TWI427806B - 堆疊型太陽能電池 - Google Patents

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Description

堆疊型太陽能電池
本發明係關於一種堆疊型太陽能電池(tandem solar cell)設計。
太陽能電池(Solar Cell)是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射後，把光的能量轉換成電能。
堆疊型太陽能電池或多接面太陽能電池(multi-junction solar cell)是將兩個或兩個以上相同或不同能隙的p-n接面元件堆疊起來，製成堆疊型太陽能電池。設計上將能夠吸收較高能量光譜的p-n接面元件放在上層，吸收較低能量光譜的p-n接面元件放在下層，透過不同材料的p-n接面元件，將光子的能量層層吸收。可以提高太陽光的吸收，降低傳遞損失，提升效率。
如第一圖所示，係顯示一習知堆疊型太陽能電池結構剖面圖，包含一基板101、一緩衝層102、一穿隧接面(tunnel junction)103及一p-n接面(p-n junction)104。目前被廣泛使用的穿隧接面103包含有一重摻雜n型層(n++)1031和一重摻雜p型層(p++)1032，其中重摻雜n型層1031通常為摻雜矽(Si)、碲(Te)或硒(Se)；重摻雜p型層1032通常為摻雜碳(C)、鋅(Zn)、鎂(Mg)或鈹(Be)，一般較常用為碳(C)摻雜，但重摻雜p型層1032在摻雜碳(C)後會產生晶格常數變小的現象，此現象導致穿隧接面103的晶格常數和基板101的差異過大，而造成磊晶品質變差，影響穿隧接面103的效果。
本發明為一種堆疊型太陽能電池裝置，包含：一基板，一第一穿隧接面形成於基板之上，及一第一p-n接面形成於第一穿隧接面之上，其中第一穿隧接面包含一重摻雜n型層及一合金層，此合金層係由一重摻雜p型層包含至少一原子序較鎵(Ga)為大之元素所組成，其中此重摻雜p型層與此一原子序較大之元素形成合金。
以下配合圖式說明本發明之實施例。
第二A圖係顯示依照本發明一實施例之堆疊型太陽能電池結構剖面圖：包括一基板201、一緩衝層202、一第一穿隧接面203及一第一p-n接面204。其中第一穿隧接面203包含有一重摻雜n型層(n++)2031和一合金層2032。在本發明中，基板201之材料可選自矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺(Si-Ge)、砷化鎵(GaAs)、或磷化銦(InP)。緩衝層202、第一穿隧接面之重摻雜n型層2031、第一穿隧接面之合金層2032及第一p-n接面204之材料可選自包含一種或一種以上之物質選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構成群組，例如可為砷化鋁銦鎵(Alx Ga1-x )y In1-y As或磷化鋁銦鎵(Alx Ga1-x )y In1-y P。
第一穿隧接面之合金層2032係由一重摻雜p型層包含一原子序較鎵(Ga)為大之元素所組成。在形成p型層時，於磊晶製程中同時加入一高濃度之p型摻雜物質及一原子序較鎵(Ga)為大之元素，以形成一由一重摻雜p型層包含至少一原子序較鎵(Ga)為大之元素所組成之合金層2032。此合金層之晶格常數較習知之重摻雜p型層之晶格常數大，並可隨加入元素之含量增加而增加，因而降低合金層2032與基板201之晶格差異，而得到更好的磊晶品質。此外藉由原子序較鎵(Ga)為大之元素的加入，可使合金層2032之能階降低，Jp上昇，且Jp/Vp變大，提高通過第一穿隧接面203之穿隧電流。其中，加入原子序較鎵(Ga)為大之元素材料可包括銦(In)、鉈(Tl)、銻(Sb)、鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)、碲(Te)、釙(Po)、鎘(Cd)、汞(Hg)。加入的濃度可為1~2%，即約3.5×1021 ~1.7×1022 (l/cm3 )。
第二B圖係顯示依照本發明另一實施例之堆疊型太陽能電池結構剖面圖：包括一基板201、一緩衝層202、一第一穿隧接面203、一第一p-n接面204、一第二穿隧接面205及一第二p-n接面206。其中第一穿隧接面203及第二穿隧接面205分別包含有一重摻雜n型層(n++)2031、2051和一合金層2032、2052。
在本實施例中，基板201之材料可選自矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺(Si-Ge)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)。緩衝層202、第一及第二穿隧接面之重摻雜n型層2031、2051、第一及第二穿隧接面之合金層2032、2052與第一及第二p-n接面204、206之材料可選自包含一種或一種以上之物質選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)以及磷(P)所構成群組，例如可為砷化鋁銦鎵(Alx Ga1-x )y In1-y As或磷化鋁銦鎵(Alx Ga1-x )y In1-y P。
第一及第二穿隧接面之合金層2032、2052係由一重摻雜p型層包含一原子序較鎵(Ga)為大之元素所組成。在形成p型層時，於磊晶製程中同時加入一高濃度之p型摻雜物質及一原子序較鎵(Ga)為大之元素，以形成由重摻雜p型層包含至少一原子序較鎵(Ga)為大之元素所組成之合金層2032、2052。此合金層之晶格常數較習知之重摻雜p型層之晶格常數大，並可隨加入元素之含量增加而增加，因而降低合金層2032、2052分別與基板201及第一p-n接面204之晶格差異，而得到更好的磊晶品質。此外藉由原子序較鎵(Ga)為大之元素的加入，可使合金層2032、2052之能階降低，Jp上昇，且Jp/Vp變大，提高通過第一穿隧接面之穿隧電流。其中，加入原子序較鎵(Ga)為大之元素材料可包括銦(In)、鉈(Tl)、銻(Sb)、鉍(Bi)、錫(Sn)、鉛(Pb)、碲(Te)、釙(Po)、鎘(Cd)、汞(Hg)。加入的濃度可為1~2%，即約3.5×1021 ~1.7×1022 (l/cm3 )。
在一實施例中，基板201之材料為鍺(Ge)，第一與第二穿隧接面203、205之重摻雜n型層(n++)2031、2051之材料為InGaP:Te，合金層2032、2052之材料為Alx Ga(1-x) As:C+，並包含銦(In)以形成Iny Alx Ga(1-x) As合金，可降低晶格差異，提高通過穿隧接面之穿隧電流。
第三圖係顯示依照本發明一實施例中穿隧接面之合金層所包含不同銦(In)含量之I-V curve圖，可以發現隨著銦(In)加入濃度的升高，I-V curve斜率變大，提高通過第一與第二穿隧接面203、205的穿隧電流。
在本發明另一實施例中，第二p-n接面206之上也可再形成一第三穿隧接面，且第三穿隧接面之上也可再形成一第三p-n接面，可隨產品設計需要，將穿隧接面與p-n接面反覆堆疊，而不限制堆疊型太陽能電池之p-n接面元件數量。其中穿隧接面之設計與上述實施例相同，不再贅述。
以上各圖式與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露之元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。
雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。
101、201．．．基板
102、202．．．緩衝層
103、203．．．第一穿隧接面
104、204．．．第一p-n接面
105、205．．．第二穿隧接面
106、206．．．第二p-n接面
根據以上所述之較佳實施例，並配合所附圖式說明，讀者當能對本發明之目的、特徵和優點有更深入的理解。但值得注意的是，為了清楚描述起見，本說明書所附之圖式並未按照比例尺加以繪示。
圖式簡單說明如下：
第一圖係顯示一習知之堆疊型太陽能電池結構剖面圖；
第二A圖係顯示依照本發明一實施例之堆疊型太陽能電池結構剖面圖；
第二B圖係顯示依照本發明另一實施例之堆疊型太陽能電池結構剖面圖；
第三圖係顯示依照本發明一實施例中穿隧接面之合金層加入不同銦(In)含量之I-V curve圖。
201．．．基板
202．．．緩衝層
203．．．第一穿隧接面
204．．．第一p-n接面

Claims (10)

  1. 一種堆疊型太陽能電池裝置，包含：一基板；一第一穿隧接面形成於該基板之上；一第一p-n接面形成於該第一穿隧接面之上；一第二穿隧接面形成於該第一p-n接面之上；以及一第二p-n接面形成於該第二穿隧接面之上，其中該第一穿隧接面與該第二穿隧接面各自包含一重摻雜n型層及一合金層，並且該重摻雜n型層包含InGaP：Te，該合金層包含Iny Alx Ga(1-x) As。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之堆疊型太陽能電池裝置，其中該合金層包含一高濃度之p型摻雜物質。
  3. 如專利申請範圍第1項所述之堆疊型太陽能電池裝置，其中於該第一穿隧接面中，該重摻雜n型層形成於該基板與該合金層之間。
  4. 如專利申請範圍第1項所述之堆疊型太陽能電池裝置，更包含一緩衝層形成於該基板與該第一穿隧接面之間。
  5. 如專利申請範圍第1項所述之堆疊型太陽能電池裝置，其中該合金層包含原子序較鎵(Ga)為大之元素材料。
  6. 如專利申請範圍第5項所述之堆疊型太陽能電池裝置，其中該原子序較鎵(Ga)為大之元素濃度為1~2%或3.5×1021 ~1.7×1022 (l/cm3 )。
  7. 如專利申請範圍第1項所述之堆疊型太陽能電池裝置，至少 一穿隧接面與至少一p-n接面，二者交疊於該第二p-n接面之上，且該穿隧接面包含具有一原子序較鎵(Ga)為大之元素之合金層。
  8. 一種堆疊型太陽能電池裝置的製作方法，包含：提供一基板；形成一第一穿隧接面於該基板之上；形成一第一p-n接面於該第一穿隧接面之上；形成一第二穿隧接面於該第一p-n接面之上；以及形成一第二p-n接面於該第二穿隧接面之上；其中該第一穿隧接面與該第二穿隧接面各自包含一重摻雜n型層及一合金層，該重摻雜n型層包含InGaP：Te以及該合金層包含Iny Alx Ga(1-x) As。
  9. 如專利申請範圍第8項所述之製作方法，其中該合金層包含原子序較鎵(Ga)為大之元素。
  10. 如專利申請範圍第8項所述之製作方法，更包含形成彼此交疊之至少一穿隧接面與至少一p-n接面於該第二p-n接面之上，且該穿隧接面包含具有一原子序較鎵(Ga)為大元素之合金層。
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