質層的高p 型材質摻雜濃度(可靠近阻氣層118 形成界面)來達成，如圖3所示。如熟練技術人員所熟知，pn 接面過度的半導體材質摻雜濃度比值，則會降低載流子的使用壽命，而增加重組的可能性。因此，基質層120 的材質摻雜濃度過高，會降低基質層120 面向阻氣層118 部位的光生載流子收集能力，而因此降低光伏電池100 的轉換效率。

依據本發明的具體實施例，此缺點可由圖4 中的基質層120 ，設計有適當的p 型材質摻雜濃度曲線圖C(x) 而加以解決。

尤其是，依據本發明的具體實施例，在阻氣層118 和基質層120 間的界面，設定x 軸的0 點，而讓基質層的深度等於L (如基質層120 和射極層124 的界面則位於x =L )，基質層120 的材質摻雜濃度曲線圖C(x) 為由三個主要部位所除的遞減函數：如圖第一個部位405 所示，範圍自x =0 到x =x1 ，其中的材質摻雜濃度曲線圖C(x) 的斜率平均值，實際位於[-9*10¹⁷ ;-4*10¹⁷ ] cm^-3 /μm到1/5*L x1 1/3*L 的範圍中；如圖第二個部位410 所示，範圍自x =x1 到x =x2 ，其中的材質摻雜濃度曲線圖C(x) 的斜率平均值，實際位於[-2*10¹⁷ ;-5*10¹⁶ ] cm^-3 /μm和1/3*L x2 9/10*L 中，且如圖第三個部位415 所示，範圍自x =x2 到x = L ，其中的材質摻雜濃度曲線圖C(x) 的斜率平均值，實際位於[-3*10¹⁷ ;-9*10¹⁶ ] cm^-3 /μm中。

依據本發明的具體實施例，阻氣層118 和基質層120 (x =0 )界面的材質摻雜濃度範圍，自5*10¹⁶ cm^-3 到5*10¹⁸ cm^-3 ，而基質層120 和射極層124 (x =L )界面的材質摻雜濃度範圍，自5*10¹⁵ cm^-3 到5*10¹⁷ cm^-3 。

此基質層120 特定的材質摻雜濃度曲線圖C(x) ，可在光伏電池100 的製程中達成，如上述內容，中層晶胞105b 及其上層的上層晶胞105c 可由沉積外延生長技術的半導體材質來製造，如MBE或MOCVD。因為使用沉積外延生長技術，中層晶胞(可能也包括有上層晶胞)的基質層材質摻雜濃度，在整體的基質層厚度上，可藉由沉積外延生長技術來精密控制，複合材質的元素可引入跟III-V族前體的反應室內，即可進行原子緊密等級的控制，理論上，可得到任何所需的曲線圖特性。相反地，使用複合材質的植入和擴散技術，如標準的矽太陽能電池，是唯一可獲得指數函數型或多個指數函數複合的材質摻雜濃度曲線圖。

雖然如圖4中的材質摻雜濃度曲線圖C(x) 是三個梯度所組成的線性函數，如每個部位各有一個線性梯度，本發明概念即採用複合上述斜率範圍需求的不同曲線圖特性。例如，材質摻雜濃度C(x) 可為某個線性函數，而含三個以上的線性梯度曲線，或是至少為四階的多項式。

依據上述的本發明具體實施例，符合上述斜率範圍的材質摻雜濃度C(x) 如圖5 中的曲線圖510 所示。因為具有特定的材質摻雜濃度曲線圖，電場E(x) 在基質層120 周圍出現有較高的數值，如靠近阻氣層118 和基質層120 間的部位，而在pn 接面出現有較低值，如靠近基質層120 和射極層124 間的界面。尤其是如圖5中的曲線圖515 ，同樣地在此情況下，電場出現有第一個峰值，如圖中的峰值550 位於基質層120 和射極層124 間的部位。再者，即使在此情況下，會出現有一個電場沿基質層120 的中央部位，以峰值550 延伸接到峰值545 上。但非線性的材質摻雜濃度變化，則導致電場自圖中的參數值555 ，不再有參數定值的變化特性，但沿x 方向，自阻氣層118 和基質層120 界面的第一個數值，到基質層120 和射極層124 的界面中，有逐減的趨勢(絕對值)，第一個數值在絕對值的比較上，則高於第二個數值。此情況下的電場可提供較高的轉換效率，因為：在基質層120 遠離pn 接面所生成少部分的載流子，容易受到高電位的電場所影響，這是因為材質摻雜濃度如圖第一個部位405 有較高的材質摻雜濃度變化斜率值所導致，而提供更有效率的收集方法。基質層120 (如電洞)面向接面部位的大部分光生載流子，其擴散作用受到阻礙，這是因為材質摻雜濃度如圖第二個部位410 有較低的斜率值所導致，而減少晶胞中的暗電流擴散分量；在基質層120 (如電子)少部分的光生載流子則更能夠向pn 接面移動-這是因為材質摻雜濃度如圖第二個部位410 高變化斜率所產生的電場所致，而所有上述的優點可在其厚度大部分的部位中，得到較低材質摻雜濃度變化的基質層，此方法更能夠降低光生載流子的重組可能性。

為能夠滿足本地和特定的規範需求，任何有相關技術的人士，即可藉由修改或選擇來使用上述的解決方案。雖然本發明依據所提供的具體實施例特性，而具有特定的特殊性，而應了解到，可就具體實施例，在形式和詳細內容上進行不同程度的忽略或替代以上相關的變更。再者，也表示本發明具體實施例所揭露的元素和/或方法步驟，得整合其他的具體實施例作為設計取材上的一般內容。

雖然本發明的參考內容中，已提出一個三接面的光伏電池裝置，其中的基質層為非線性的材質摻雜濃度，屬中層晶胞，類似的設計考慮適用於不同的案例，如基本晶胞的數量未必為三個(即使是單接面的晶胞設計)，若基質層為非線性材質摻雜濃度設計，為跟中層晶胞不同的基本晶胞設計，而在其中有一個以上的基本晶胞提供有非線性材質摻雜濃度設計的基質層。

100 ．．．光伏電池

105a ．．．下層晶胞

105b ．．．中層晶胞

105c ．．．上層晶胞

108 ．．．透納二極體

110 ．．．透納二極體

112 ．．．基質層

114 ．．．射極層

116 ．．．透光層

118 ．．．阻氣層

120 ．．．基質層

122 ．．．間隔層

124 ．．．射極層

126 ．．．透光層

128 ．．．阻氣層

130 ．．．基質層

132 ．．．間隔層

134 ．．．射極層

136 ．．．透光層

138 ．．．材質層

140 ．．．覆蓋層

145 ．．．披覆層

150 ．．．接觸層

210a ．．．曲線圖

210b ．．．曲線圖

215a ．．．曲線圖

215b ．．．曲線圖

220 ．．．峰值

225 ．．．峰值

230 ．．．峰值

235 ．．．峰值

240 ．．．參數值

405 ．．．第一個部位

410 ．．．第二個部位

415 ．．．第三個部位

510 ．．．曲線圖

515 ．．．曲線圖

545 ．．．峰值

550 ．．．峰值

555 ．．．參數值

圖1係單片型光伏電池的立面圖；

圖2係圖1的晶胞接面混合材質濃度的曲線圖，以及第一個已知解決方案中的電場；

圖3係圖1的單一接面混合材質濃度的曲線圖，以及第二個已知解決方案中的電場；

圖4係依據本發明具體實施例，圖1的單一接面混合材質濃度的曲線圖；

圖5係圖1的單一接面混合材質濃度的曲線圖，以及本發明具體實施例的電場。

118 ．．．阻氣層

120 ．．．基質層

124 ．．．射極層

405 ．．．第一個部位

410 ．．．第二個部位

415 ．．．第三個部位

Claims (9)

1. 一種高轉換效率光伏電池，其係為單片式的光伏電池(100 )，含至少一個接面(120,124 )，其中至少一個的接面含複合材質半導體外延材料的第一類導電材質所構成的基質層(120 )，和一個跟第一類材質層不同，而含複合材質半導體外延材料的第二類導電材質所構成的射極層(124 )，堆疊基質層上，而至少在某個基質層中，有至少一個接面，沿第一個方向(x )有逐減的材質混合濃度的複合材質梯度(C(x) )設計；此基質層含：此基質層含第一個遠離射極層的部位，而第二個部位則靠近射極層，而第三個部位則介於第一個和第二個部位之間，其中：在第一個部位中，此逐減的複合材質濃度摻雜梯度，其斜率的平均值範圍自-9*10¹⁷ cm^-3 /μm到-4*10¹⁷ cm^-3 /μm；在第二個部位中，此逐減的複合材質濃度摻雜梯度，其實質平均斜率自-3*10¹⁷ cm^-3 /μm到-9*10¹⁶ cm^-3 /μm，且在第三個部位中，此逐減的複合材質濃度摻雜梯度，其實質斜率範圍自-2*10¹⁷ cm^-3 /μm到-5*10¹⁶ cm^-3 /μm。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之高轉換效率光伏電池，其中該：基質層沿第一個方向的長度等於第一個數值(L )，此第一個部位沿第一個方向自第一個遠離射極層的基質層端點(0 )，延伸到第二個端點(x1 )，第三個部位沿第一個方向，自第二個端點延伸到第三個端點(x2 )，第二個部位沿第一個方向，自第三個端點延伸到面向基質層靠近射極層的一端；第二個端點位於第一個端點的第一個方向上，而第三個端點位於沿第一個方向的第一個端點，位於特定距離的位置點上，且第一個距離的數值範圍為第一個數值的1/3，而第二個距離的數值範圍是第一個數值的9/10。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之高轉換效率光伏電池，其中該遞減的材質摻雜濃度變化梯度為片狀線性函數。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之高轉換效率光伏電池，其中的所謂的片狀線性函數，至少含三個線性梯度，基質層的各部位至少對應有各別的線性梯度。
5. 依據申請專利範圍第1或2項所述之高轉換效率光伏電池，其中的各片狀線性函數對應有一個多項式函數。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之高轉換效率光伏電池，其中的多項式函數至少為一個四階的多項式。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之高轉換效率光伏電池，其中該光伏電池進一步包括：至少有一個接面含第一個、第二個和第三個接面，沿第一個方向，第二個接面堆疊在第一個接面上，而第三個接面沿第一個方向，堆疊在第二個接面上，且其中至少有一個接面屬第二個接面。
8. 依據申請專利範圍第2項所述之高轉換效率光伏電池，其中在第一個端點的材質摻雜濃度變化等於第一個數值，介於5*10¹⁶ cm^-3 和5*10¹⁸ cm^-3 之間，而第四個端點的材質摻雜濃度變化，其數值等於第二個數值，介於5*10¹⁵ cm^-3 和5*10¹⁷ cm^-3 之間。
9. 一種高轉換效率光伏電池之製造方法，在光伏電池其中至少一個接面的製造方法中：產生至少一個的接面，即使用第一類導電性的半導體複合材質，以沉積外延生長技術構成一個基質層，且使用跟第一類不同的第二類導電性的半導體複合材質，構成一個射極層，此射極層沿第一個方向堆疊在基質層上，至少有一個接面構成基質層的製造步驟，沿第一個方向含材質摻雜濃度遞減設計的半導體複合材質；此材質摻雜濃度製造步驟為：以遞減的材質摻雜濃度變化構成遠離射極層的第一個部位，其實際斜率變化的平均值介於-9*10¹⁷ cm^-3 /μm和-4*10¹⁷ cm^-3 /μm之間；以遞增的材質摻雜濃度變化構成靠近射極層的第二個部位，其實際變化斜率的平均值範圍介於-3*10¹⁷ cm^-3 /μm和-9*10¹⁶ cm^-3 /μm之間，且在第一個和第二個部位間，以遞增的材質摻雜濃度變化構成第三個部位，其實際斜率變化的平均值介於-2*10¹⁷ cm^-3 /μm和5*10¹⁶ cm^-3 /μm之間。