TWI614987B - 包含GaInNAsSb子電池的高效多結光伏電池、及光伏模組 - Google Patents

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Description

包含GaInNAsSb子電池的高效多結光伏電池、及光伏模組
本發明涉及具有至少三個子電池的多結光伏電池，其中所述子電池中的至少一個子電池包含由GaInNAsSb形成的基極層。GaInNAsSb子電池在寬範圍的輻照能量內表現出高的內量子效率。
本發明涉及光伏電池，並且尤其涉及包含至少一個GaInNAsSb子電池的高效多結光伏電池。
高效光伏電池效率由包含GaInNAsSb的多結光伏電池產生。此等光伏電池的高效率使得它們對於地球上的聚光光伏系統和設計用於太空中操作的系統是有吸引力的。
高效光伏電池由在鍺(Ge)或砷化鎵(GaAs)襯底上生長的三個子電池的整體疊層組成，所述子電池等同地被稱為結。所述子電池包含光伏電池區域，其中一定波長範圍的光能被吸收並轉化成可以從外部收集的電能。所述子電池可以通過隧道結彼此相互連接。其它層(例如緩衝層)也可以存在於子電池之間。在某些光伏電池中，頂部子電池具有由(Al)GaInP製成的一個或者多個吸收層，中間子電池具有由(In)GaAs製成的一個或者多個吸收層，並且底部子電池包括Ge襯底或者具有由III-V族材料製成的吸收 層。III-V族合金的前述命名法(其中組成元素在括弧中顯示，例如在(Al)InGaP中的Al)表示其中括弧中的元素可以為零的可變情況。
每個子電池可以包含若干關聯層，例如視窗(前表面場，FSF)、發射極、基極和後表面場(BSF)。前述層中每一個層本身可以包括一個或者多個亞層。子電池的發射極和基極由相同材料形成，或者發射極由具有與基極帶隙不同的帶隙的材料形成。由相同材料形成的發射極-基極對(例如InGaP發射極/InGaP基極或者AlInGaP發射極/AlInGaP基極)被稱為同質結。由不同材料形成的發射極-基極是可以提高電壓的異質結(例如InGaP發射極/AlInGaP基極)或者是可以降低發射極的電阻率的反向異質結(例如InGaP發射極/AlInGaP基極)。視窗和發射極可以具有一種摻雜極性(例如，n-型)，並且基極和背表面場可以具有相反的極性(例如，p-型)，在基極和發射極之間形成p-n結或者n-p結。如果除了故意摻雜的區域以外，基極還含有本征區，則可以認為其是p-i-n結或者n-i-p結。按照慣例，給定的子電池的具體合金和帶隙分別被認為是形成基極的材料的名稱和帶隙。用於基極的材料也可以或者不可以用於子電池的視窗、發射極和背表面場。例如，包含AlInP視窗、InGaP發射極、GaAs基極和AlGaAs背表面場的子電池將表示為GaAs子電池，並且相關帶隙為1.4eV的GaAs帶隙。包含AlInP視窗、InGaP發射極、InGaP基極和InGaP背表面場的子電池將表示為InGaP子電池，並且相關帶隙為InGaP基極的帶隙。子電池可以包括除了以上所列的那些之外的層。本領域技術人員也將認識到，在沒有前述層中的一個或者多個層的情況下，也可以構成子電池。例如，在沒有視窗或者沒有背表面場的情況下，也可以構成子電池。
合金中的具體元素有時由括弧表達，表明所述元素可以包括在組成中。例如，包含(Al)InGaP的子電池可以包括任意量的Al或者根本就不包括Al，但是涵蓋了組成In、Ga和P的範圍均存在的情況。本領域技術人員將認識到，(Al)InGaP不同於AlInGaP。後者表明組成必須包括一定量的Al。類似地，(Si,Sn)Ge表明Si和Sn可以存在或者不存在於合金組成中，而Ge是必須的；SiSnGe表明存在所有三種元素。
在從頂部至底部討論子電池的疊層順序時，將頂部子電池定義為在多結光伏電池運行過程中最接近光源的子電池，並且底部子電池離光源最遠。相關術語如“在...上”、“在...下”、“上”和“下”也指疊層相對于光源的位置。生長子電池的順序與該定義無關。頂部子電池還可以表示為“J1”，並且“J2”是從頂部開始的第二個子電池，“J3”是從頂部開始的第三個子電池，並且最大的數是底部子電池。
三結光伏電池能夠在聚光(具有AM1.5D STD地球光譜)下實現約45%的效率，並且在一倍太陽光強(one sun)AM0 STD空間光譜下實現約31%的效率。為了達到明顯更高的效率，需要額外的結或者子電池。使用額外的子電池，光子可以被具有更接近於入射光子能量的帶隙的材料更有效地吸收，然後其能夠將更多的光能轉化成電能而不是熱量。此外，對於給定量的入射光，具有額外子電池的總光伏電池電流可以較低，這可以降低串聯電阻損耗。用於提高效率的另一個機制是用額外的子電池吸收更大比例的光伏光譜。許多年來，已經存在需要更多數量的結的廣泛認識，例如具有四個、五個或者六個結的光伏電池。存在與相互連接額外的子電池所需的隧道結的數量增加相關的額外挑戰，包括由隧道結吸收造成的光損 失。
對具有四個或者更多個子電池的高效率、晶格匹配的多結光伏電池早已存在興趣，但是產生高效率同時保持子電池之間晶格匹配以及與襯底晶格匹配的合適材料以前是難以獲得的。例如，第7,807,921號美國專利討論了用GalnNAs作為用於1.0eV子電池的材料的四結、晶格匹配的光伏電池的可能性。為了克服與尋找可行的晶格匹配的結構相關的問題，該專利教導使用變質材料，包括晶格不匹配的一定級別的變質的GaInNAs層。
繼續發展較高效率的光伏電池所需要的是用於具有四個或者更多個子電池的多結光伏電池的設計，所述設計可以達到比用三結光伏電池可實際獲得的效率更高的效率。基本上晶格匹配的設計是期望的，因為它們具有被證實的可靠性並且因為晶格匹配的光伏電池比變質的光伏電池使用更少的半導體材料，所述變質的光伏電池需要相對厚的緩衝層來適應各種材料的晶格常數的差別。應當注意，“基本上晶格匹配”的一般理解是，當材料以大於100nm的厚度存在時，材料在其完全弛豫狀態時的面內晶格常數差別小於0.6%。此外，基本上彼此晶格匹配的子電池意指，以大於100nm厚度存在的子電池中的所有材料在其完全弛豫狀態時具有差別小於0.6%的面內晶格常數。在可選含義中，基本上晶格匹配是指應變。由此，基極層可以具有0.1%至6%、0.1%至5%、0.1%至4%、0.1至3%、0.1%至2%或者0.1%至1%的應變；或者可以具有小於6%、小於5%、小於4%、小於3%、小於2%或者小於1%的應變。應變是指壓縮應變和/或拉伸應變。
在第2010/0319764號美國申請公開中披露了包含晶格匹配的GaInNAsSb子電池的三結光伏電池，所述申請通過引用全部併入。使用經 四結、五結和六結晶格匹配的GaInNAsSb光伏電池驗證的計算模型，已經外推出對包含GaInNAsSb子電池的單結和三結光伏電池的此等和其它數據。在第2013/0118546號美國申請公開中披露了此等GaInNAsSb光伏電池的組成，所述申請通過引用全部併入。
本發明公開包含至少一個GaInNAsSb子電池的三結、四結、五結或者更多結光伏電池，所述GaInNAsSb子電池在寬範圍的輻照能量內表現出高的內量子效率並且表現出適用於高效率多結光伏電池的短路電流密度Jsc和開路電壓Voc。
根據本發明，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其中Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於：在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.13eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；或者在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV 至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.08eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；其中在25℃的結溫下測量內量子效率。
根據本發明，多結光伏電池包含三個至五個子電池，其中所述子電池中的至少一個子電池包含本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料或者子電池；並且所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配。
根據本發明，多結光伏電池包含特徵在於0.9eV至1.1eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；在所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3eV至1.5eV的帶隙；以及在所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.8eV至2.10eV的帶隙；其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；並且多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強(1 sun)AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於12mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及至少28%的效率。
根據本發明，多結光伏電池包含特徵在於0.9eV至1.05eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；在所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3eV至1.5eV的帶隙；以及在所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.85eV至2.05eV的帶隙；其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；並且多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，等於 或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於12mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於70%的填充因子；以及等於或者大於28%的效率。
根據本發明，多結光伏電池包括包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第四子電池；其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.83eV至1.22eV的帶隙；以及所述第三子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量和25℃的結溫下大於70%的內量子效率。
根據本發明，多結光伏電池包括包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；其中所述子電池中的每一子電池與其餘子電池中的每一子電池晶格匹配；在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；以及在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率。
根據本發明，多結光伏電池包括包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；在所述第四子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第五子電池；其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一 個子電池晶格匹配；所述第四子電池和所第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；以及在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率。
根據本發明，光伏模組包含至少一個由本發明內容提供的多結光伏電池。
根據本發明，光伏系統包含至少一個由本發明內容提供的多結光伏電池。
本發明包括含有四個、五個或者更多個子電池的多結光伏電池，其具有可以超過已知光伏電池的效率的效率。所述多結光伏電池包括至少一個具有包含GaInNAsSb半導體材料的基極的子電池，其中針對帶隙和晶格常數調整所述材料的組成。在本發明內容提供的各個多結光伏電池中，GaInNAsSb子電池可以包含底部子電池和/或緊鄰底部子電池的子電池。多結光伏電池的各個子電池基本上彼此晶格匹配。在某些實施型態中，多結光伏電池的子電池基本上與襯底(例如，Ge襯底或者GaAs襯底)晶格匹配。Ge襯底也可以用作多結光伏電池的子電池。在具體實施型態中，在單個多結光伏電池中製造兩個不同帶隙的GaInNAsSb子電池。
本領域技術人員應理解，本文所述的附圖僅用於示例目的。 附圖並非旨在限制本發明內容的範圍。
圖1為具有根據本發明內容的實施型態的三個子電池的多結光伏電池的截面示意圖。
圖2A和圖2B為具有根據本發明內容的實施型態的四個子電池的多結光伏電池的截面示意圖。
圖2C為具有根據本發明內容的實施型態的四個子電池的多結光伏電池的截面示意圖。
圖3示出具有0.82eV至1.24eV的不同帶隙的GaInNAsSb子電池的作為輻照波長的函數的內量子效率。
圖4A示出具有1.113eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的作為輻照能量的函數的內量子效率，其中x為7.9，y為1.7並且z為0.7至0.8。
圖4B示出具有1.115eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的作為輻照能量的函數的內量子效率，其中x為7.8，y為1.82並且z為0.4至0.8。
圖4C示出具有0.907eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的作為輻照能量的函數的內量子效率，其中x為17至18，y為4.3至4.8並且z為1.2至1.6。
圖5示出具有不同帶隙的GaInNAsSb子電池的開路電壓Voc。
圖6A示出使用1倍太陽光強AM1.5D光譜測量的三結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz光伏電池的各子電池的作為輻照波長的函數的內量子效率。
圖6B示出使用1倍太陽光強AM0光譜測量的三結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz光伏電池的各子電池的作為輻照 波長的函數的內量子效率。
圖6C示出使用1倍太陽光強AM0光譜測量的三結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz光伏電池的短路/電壓曲線。
圖7A示出四結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz/Ge光伏電池的短路/電壓曲線。
圖7B示出圖7A所示的四結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz/Ge光伏電池的各子電池的作為輻照波長的函數的內量子效率。
圖8示出三結、四結和五結光伏電池的子電池組成的實例。
圖9A示出四結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz光伏電池的各子電池的外量子效率。表5中提供了各子電池的短路電流密度Jsc和帶隙。
圖9B示出四結(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz光伏電池的各子電池的內量子效率。表5中提供了各子電池的短路電流密度Jsc和帶隙。
圖10總結出四結 (Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz/Ge多結光伏電池的某些層的組成和功能。
GaInNAsSb半導體材料作為光伏電池材料是有利的，因為晶格常數可以進行改變以便與寬範圍的襯底和/或由除GaInNAsSb材料以外的 其它材料形成的子電池是基本上晶格匹配的。晶格常數可以通過不同的IIIA族和VA族元素的相對分數來控制。因此，通過調整GaInNAsSb材料的組成(即元素和量)，可以獲得寬範圍的晶格常數和帶隙。此外，通過在具體晶格常數和帶隙附近優化組成，同時將總的Sb含量限制為不超過V族晶格位置的20%，在某些實施型態中不超過V族晶格位置的3%，並且在某些實施型態中不超過V族晶格位置的1%，可以獲得高品質的材料。Sb被認為用作表面活性劑來促進III-AsNV合金的平順生長形貌。此外，Sb可以促進氮的均勻併入並且使氮相關的缺陷的形成最少。Sb的併入可以增強總的氮併入並且減小合金帶隙，有助於實現較低帶隙的合金。然而，存在由Sb產生的額外缺陷，因此，期望Sb的總濃度應當限制為不超過V族晶格位置的20%。此外，對Sb含量的限制隨著氮含量的降低而減小。包括In的合金可以對總含量具有甚至更低的限制，因為In可以減少調整晶格常數所需的Sb的量。對於包括In的合金，Sb的總含量可以限制為不超過V族晶格位置的3%，並且在某些實施型態中，限制為不超過V族晶格位置的1%。例如，在第2010/0319764號美國申請公開中披露的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz可以在基本上與0.08
Figure TWI614987BD00001
x
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0.18、0.025
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y
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0.04和0.001
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Figure TWI614987BD00006
0.03組成範圍中的並且具有至少0.9eV的帶隙的GaAs或者Ge襯底晶格匹配時產生高品質的材料。
在本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的某些實施型態中，N組成不超過V族晶格位置的7%。在某些實施型態中，N組成不超過4%，並且在某些實施型態中，N組成不超過3%。
本發明包括具有包含至少一個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的三個或者更多個子電池(例如，三結、四結和五結子電池)的多結光伏電池。 Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料的帶隙可以通過改變組成並同時控制Sb的總組成來調整。因此，可以製造具有適於與其它子電池整合的帶隙且同時保持與其它子電池基本上晶格匹配的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。可以調整Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的帶隙和組成，以使由Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池產生的短路電流與光伏電池中的其它子電池的短路電流相同或者略大。由於Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料提供高品質、晶格匹配和帶隙可調節的子電池，因此所公開的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的光伏電池可以實現高轉換效率。效率的提高主要是由於較少的光能以熱量的形式損耗，因為額外的子電池允許更多的入射光子被具有更接近於入射光子能級的帶隙的半導體材料吸收。此外，由於較低的操作電流，與其它光伏電池相比，此等多結光伏電池中的串聯電阻損耗會較低。在更集中的太陽光下，降低的串聯電阻損耗變得更明顯。根據底部子電池的帶隙，太陽光譜中的更寬範圍的光子的收集也可以有助於提高效率。
現有技術中具有三個以上的子電池的多結光伏電池的設計主要依賴於變質生長結構、新材料或者現有子電池材料的品質的顯著改進，以便提供可以實現高效率的結構。由於發生在緩衝層中的位錯隨時間傳播至子電池中導致性能降低的可能性，因此含有變質緩衝層的光伏電池可能具有可靠性問題。相反，可以將Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料用於具有三個以上的子電池的光伏電池中以獲得高效率，同時保持子電池之間基本上晶格匹配，這對可靠性是有利的。例如，由本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的可靠性測試已經表明，多結光伏電池包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，此類裝置可以承受在100℃下的等效於390年的 日曬(on-sun)運行而不失效。在此等子電池中發現的最大降低是約1.2%的開路電壓的降低。
對於空間中的應用，耐輻照性具有重要意義，所述耐輻照性是指在暴露於包括電子和質子的離子化輻照時裝置性能的最小降低。使包括本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的多結光伏電池經歷質子輻照測試以檢驗在空間環境中的降低效果。與Ge基三結光伏電池相比，結果表明此等含有Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的裝置具有類似的功率降低率和優良的電壓保持率。與非晶格匹配(變質)的三結光伏電池相比，所有度量對於含有Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的裝置是優異的。在某些實施型態中，光伏電池包括(Al)GaInP子電池以便與(Al,In)GaAs子電池相比改善耐輻照性。
由於不同元素之間的相互作用以及層中的諸如應變的因素，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的組成與帶隙之間的關係不是組成的簡單函數。可以根據經驗改變組成來尋找具有特定晶格常數的產生期望的帶隙的組成。
施加於Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料的熱劑量(Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料在生長過程中和在生長後接受的)也影響帶隙與組成之間的關係，所述熱劑量由給定持續時間內所施加的熱強度(例如施加600℃至900℃的溫度，持續10秒至10小時)而控制。通常，帶隙隨著熱劑量增加而增加。
由於Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料和包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的光伏電池繼續發展，因此期望材料品質會不斷改善，能夠從本發明內容所述的相同或者類似的組成中實現較高的效率。然而，應當理解，由於GaInNAsSb材料組成與工藝參數的複雜的相互依賴性，因而不必確定材料和工藝條件的何種組合將產生具有特定帶隙的適合的高效率子電池。
由於組成在Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料體系內變化，所以生長條件需要改變。例如，對於(Al,In)GaAs，生長溫度將隨著Al分數的增大而升高並且隨著In分數的增大而減小，以便維持相同的材料品質，因此，隨著多結光伏電池的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料或者其它子電池的組成變化，可以相應地調節生長溫度以及其它生長條件。
三結、四結和五結光伏電池的示意圖示於圖1、2A、2B和2C中，以產生完整的多結光伏電池，所述多結光伏電池包括抗反射塗層、接觸層、隧道結、電接觸部和襯底或者晶片柄部(wafter handle)。如本文所討論，圖10示出具有此等額外的元件的示例結構。此外，額外的元件可以存在於完整的光伏電池中，例如緩衝層、隧道結、背表面場、視窗、發射極和前表面場層。
圖1示出根據本發明的多結光伏電池的實例，所述多結光伏電池具有三個子電池，並且底部子電池為Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。所有的三個子電池基本上彼此晶格匹配並且可以通過隧道結互相連接，所述隧道結如帶點的區域所示。疊層底部的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池具有三個子電池中最低的帶隙，並且吸收最低能量的光，其被光伏電池轉變為電。底部子電池中Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料的帶隙為0.7-1.1eV。上面的子電池可以包含(Al)InGaP或者AlInGaP。
圖2A示出根據本發明的多結光伏電池，所述多結光伏電池具有四個子電池，並且底部子電池為Ge子電池並且位於其上的子電池為Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。所有的四個子電池基本上彼此晶格匹配並且可以通過兩個隧道結互相連接，所述隧道結如帶點區域所示。 Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的帶隙可以為0.7eV至1.1eV。上面的子電池可以包含GaAs以及(Al,In)GaAs和(Al)InGaP。
圖2B示出根據本發明的多結光伏電池，所述多結光伏電池具有四個子電池，並且底部子電池為Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池並且位於其上的子電池為Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。所有的四個子電池基本上彼此晶格匹配並且可以通過隧道結互相連接，所述隧道結如帶點區域所示。底部Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的帶隙為0.7eV至1.1eV，並且位於其上的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的帶隙為0.7eV至1.3eV。上面的子電池可以包含(Al,In)GaAs和(Al)InGaP。
在先前以及隨後的實施型態所給的範圍內，子電池的具體帶隙由底部子電池的帶隙、子電池層的厚度和光的入射光譜(至少部分地)決定。儘管本發明內容中有許多會產生超過三結光伏電池效率的效率的結構，但是並不是落入所公開範圍內的子電池帶隙的任意集合都會產生增加的光伏轉換效率。對於底部子電池帶隙、或另一子電池的帶隙、光的入射光譜、子電池材料和子電池層厚度的特定選擇而言，存在較窄範圍的帶隙來使子電池產生超過其它三結光伏電池效率的效率。
在本文所述的各個實施型態中，將隧道結設計成具有最小的光吸收。隧道結所吸收的光不被光伏電池轉變為電，因此如果隧道結吸收大量的光，則多結光伏電池的效率將不可能超過最佳的三結光伏電池的效率。因此，隧道結必須是非常薄的(優選小於40nm)和/或由具有等於或者大於緊位於各隧道結上的子電池的帶隙的材料組成。符合此等標準的隧道結的實例為GaAs/AlGaAs隧道結，其中形成隧道結的GaAs和AlGaAs層中每一 層都具有5nm至15nm的厚度。GaAs層可以摻雜有Te、Se、S和/或Si，並且AlGaAs層可以摻雜有C。
在本文所述和所示例的各個實施型態中，存在額外的半導體層以產生光伏電池裝置。具體地，在頂部子電池上可以形成覆蓋層或者接觸層、抗反射塗層(ARC)和電接觸部(也表示為金屬網格)，並且在底部子電池下面通常形成或者存在緩衝層、襯底或者柄部(handle)和底部接觸部。在某些實施型態中，襯底也可以用作底部子電池，例如在Ge子電池中。也可以存在其它半導體層，例如額外的隧道結。多結光伏電池也可以在沒有以上所列元件中的一種或者多種元件的情況下形成，如本領域技術人員所知的。
在運行中，配置多結光伏電池以使得具有最高帶隙的子電池面對入射光伏輻照，並且子電池的特徵在於逐漸更低的帶隙位於最上面的子電池的下方或者下面。
在本文公開的實施型態中，各個子電池可以包含多個層。例如，各個子電池可以包含視窗層、發射極、基極和背表面場(BSF)層。
在運行中，視窗層為子電池的最上層並且面對入射輻照。在某些實施型態中，視窗層的厚度可以為約10nm至約500nm、約10nm至約300nm、約10nm至約150nm，並且在某些實施型態中，為約10nm至約50nm。在某些實施型態中，視窗層的厚度可以為約50nm至約350nm、約100nm至約300nm，並且在某些實施型態中，為約50nm至約150nm。
在某些實施型態中，發射極層的厚度可以為約10nm至約300nm、約20nm至約200nm、約50nm至約200nm，並且在某些實施型態中， 為約75nm至約125nm。
在某些實施型態中，基極層的厚度可以為約0.1μm至約6μm、約0.1μm至約4μm、約0.1μm至約3μm、約0.1μm至約2μm，並且在某些實施型態中，為約0.1μm至約1μm。在某些實施型態中，基極層的厚度可以為約0.5μm至約5μm、約1μm至約4μm、約1.5μm至約3.5μm，並且在某些實施型態中，為約2μm至約3μm。基極層可以具有以下厚度：例如100nm至3000nm、200nm至2000nm、300nm至1700nm、500nm至1500nm、700nm至1300nm或者800nm至1200nm。
在某些實施型態中，BSF層的厚度可以為約10nm至約500nm、約50nm至約300nm，並且在某些實施型態中，為約50nm至約150nm。
在某些實施型態中，(Al)InGaP子電池包含含有AlInP的窗口、含有(Al)InGaP的發射極、含有(Al)InGaP的基極和含有AlInGaP的背表面場層。
在某些實施型態中，(Al)InGaP子電池包含厚度為10nm至50nm的含有AlInP的窗口、厚度為20nm至200nm的含有(Al)InGaP的發射極、厚度為0.1μm至2μm的含有(Al)InGaP的基極以及厚度為50nm至300nm厚度的含有AlInGaP的BSF層。
在某些此類實施型態中，(Al)InGaP子電池的特徵在於約1.9eV至約2.2eV的帶隙。
在某些實施型態中，(Al,In)GaAs子電池包含含有(Al)In(Ga)P或者(Al,In)GaAs的視窗、含有(Al)InGaP或者(Al,In)GaAs的發射極、含有(Al,In)GaAs的基極以及含有(Al,In)GaAs或者(Al)InGaP的BSF層。在某些實 施型態中，(Al,In)GaAs子電池包含厚度為50nm至400nm的含有(Al)InGaP的窗口、厚度為100nm至200nm的含有(Al,In)GaAs的發射極、厚度為1μm至4μm的含有(Al,In)GaAs的基極以及厚度為100nm至300nm的含有(Al,In)GaAs的BSF層。
在某些實施型態中，(Al,In)GaAs子電池包含厚度為200nm至300nm的含有(Al)InGaP的窗口、厚度為100nm至150nm的含有(Al,In)GaAs的發射極、厚度為2μm至3.5μm的含有(Al,In)GaAs的基極以及厚度為150nm至250nm的含有(Al,In)GaAs的BSF層。
在某些此類實施型態中，(Al,In)GaAs子電池的特徵在於約1.4eV至約1.7eV的帶隙。
在某些實施型態中，(Al)InGaAsP子電池包含含有(Al)In(Ga)P的視窗、含有(Al)InGaP或者(Al)InGaAsP的發射極、含有(Al)InGaAsP的基極以及含有(Al,In)GaAs或者(Al)InGaP的BSF層。在某些實施型態中，(Al)InGaAsP子電池包含厚度為50nm至300nm的含有(Al)In(Ga)P的窗口、厚度為100nm至200nm的含有(Al)InGaP或者(Al)InGaAsP的發射極、厚度為0.5μm至4μm的含有(Al)InGaAsP的基極以及厚度為50nm至300nm的含有Al(In)GaAs或者(Al)InGaP的BSF層。
在某些此類實施型態中，(Al)InGaAsP子電池的特徵在於約1.4eV至約1.8eV的帶隙。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池包含含有(Al)InGaP或者(Al,In)GaAs的視窗、含有(In)GaAs或者Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的發射極、含有Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的基極以及含有(In)GaAs的BSF層。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池包含厚度為0nm至300nm的含有(Al)InGaP或者(In)GaAs的視窗、厚度為100nm至200nm的含有(In)GaAs或者Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz合金的發射極、厚度為1μm至4μm的含有Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的基極以及厚度為50nm至300nm的含有(In)GaAs的BSF層。在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz合金子電池包含厚度為100nm至150nm的含有InGaAs或者III-AsNV合金的發射極、厚度為2μm至3μm的含有Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz合金的基極以及厚度為50nm至200nm的含有(In)GaAs的BSF層。
在某些此類實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於約0.7eV至約1.1eV、或者約0.9eV至約1.3eV的帶隙。在某些此類實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池為GaInNAsSb子電池。
在某些此類實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池具有小於0.6%的壓縮應變，意味著Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz材料在其完全弛豫狀態下的面內晶格常數比襯底(例如，(Si,Sn)Ge或者GaAs襯底)的面內晶格常數大0.0%至0.6%。在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池具有例如小於0.6%、小於0.5%或者小於0.4%的壓縮應變。在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池具有例如0.1%至0.6%、0.1%至0.5%或者0.2%至0.5%的壓縮應變。在某些此類實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池含有Sb並且不含有Bi。
在某些實施型態中，Ge子電池包含厚度為0nm至300nm的含有(Al)InGaP或者(Al,In)GaAs的視窗、厚度為10nm至500nm的含有(Al,In)GaAs、(Al,Ga)InP或者Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的發射極以及含有Ge襯底的基極。應當注意，多結光伏電池也可以形成於Ge或者GaAs襯底上，其中所 述襯底不是子電池的一部分。
在某些實施型態中，子電池中的一個或者多個子電池具有發射極和/或基極，在所述基極中存在分級摻雜分佈(graded doping profile)。所述摻雜分佈可以是線性的、指數的或者對位置有其它依賴關係。在某些此類實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池中的一個或者多個子電池在部分或者全部的基極內具有指數或者線性摻雜分佈，並且摻雜水平為1×1015至1×1019cm-3，或者1×1016至5×1018cm-3。此外，最接近發射極的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz基極的區域可以具有恒定的摻雜或者沒有摻雜，例如，如在第2012/0103403號美國申請公開中所披露的，所述申請通過引用全部併入。摻雜劑的實例包括，例如，Be、Mg、Zn、Te、Se、Si、C和本領域已知的其它摻雜劑。
隧道結可以置於各個子電池之間。各個隧道結包含兩個或者更多個使相鄰子電池電連接的層。隧道結包括與高度摻雜的p-型層相鄰的高度摻雜的n-型層，以形成p-n結。通常，隧道結中的摻雜水平為1018cm-3至1021cm-3。
在某些實施型態中，隧道結包含n-型(Al,In)GaAs或者(Al)InGaP(As)層和p-型(Al,In)GaAs層。在某些實施型態中，n-型層的摻雜劑包括Si並且p-型層的摻雜劑包括C。隧道結可以具有小於100nm、小於80nm、小於60nm、小於40nm的厚度，並且在某些實施型態中，具有小於20nm的厚度。例如，在某些實施型態中，(Al)InGaP子電池之間、(Al)InGaP子電池與(Al,In)GaAs或(Al)InGaAsP子電池之間、或者(Al,In)GaAs子電池之間的隧道結可以具有小於約30nm、小於約20nm、小於約15nm的厚度，並且在 某些實施型態中，具有小於12nm的厚度。在某些實施型態中，隔開(Al,In)GaAs和III-AsNV合金子電池、隔開相鄰的III-AsNV合金子電池或者隔開III-AsNV合金和(Si,Sn)Ge或者Ge子電池的隧道結可以具有小於100nm、小於80nm、小於60nm的厚度，並且在某些實施型態中，具有小於40nm的厚度。
多結光伏電池可以在諸如Ge襯底的襯底上進行製造。在某些實施型態中，襯底可以包含GaAs、InP、Ge或者Si。在某些實施型態中，所有的子電池基本上與襯底晶格匹配。在某些實施型態中，包括在完整的光伏電池內、但不是子電池的一部分的層中的一層或者多層(例如，抗反射塗層、接觸層、覆蓋層、隧道結層和緩衝層)並不基本上與子電池晶格匹配。
在某些實施型態中，多結光伏電池包含在最上面的子電池上的抗反射塗層。選擇包含抗反射塗層的材料和抗反射塗層的厚度以改善多結光伏電池中光捕獲的效率。在某些實施型態中，一個或者多個接觸層覆蓋在位於金屬網格的下方或者附近區域中的最上面的子電池之上。在某些實施型態中，接觸層包含(In)GaAs並且摻雜劑可以為Si或者Be。
由本發明內容提供的含有GaInNAsSb的多結光伏電池可以被併入光伏發電系統。光伏發電系統可以包含一個或者多個由本發明內容提供的光伏電池，例如，具有至少三個、至少四個子電池或者至少五個子電池的一個或者多個光伏電池，所述子電池包括一個或者多個GaInNAsSb子電池。在某些實施型態中，一個或者多個光伏電池具有GaInNAsSb子電池以作為底部子電池或者緊位於底部子電池之上的子電池。在某些實施型態中，光伏發電系統可以是聚光光伏系統，其中所述系統還可以包含用於將 太陽光聚集於一個或者多個光伏電池上的反射鏡和/或透鏡。在某些實施型態中，光伏發電系統包含單軸或者雙軸跟蹤器。在某些實施型態中，將光伏發電系統設計成用於可擕式應用，並且在其它實施型態中，用於並網發電。在某些實施型態中，將光伏發電系統設計成將特定光譜的光(例如，AM1.5G、AM1.5D或者AM0)轉換為電。在某些實施型態中，光伏發電系統可見于衛星或者其它地球外的運輸工具上，並且設計成用於在空間中運行，而不受行星大氣層對入射光源(impinging light source)的影響。在某些實施型態中，可以將光伏發電系統設計成用於在除地球以外的天體上運行。在某些實施型態中，可以將光伏發電系統設計成用於圍繞除地球以外的天體進行軌道運行的衛星。在某些實施型態中，可以將光伏發電系統設計成用於在除地球以外的天體的表面上移動。
提供包含一個或者多個由本發明內容提供的多結光伏電池的光伏模組。光伏模組可以包含一個或者多個由本發明內容提供的光伏電池，以包括獨立使用或者與額外的模組組裝形成光伏發電系統的外殼和互連件。模組和/或電力系統可以包括功率調節器、功率轉換器、逆變器和其它電子器件，以將光伏電池產生的功率轉化成可用的電。光伏模組還可以包括用於將光聚焦到本發明內容提供的光伏電池上的光學器件，例如在聚光光伏模組中。光伏發電系統可以包含一個或者多個光伏模組，例如多個光伏模組。
在本發明內容提供的某些實施型態中，組成光伏電池的半導體層(除了襯底以外)可以使用分子束外延(MBE)和/或化學氣相沉積(CVD)來製造。在某些實施型態中，將一個以上的材料沉積室用於包含半導體層 的光伏電池的沉積。材料沉積室是沉積組成光伏電池的半導體層的裝置。室內的條件可以為10-11Torr至103Torr壓力。在某些實施型態中，經由物理和/或化學過程沉積合金成分。各個材料沉積室可以具有允許不同半導體層沉積的不同構造，並且可以獨立於其它材料沉積室而受到控制。半導體層可以使用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、MBE或者通過其它方法(包括任何前述方法的組合)來製造。
將襯底和半導體層從一個材料沉積室向另一個材料沉積室的運動定義為轉移。例如，將襯底置於第一材料沉積室，然後沉積緩衝層和底部子電池。然後將襯底和半導體層轉移至沉積其餘子電池的第二材料沉積室。所述轉移可以發生在真空下、在空氣或者另一氣體環境的大氣壓力下或者其間的任意環境中。所述轉移還可以在材料沉積室之間的一個位置中，其可以用某種方式相互連接或者可以不相互連接，或者所述轉移可以涉及在不同位置之間輸送襯底和半導體層，這稱為輸送。輸送可以用真空下密封的、由氮氣或者其它氣體包圍的、或者由空氣包圍的襯底和半導體層進行。額外的半導體層、絕緣層或者其它層可以用作轉移或者輸送過程中的表面保護，並且在轉移之後或者輸送之後且在進一步沉積之前去除。
在本發明內容提供的某些實施型態中，在第一材料沉積室中於襯底上沉積多個層。所述多個層可以包括蝕刻停止層、釋放層(即，設計成用於在應用諸如化學蝕刻的特定工藝順序時將所述半導體層從襯底釋放的層)、諸如橫向傳導層的接觸層、緩衝層或者其它半導體層。在一個具體實施型態中，所沉積的層的順序為緩衝層，然後是釋放層，然後是橫向傳導層或者接觸層。接下來，將所述襯底轉移至第二材料沉積室中，在所述 第二材料沉積室中，將一個或者多個子電池沉積在現有半導體層的頂部上。然後可以將所述襯底轉移至第一材料沉積室或者第三材料沉積室以用於沉積一個或者多個子電池，然後沉積一個或者多個接觸層。隧道結也在子電池之間形成。
在本發明內容提供的某些實施型態中，在第一材料沉積室中沉積GaInNAsSb子電池，在第二材料沉積室中沉積(Al)InGaP、(Al,In)GaAs和(Al)InGaAsP子電池，並且在子電池之間形成隧道結。在本發明的相關實施型態中，在第一材料沉積室中沉積GaInNAsSb層，在第二材料沉積室中沉積包含Al的其它半導體層。在本發明的另一實施型態中，在一個子電池的生長中間發生轉移，使得所述子電池具有在一個材料沉積室中沉積的一個層或者多個層以及在第二材料沉積室中沉積的一個層或者多個層。
在本發明內容提供的某些實施型態中，組成GaInNAsSb子電池的一些層或者所有層以及隧道結通過分子束外延(MBE)在一個材料沉積室中沉積，並且光伏電池的其餘層通過化學氣相沉積在另一材料沉積室中沉積。例如，將襯底置於第一材料沉積室中，並且在襯底上生長可以包括成核層、緩衝層、發射極和視窗層、接觸層和隧道結在內的層，隨後生長一個或者多個GaInNAsSb子電池。如果存在一個以上的GaInNAsSb子電池，則在相鄰的子電池之間生長隧道結。可以生長一個或者多個隧道結層，然後將襯底轉移至第二材料沉積室，在所述第二材料沉積室中其餘的光伏電池層通過化學氣相沉積來生長。在某些實施型態中，化學氣相沉積系統為MOCVD系統。在本發明的相關實施型態中，將襯底置於第一材料沉積室中，並且通過化學氣相沉積在襯底上生長可以包括成核層、緩衝層、發射 極層和窗口層、接觸層和隧道結在內的層。隨後，在已有的半導體層上生長頂部子電池(兩個或者更多個)，並且隧道結在子電池之間生長。然後可以生長最頂部的GaInNAsSb子電池的部分，例如視窗層。然後將襯底轉移至第二材料沉積室，在所述第二材料沉積室可以沉積最頂部的GaInNAsSb子電池的其餘半導體層，隨後再沉積至多三個GaInNAsSb子電池，並且在它們之間具有隧道結。
在本發明內容提供的某些實施型態中，光伏電池在生長後經過一個或者多個熱退火處理。例如，熱退火處理包括施加400℃至1000℃的溫度，持續10秒至10小時。熱退火處理可以在包括空氣、氮、砷、砷化氫、磷、膦、氫、合成氣(forming gas)、氧、氦和前述材料的任意組合的氣氛中進行。在某些實施型態中，子電池和相關隧道結的疊層可以在額外的子電池的製造之前進行退火。
圖10中示出了四結光伏電池的多層結構的實例。圖10所示的四結光伏電池包括活性(Si,Sn)Ge、GaInNAsSb、(Al,In)GaAs和(Al)InGaP子電池。可以使用MBE/MOCVD處理步驟來製造圖10所示的四結光伏電池。提供Ge襯底並且通過在高於600℃的溫度下退火至少10分鐘來去除氧化物。然後沉積Si摻雜的(Al)InGaP成核層。在Si摻雜的(Al)InGaP成核層上生長Si摻雜的I(Al,In)GaAs晶格匹配的背表面場層。通過提供Si摻雜的(Al,In)GaAs和C摻雜的(Al,In)GaAs的外延層形成隧道結。在隧道結上生長Be摻雜的(Al,In)GaAs的背表面場(BSF)。第二子電池包含在具有分級摻雜分佈的Ge摻雜的GaInNAsSb層上生長的GaInNAsSb基極層。Si摻雜的(Al,In)GaAs發射極層位於GaInNAsSb基極上並且在所述發射極上生長由Si摻雜的 (Al,In)GaAs層和C摻雜的(Al,In)GaAs層形成的第二隧道結。
然後在第二GaInNAsSb子電池上生長第三子電池。在第二隧道結上生長Be摻雜的(Al,In)GaAs BSF層，然後生長Be摻雜的(Al,In)GaAs基極層和Si摻雜的(Al,In)GaAs發射極層。在Si摻雜的(Al,In)GaAs發射極上生長Si摻雜的(Al)GaInP前表面場(FSF)層。(Al,In)GaAs基極層和FSF層二者的特徵在於分級摻雜分佈。包含Si摻雜的(Al,In)GaAs層和碳摻雜的(Al,In)GaAs層的隧道結位於FSF層上。
通過在(Al,In)GaAs/(Al,In)GaAs隧道結上沉積Be摻雜的(Al)GaInP BSF層形成第四子電池。在BSF層上生長Be摻雜的(Al)GaInP基極層，然後生長特徵在於分級摻雜分佈的Si摻雜的(Al)GaInP發射極層。在(Al)GaInP層上生長Si摻雜的InAlP FSF層。
在最頂部的InAlP FSF層上生長Si摻雜的(Al,In)GaAs接觸層。
通過本領域技術人員已知的MBE或者MOCVD方法使用適合的條件(例如，壓力、濃度、溫度和時間)來生長所述層，以提供高品質的多結光伏電池。基極層中的每一個基極層與其餘基極層中的每一個基極層晶格匹配並且與Ge襯底晶格匹配。
在說明書和申請專利範圍中陳述了帶隙、短路電流密度Jsc和開路電壓Voc的各種值。應當理解，此等值不是精確的。然而，帶隙值可以約為小數點右邊的一個有效數字，除非另外指明。因此，值0.9涵蓋了0.850至0.949。此外，在說明書和申請專利範圍中陳述了各種數值範圍。應當理解，數值範圍旨在包括該範圍所涵蓋的所有子範圍。例如，“1至10”的範圍 旨在包括所述最小值1和所述最大值10之間的所有子範圍並且包括所述最小值1和所述最大值10，例如，具有等於或者大於1的最小值和等於或者小於10的最大值。
已經製造包含至少一個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的三結、四結和五結光伏電池。提供高效率的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz基光伏電池的能力由提供高品質的下述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的能力決定，所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以與包括Ge和GaAs的各種半導體材料晶格匹配並且可以被調整成具有0.8eV至1.3eV的帶隙。
製造由本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池以提供高的內量子效率。有助於提供高的內量子效率的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的因素包括，例如，單個子電池的帶隙，其轉而取決於子電池的半導體組成、摻雜水平和摻雜分佈、子電池的厚度、晶格匹配的品質、缺陷密度、生長條件、退火溫度和退火分佈(profile)以及雜質水平。
可以將各種度量用於表徵GaInNAsSb子電池的品質，包括例如Eg/q-Voc、在輻照能量範圍內的內量子效率、開路電壓Voc和短路電流密度Jsc。可以在具有Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz基極層的子電池上測量開路電壓Voc和短路電流密度Jsc，所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz基極層為2μm厚或者其它厚度，例如1μm至4μm的厚度。本領域技術人員將理解如何將對具有特定Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz基極厚度的子電池所測量的開路電壓Voc和短路電流密度Jsc外推至其它厚度。
可以通過作為輻照波長或輻照能量的函數的內量子效率曲線反映Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的品質。通常，高品質的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz 子電池在寬範圍的輻照波長內表現出至少60%、至少70%或者至少80%的內量子效率(IQE)。圖3示出作為具有約0.82eV至約1.24eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的輻照波長/能量的函數的內量子效率的依賴性。
表1概述了圖3中提及的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的內量子效率為大於70%和大於80%時的輻照波長。
Figure TWI614987BD00007
圖3中測量的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池在寬的輻照波長範圍內表現出大於60%、大於70%或者大於80%的高內量子效率。此等Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池在寬範圍的輻照波長/能量內的高內量子效率表明形成Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的半導體材料的高品質。
如圖3所示，在其內特定Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出高的內量子效率的輻照波長的範圍受特定Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的帶隙的約束。測量並不延伸至低於900nm的波長，因為在實際的光伏電池中，可以將Ge子電池用於捕獲和轉化較短波長的輻照。對於2μm的GaInNAsSb子電池厚度，在具有AM1.5D光譜的1倍太陽光強(1000W/m2)輻照和25℃的結 溫下測量圖3中的內量子效率。本領域技術人員應理解如何將所測量的內量子效率外推至其它輻照波長/能量、子電池厚度和溫度。通過掃描經校準的源的光譜以及測量由光伏電池產生的電流來測量內量子效率。GaInNAsSb子電池可以包括GaInNAsSb子電池基極、發射極、背表面場和前表面場。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出如下的內量子效率： 在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；1.18-1.24
在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；1.10-1.14
在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；1.04-1.06
在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；0.99-1.01
在1.38eV至0.99eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；或者0.90-0.98
在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；0.82
其中在25℃的結溫下測量內量子效率。
具有1.18eV至1.24eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38 eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有1.10eV至1.14eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有1.04eV至1.06eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有0.99eV至1.01eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有0.90eV至0.98eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至0.99eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有0.80eV至0.86eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池還表現出如下的內量子效率：在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.13eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；或者在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率；以及在1.38eV至1.08eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；其中在25℃的結溫下測量內量子效率。
具有1.18eV至1.24eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有1.10eV至1.14eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有1.04eV至1.06eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表 現出在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有0.94eV至0.98eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.13eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
具有0.80eV至0.90eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池表現出在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.08eV的輻照能量下至少80%的內量子效率，所述內量子效率在25℃的結溫下測量。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池在先前段落所列的輻照能量的各個範圍內表現出至少0.55V、至少0.60V或者至少0.65V的Eg/q-Voc。Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池在先前段落所列的輻照能量的各個範圍內表現出0.55V至0.70V的Eg/q-Voc。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約1.24eV的帶隙、在約1.27eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.33eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約1.14eV的帶隙、在約1.24eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.30eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約1.10eV的帶 隙、在約1.18eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.30eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約1.05eV的帶隙、在約1.13eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.18eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約1.00eV的帶隙、在約1.08eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.13eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約0.96eV的帶隙、在約1.03eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.13eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於約0.82eV的帶隙、在約0.99eV至約1.38eV的輻照能量下大於70%的內量子效率以及在約1.13eV至約1.38eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
由高短路電流密度Jsc、低開路電壓Voc、高填充因子和在寬範圍的輻照波長/能量內的高內量子效率反映出Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的品質。
在表2中提供了具有0.907eV至1.153eV的帶隙的某些Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的此等參數。
Figure TWI614987BD00008
Figure TWI614987BD00009
在表2中，FF是指填充因子並且PL BG是指使用光致發光測量的帶隙。
對於表2所示的各個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，在25℃的結溫下，外量子效率(EQE)為約87%並且內量子效率(IQE)為89%。在圖4A、4B和4C中分別示出了作為子電池B、C和D Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的輻照能量的函數的內量子效率依賴性。內量子效率在約1.15eV至約1.55eV(1078nm至800nm)的輻照能量下大於約70%。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池B、C和D的內量子效率以圖示形式示於圖4A、4B和4C中，並且在表3中進行總結。
Figure TWI614987BD00010
如圖4A、4B和4C以及表3所示，具有約1.11eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池在約1.15eV至至少1.55eV的輻照能量範圍內表現 出大於70%的IQE，並且在約1.25eV至約1.45eV的輻照能量範圍內表現出大於80%的IQE。
此外，如圖4A、4B和4C以及表3所示，具有約0.91eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池在約1.05eV至至少1.45eV的輻照能量範圍內表現出大於70%的IQE，並且在約1.15eV至至少1.45eV的輻照能量範圍內表現出大於80%的IQE。
也由部分地取決於Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz組成的帶隙的低開路電壓Voc反映出由本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz組成的品質。在圖5中示出開路電壓Voc與Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz組成的帶隙的依賴性。如圖5所示，開路電壓Voc從具有約0.85eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz組成的約0.2V變化至具有約1.2eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz組成的約0.5V開路電壓Voc。
表現出0.90eV至1.2eV帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.010
Figure TWI614987BD00011
x
Figure TWI614987BD00012
0.18、0.015
Figure TWI614987BD00013
y
Figure TWI614987BD00014
0.083、0.004
Figure TWI614987BD00015
z
Figure TWI614987BD00016
0.018的x、y和z的值。某些Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的元素含量、帶隙、短路電流密度Jsc和開路電壓Voc的總結示於表4中。
Figure TWI614987BD00017
Figure TWI614987BD00018
在表3中，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量短路電流密度Jsc和開路電壓Voc。Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池為2μm厚。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於0.55V的Eg/q-Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的0.4V至0.7V的Eg/q-Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.016
Figure TWI614987BD00019
x
Figure TWI614987BD00020
0.19、0.040
Figure TWI614987BD00021
y
Figure TWI614987BD00022
0.051和0.010
Figure TWI614987BD00023
z
Figure TWI614987BD00024
0.018的x、y和z的值；0.89eV至0.92eV的帶隙；大於15mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及大於0.3V的開路電壓Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.010
Figure TWI614987BD00025
x
Figure TWI614987BD00026
0.16、0.028
Figure TWI614987BD00027
y
Figure TWI614987BD00028
0.037和0.005
Figure TWI614987BD00029
z
Figure TWI614987BD00030
0.016的x、y和z的值；以及0.95eV至0.98eV的帶隙。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.075
Figure TWI614987BD00031
x
Figure TWI614987BD00032
0.081、0.040
Figure TWI614987BD00033
y
Figure TWI614987BD00034
0.051和0.010
Figure TWI614987BD00035
z
Figure TWI614987BD00036
0.018的x、y和z的值；1.111eV至1.117eV的帶隙；大於9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及大於0.4V的開路電壓Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.016
Figure TWI614987BD00037
x
Figure TWI614987BD00038
0.024、0.077
Figure TWI614987BD00039
y
Figure TWI614987BD00040
0.085和0.011
Figure TWI614987BD00041
z
Figure TWI614987BD00042
0.015的x、y和z的值；1.10eV至1.14eV的帶隙；大於9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及大於0.4V的開路電壓Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.068
Figure TWI614987BD00043
x
Figure TWI614987BD00044
0.078、0.010
Figure TWI614987BD00045
y
Figure TWI614987BD00046
0.017和0.004
Figure TWI614987BD00047
z
Figure TWI614987BD00048
0.008的x、y和z的值；1.15eV至1.16eV的帶隙；大於9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及大於0.5V的開路電壓Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.011
Figure TWI614987BD00049
x
Figure TWI614987BD00050
0.015、0.04
Figure TWI614987BD00051
y
Figure TWI614987BD00052
0.06和0.016
Figure TWI614987BD00053
z
Figure TWI614987BD00054
0.020的x、y和z的值；1.14eV至1.18eV的帶隙； 大於6mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及大於0.5V的開路電壓Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.012
Figure TWI614987BD00055
x
Figure TWI614987BD00056
0.016、0.033
Figure TWI614987BD00057
y
Figure TWI614987BD00058
0.037和0.016
Figure TWI614987BD00059
z
Figure TWI614987BD00060
0.020的x、y和z的值；1.18eV至1.22eV的帶隙；大於6mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及大於0.5V的開路電壓Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.026
Figure TWI614987BD00061
x
Figure TWI614987BD00062
0.030、0.013
Figure TWI614987BD00063
y
Figure TWI614987BD00064
0.018和0.005
Figure TWI614987BD00065
z
Figure TWI614987BD00066
0.009的x、y和z的值；1.18eV至1.22eV的帶隙。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有其中0.075
Figure TWI614987BD00067
x
Figure TWI614987BD00068
0.082、0.016
Figure TWI614987BD00069
y
Figure TWI614987BD00070
0.019和0.004
Figure TWI614987BD00071
z
Figure TWI614987BD00072
0.010的x、y和z的值，並且子電池的特徵可以在於，1.12eV至1.16eV的帶隙；至少9.5mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及至少0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有其中0.011
Figure TWI614987BD00073
x
Figure TWI614987BD00074
0.016、0.02
Figure TWI614987BD00075
y
Figure TWI614987BD00076
0.065和0.016
Figure TWI614987BD00077
z
Figure TWI614987BD00078
0.020的x、y和z的值，並且子電池的特徵可以在於，1.14eV至1.22eV的帶隙；至少6mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及至少0.50V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有其中0.016
Figure TWI614987BD00079
x
Figure TWI614987BD00080
0.024、0.077
Figure TWI614987BD00081
y
Figure TWI614987BD00082
0.085和0.010
Figure TWI614987BD00083
z
Figure TWI614987BD00084
0.016的x、y和z的值，並且子電池的特徵可以在於，1.118eV至1.122eV的帶隙；至少9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及至少0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03
Figure TWI614987BD00085
x
Figure TWI614987BD00086
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00087
y
Figure TWI614987BD00088
0.055和0.001
Figure TWI614987BD00089
z
Figure TWI614987BD00090
0.05的x、y和z的值。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.06
Figure TWI614987BD00091
x
Figure TWI614987BD00092
0.09、0.01
Figure TWI614987BD00093
y
Figure TWI614987BD00094
0.025和0.004
Figure TWI614987BD00095
z
Figure TWI614987BD00096
0.014，並且子電池的特徵可以在於，1.12eV至1.16eV的帶隙；等於或者大於9.5mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及 等於或者大於0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.004
Figure TWI614987BD00097
x
Figure TWI614987BD00098
0.08、0.008
Figure TWI614987BD00099
y
Figure TWI614987BD00100
0.02和0.004
Figure TWI614987BD00101
z
Figure TWI614987BD00102
0.014的值，並且子電池的特徵可以在於，1.14eV至1.22eV的帶隙；等於或者大於6mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.50V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
在某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以具有0.06
Figure TWI614987BD00103
x
Figure TWI614987BD00104
0.09、0.01
Figure TWI614987BD00105
y
Figure TWI614987BD00106
0.03和0.004
Figure TWI614987BD00107
z
Figure TWI614987BD00108
0.014的值，並且子電池的特徵可以在於，1.118eV至1.122eV的帶隙；等於或者大於9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
由本發明內容提供的多結光伏電池可以包含至少一個包含本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料或者子電池的子電池，並且其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格 匹配。此類多結光伏電池可以包含三個結、四個結、五個結或者六個結，其中至少一個結或者子電池包含由本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料。在某些實施型態中，多結光伏電池包含一個包含由本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料的子電池，並且在某些實施型態中，包含兩個包含由本發明內容提供的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料的子電池。可以至少部分地根據多結光伏電池的結構來選擇Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料以具有適合的帶隙。Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz半導體材料的帶隙可以為例如約0.80eV至約0.14eV。
製造具有底部Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)、第二(Al,In)GaAs子電池(J2)和頂部InGaP或者AlInGaP子電池(J1)的三結光伏電池。各個子電池與(Al,In)GaAs晶格匹配。因此，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配。表5提供了使用1倍太陽光強(1366W/m2)AM0光譜在25℃下測量的三結光伏電池的參數。各個子電池的內量子效率示於圖6A中。
Figure TWI614987BD00109
使用底部Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)的三結光伏電池表現出約2.9V的高Voc、約16mA/cm2的高Jsc、約85%的高填充因子以及約30%的高效率，用AM0光譜照射。(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/GaInNAsSb光伏電池的特徵在於至少2.8V的開路電壓Voc、至少17mA的短路電流密度、至少80%的填充因子和至少28%的效率，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的。
(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/GaInNAsSb光伏電池的特徵在於2.8V至2.9V的開路電壓Voc、16mA/cm2至18mA/cm2的短路電流密度、80%至90%的填充因子和28%至34%的效率，用AM0光譜照射。
(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/GaInNAsSb光伏電池的特徵在於2.85V至2.95V的開路電壓Voc、15mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度、80%至89%的填充因子和25%至35%的效率，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的。
在某些實施型態中，三結多結光伏電池可以包含：特徵在於0.9eV至1.1eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；位於所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3eV至1.5eV的帶隙；以及位於所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.8eV至2.10eV的帶隙；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；以及 所述多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於12mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及至少28%的效率。
在某些實施型態中，三結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.5V至3.2V的開路電壓Voc；15mA/cm2至17.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至33%的效率。
在某些實施型態中，三結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5 D光譜在25℃的結溫下測量的2.55V至2.85V的開路電壓Voc；13.0mA/cm2至15mA/cm2的短路電流密度Jsc；75%至87%的填充因子；以及28%至35%的效率。
在某些實施型態中，多結光伏電池可以包含：特徵在於0.9eV至1.05eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；位於所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電 池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3eV至1.5eV的帶隙；以及位於所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.85eV至2.05eV的帶隙；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；以及所述多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於15mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於80%的填充因子；以及等於或者大於28%的效率。
在某些實施型態中，三結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.6V至3.2V的開路電壓Voc；15.5mA/cm2至16.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；81%至91%的填充因子；以及28%至32%的效率。
在某些實施型態中，四結光伏電池可以具有如圖2A所示的一般結構，所述一般結構具有底部Ge子電池(J4)、位於其上的GaInNAsSb子電池(J3)、位於其上的(Al,In)GaAs子電池(J2)和頂部(Al)InGaP子電池(J1)。所述子電池中的每一個子電池基本上與其餘子電池中的每一個子電池和Ge子電池晶格匹配。多結光伏電池在相鄰子電池之間不包含變質的緩衝層。 選擇Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池、(Al,In)GaAs子電池和(Al)InGaP子電池中每一個子電池的組成，以提供與(Si,Sn)Ge子電池匹配的晶格並且提供適當的帶隙。
在某些四結光伏電池中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)可以具有以下帶隙：0.98eV至1.22eV、0.98eV至1.20eV、0.98eV,至0.18eV、0.98eV至0.16eV、0.98eV至0.14eV、0.98eV至1.12eV、0.99eV至1.11eV或者1.00eV至1.10eV。可以選擇Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz以基本上匹配(Si,Sn)Ge子電池的晶格常數並且提供諸如0.98eV至1.12eV的範圍內的適合帶隙。
在四結光伏電池的某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)可以具有其中0.075
Figure TWI614987BD00110
x
Figure TWI614987BD00111
0.083、0.015
Figure TWI614987BD00112
y
Figure TWI614987BD00113
0.020和0.003
Figure TWI614987BD00114
z
Figure TWI614987BD00115
0.009的x、y和z的值。
在四結光伏電池的某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)可以具有其中0.077
Figure TWI614987BD00116
x
Figure TWI614987BD00117
0.081、0.0165
Figure TWI614987BD00118
y
Figure TWI614987BD00119
0.0185和0.004
Figure TWI614987BD00120
z
Figure TWI614987BD00121
0.009的x、y和z的值。
在四結光伏電池的某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)可以具有其中0.078
Figure TWI614987BD00122
x
Figure TWI614987BD00123
0.080、0.017
Figure TWI614987BD00124
y
Figure TWI614987BD00125
0.018和0.004
Figure TWI614987BD00126
x
Figure TWI614987BD00127
0.008的x、y和z的值。
在某些四結光伏電池中，(Al,In)GaAs子電池(J2)可以具有1.4eV至1.53eV、1.42eV至1.51eV、1.44eV至1.49eV、或者1.46eV至1.48eV的帶隙。
可以選擇(Al,In)GaAs組成以匹配(Si,Sn)Ge子電池的晶格常數並且提供諸如1.4eV至1.53eV的範圍內的適合帶隙。
在某些四結光伏電池中，(Al)InGaP子電池(J1)可以具有1.96eV至2.04eV、1.97eV至2.03eV、1.98eV至2.02eV、或者1.99eV至2.01eV的帶隙。選擇(Al)InGaP組成以匹配Ge子電池的晶格常數並且提供諸如1.96eV至2.04eV的範圍內的適合帶隙。
選擇各個子電池的組成以在一定範圍的輻照波長或者能量內具有至少70%或者至少80%的內量子效率。
例如，Ge子電池可以在約0.77eV至約1.03eV(約1600nm至1200nm)的輻照能量下表現出大於85%的內量子效率，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以在1.13eV至1.38eV(1100nm至900nm)的輻照能量下表現出大於85%的內量子效率。(Al,In)GaAs子電池可以在1.51eV至2.00eV(820nm至620nm)的輻照能量下表現出大於90%的內量子效率，並且(Al)InGaP子電池可以在2.07eV至3.10eV(600nm至400nm)的輻照能量下表現出大於90%的內量子效率。
四結(Si,Sn)Ge/GaInNAsSb/(Al,In)GaAs/(Al)InGaP光伏電池的某些性能示於圖7A和圖7B中。圖7A示出四結(Si,Sn)Ge/GaInNAsSb/(Al,In)GaAs/(Al)InGaP光伏電池的J/V曲線，所述光伏電池的特徵在於15.4mA/cm2的短路電流密度Jsc、3.13V的開路電壓Voc、84.4%的填充因子和29.8%的效率。使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下進行測量。圖7B示出四個子電池中每一個子電池的作為輻照波長的函數的內量子效率。效率在約400nm至約1600nm的大部分輻照波長範圍內大於約90%。
表6中提供了圖7A和圖7B所示的四結(Si,Sn)Ge/GaInNAsSb/(Al,In)GaAs/(Al)InGaP光伏電池的各種性能。
Figure TWI614987BD00128
在某些實施型態中，多結光伏電池可以包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.83eV至1.22eV的帶隙；以及所述第三子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量和25℃的結溫下大於70%的內量子效率。
在某些實施型態中，多結光伏電池可以包含 Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述子電池的特徵在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
在某些實施型態中，包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及大於25%的效率。
在某些實施型態中，包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於3.0V的開路電壓Voc；等於或者大於15mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於80%的填充因子；以及大於25%的效率。
在某些實施型態中，包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及 28%至36%的效率。
在某些實施型態中，包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的3.0V至3.5V的開路電壓Voc；8mA/cm2至14mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
在某些實施型態中，包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池可以包含：具有1.9eV至2.2eV的帶隙的第一子電池；具有1.40eV至1.57eV的帶隙的第二子電池；具有0.98eV至1.2eV的帶隙的第三子電池；以及具有0.67eV的帶隙的第四子電池。
在包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池的某些實施型態中，x、y和z的值為0.075
Figure TWI614987BD00129
x
Figure TWI614987BD00130
0.083、0.015
Figure TWI614987BD00131
y
Figure TWI614987BD00132
0.020和0.003
Figure TWI614987BD00133
z
Figure TWI614987BD00134
0.09。
在包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結多結光伏電池的某些實施型態中，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的0.42V至0.57V的開路電壓Voc；10mA/cm2至13mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及 1.0eV至1.17eV的帶隙。
為了增加光伏電池效率，可以製造五結光伏電池。用於三結、四結和五結光伏電池的光伏電池疊層的組成的實例示於圖8中。如圖8所示，對於五結和六結電池，可以使用兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。
為了證明使用相鄰的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的可行性，製造和評具有底部Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池和位於其上的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結光伏電池估。在GaAs襯底上製造四結光伏電池。子電池中的每一個電池基本上與其餘子電池中的每一個子電池和GaAs襯底晶格匹配。 多結光伏電池在相鄰的子電池之間不包含變質的緩衝層。選擇兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池、(Al,In)GaAs子電池和(Al)InGaP子電池中的每一種子電池的組成，以與GaAs襯底晶格匹配並且提供適當的帶隙。
四結光伏電池具有底部Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J4)、位於其上的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)、位於其上的(Al,In)GaAs子電池(J2)和頂部(Al)InGaP子電池(J1)。在1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜下的帶隙和Jsc示於表7中。
Figure TWI614987BD00135
表6所示的光伏電池的各個子電池的內量子效率和外量子效率示於圖9A和圖9B中。
具有兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結光伏電池在約400nm(3.1eV)至約1300nm(0.95eV)的輻照波長範圍中表現出超過70%的內量子效率和外量子效率，並且在約450nm(2.75eV)至約1200nm(1.03eV)的輻照波長範圍中表現出超過80%的內量子效率和外量子效率。
類似於表7所示的那些的具有兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的其它四結光伏電池表現出使用1倍太陽光強AM0或者AM1.5D光譜在25℃的結溫下進行測量的，約3.67eV至約3.69eV的開路電壓、約9.70mA/cm2至約9.95mA/cm2的短路電流密度、約80%至約85%的填充因子和約29.0%至約31%的外量子效率。
在此等光伏電池中，底部Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J4)具有0.95eV至約0.99eV(例如，0.96eV至0.97eV)的帶隙以及0.11
Figure TWI614987BD00136
x
Figure TWI614987BD00137
0.15、0.030
Figure TWI614987BD00138
y
Figure TWI614987BD00139
0.034和0.007
Figure TWI614987BD00140
z
Figure TWI614987BD00141
0.014的x、y和z的值，並且在某些實施型態中，具有0.12
Figure TWI614987BD00142
x
Figure TWI614987BD00143
0.14、0.031
Figure TWI614987BD00144
y
Figure TWI614987BD00145
0.033和0.007
Figure TWI614987BD00146
z
Figure TWI614987BD00147
0.014的x、y和z的值。
在此等光伏電池中，第二Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池(J3)具有1.1eV至約1.3eV的帶隙以及0.026
Figure TWI614987BD00148
x
Figure TWI614987BD00149
0.030、0.014
Figure TWI614987BD00150
y
Figure TWI614987BD00151
0.018和0.005
Figure TWI614987BD00152
z
Figure TWI614987BD00153
0.009的x、y和z的值，並且在某些實施型態中，具有0.027
Figure TWI614987BD00154
x
Figure TWI614987BD00155
0.029、0.015
Figure TWI614987BD00156
y
Figure TWI614987BD00157
0.017和0.006
Figure TWI614987BD00158
z
Figure TWI614987BD00159
0.008的x、y和z的值。
此等結果表明將兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池併入光伏電池以改善多結光伏電池性能的可行性。如圖8所示，為了改善較低波長下的 收集效率，具有兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的五結和六結光伏電池還可以包括底部活性Ge子電池。如圖8所示的晶格匹配的五結光伏電池期望在1倍太陽光強AM0照射和25℃的結溫下分別表現出超過34%和超過36%的外量子效率。
包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結光伏電池可以適用於五結多結光伏電池。(Al)InGaP/(Al,In)GaAs/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz/Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz層的疊層可以覆蓋在可用作第五子電池的Ge層上。在具有Ge子電池的光伏電池中，各個基極層可以與Ge子電池晶格匹配。
在某些實施型態中，包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的四結和五結多結光伏電池可以包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；以及在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池中每一個子電池的特徵可以在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池的特徵可以在於：使用1倍太陽光強1.5 AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.8V的開路電壓Voc；等於或者大於18mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於80%的填充因子；以及等於或者大於29%的效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池可以包含：特徵在於1.90eV至2.20eV的帶隙的第一子電池；特徵在於1.4eV至1.7eV的帶隙的第二子電池；特徵在於0.97eV至1.3eV的帶隙的第三子電池；特徵在於0.8eV至1eV的帶隙第四子電池。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池可以包含：包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池的特徵在於0.9eV至1eV的帶隙；包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池的特徵在於1.1eV至1.3eV的帶隙； 包含(Al,In)GaAs的第二子電池的特徵在於1.5eV至1.7eV的帶隙；包含(Al)InGaP的第一子電池的特徵在於1.9eV至2.1eV的帶隙；其中所述多結光伏電池的特徵可以在於，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於3.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於27%的效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池的特徵可以在於：使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的3.65V至3.71V的開路電壓Voc；9.7mA/cm2至10.0mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至85%的填充因子；以及29%至31%的效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池的特徵可以在於：使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc； 等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於25%的效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池的特徵可以在於：使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
在某些實施型態中，四結和五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，所述多結光伏電池的特徵可以在於：使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的3V至3.5V的開路電壓Voc；8mA/cm2至14mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
也提供了五結多結光伏電池。五結多結光伏電池包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以覆蓋在(Si,Sn)Ge子電池上並且可以與(Si,Sn)Ge子電池晶格匹配。所述子電池中的每一個子電池可以與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配並且可以與(Si,Sn)Ge子電池晶格匹配。(Si,Sn)Ge子電池可以具有0.67eV至1.0eV的帶隙。
在某些實施型態中，包含兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的五結多結光伏電池可以包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；在所述第四子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第五子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；以及在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率。
在五結多結光伏電池的某些實施型態中，兩個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池中每一個子電池的特徵可以在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
在本發明內容提供的多結光伏電池中，一個或者多個子電池可以包含AlInGaAsP，其中各III族元素和各V族元素的含量可以為0至1，並且AlInGaAsP基極可以與襯底晶格匹配並且與多結光伏電池中的其餘子電池晶格中的每一個子電池匹配。AlInGaAsP子電池的帶隙可以為1.8eV至2.3 eV。AlInGaAsP子電池可以包含(Al)InGaP子電池或者(Al,In)GaAs子電池。本發明內容提供的多結光伏電池可以包含至少一個Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz，並且其餘子電池中的一個或者多個子電池可以包括AlInGaAsP子電池。
在多結光伏電池的某些實施型態中，諸如Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz和/或AlInGaAsP子電池的子電池可以是同質結，其中子電池的發射極和基極包含相同的材料組成並且具有相同的帶隙。
在多結光伏電池的某些實施型態中，諸如Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz和/或AlInGaAsP子電池的子電池可以是異質結，其中子電池的發射極和基極包含相同的材料但是具有不同的組成，以使子電池的發射極的帶隙和基極的帶隙是不同的。在某些實施型態中，發射極的帶隙高於基極的帶隙，並且在某些實施型態中，發射極的帶隙低於基極的帶隙。在第9,153,724號美國專利中公開了反向異質結Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其通過引用全部併入。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以包含低的銻含量，例如0.004
Figure TWI614987BD00160
z
Figure TWI614987BD00161
0.02、0.005
Figure TWI614987BD00162
z
Figure TWI614987BD00163
0.018、0.006
Figure TWI614987BD00164
z
Figure TWI614987BD00165
0.016、0.008
Figure TWI614987BD00166
z
Figure TWI614987BD00167
0.015、0.01
Figure TWI614987BD00168
z
Figure TWI614987BD00169
0.018、0.01
Figure TWI614987BD00170
z
Figure TWI614987BD00171
0.014、0.004
Figure TWI614987BD00172
z
Figure TWI614987BD00173
0.014或者0.004
Figure TWI614987BD00174
z
Figure TWI614987BD00175
0.01。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以包含高的氮含量，例如0.02
Figure TWI614987BD00176
y
Figure TWI614987BD00177
0.10、0.021
Figure TWI614987BD00178
y
Figure TWI614987BD00179
0.09、0.024
Figure TWI614987BD00180
y
Figure TWI614987BD00181
0.085、0.026
Figure TWI614987BD00182
y
Figure TWI614987BD00183
0.08、0.03
Figure TWI614987BD00184
y
Figure TWI614987BD00185
0.06或者0.04
Figure TWI614987BD00186
y
Figure TWI614987BD00187
0.06。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以包含低的銻含量，例如0.004
Figure TWI614987BD00188
z
Figure TWI614987BD00189
0.02、0.005
Figure TWI614987BD00190
z
Figure TWI614987BD00191
0.018、0.006
Figure TWI614987BD00192
z
Figure TWI614987BD00193
0.016、0.008
Figure TWI614987BD00194
z
Figure TWI614987BD00195
0.015、 0.01
Figure TWI614987BD00196
z
Figure TWI614987BD00197
0.018、0.01
Figure TWI614987BD00198
z
Figure TWI614987BD00199
0.014、0.004
Figure TWI614987BD00200
z
Figure TWI614987BD00201
0.014或者0.004
Figure TWI614987BD00202
z
Figure TWI614987BD00203
0.01；以及高的氮含量，例如0.02
Figure TWI614987BD00204
y
Figure TWI614987BD00205
0.10、0.021
Figure TWI614987BD00206
y
Figure TWI614987BD00207
0.09、0.024
Figure TWI614987BD00208
y
Figure TWI614987BD00209
0.085、0.026
Figure TWI614987BD00210
y
Figure TWI614987BD00211
0.08、0.03
Figure TWI614987BD00212
y
Figure TWI614987BD00213
0.06或者0.04
Figure TWI614987BD00214
y
Figure TWI614987BD00215
0.06。
Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池可以包含以下的x、y和z的值：0.025
Figure TWI614987BD00216
x
Figure TWI614987BD00217
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00218
y
Figure TWI614987BD00219
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00220
z
Figure TWI614987BD00221
0.02；0.025
Figure TWI614987BD00222
x
Figure TWI614987BD00223
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00224
y
Figure TWI614987BD00225
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00226
z
Figure TWI614987BD00227
0.018；0.025
Figure TWI614987BD00228
x
Figure TWI614987BD00229
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00230
y
Figure TWI614987BD00231
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00232
z
Figure TWI614987BD00233
0.016；0.025
Figure TWI614987BD00234
x
Figure TWI614987BD00235
0.19、0.02
Figure TWI614987BD00236
y
Figure TWI614987BD00237
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00238
z
Figure TWI614987BD00239
0.02；0.025
Figure TWI614987BD00240
x
Figure TWI614987BD00241
0.19、0.02
Figure TWI614987BD00242
y
Figure TWI614987BD00243
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00244
z
Figure TWI614987BD00245
0.018；0.025
Figure TWI614987BD00246
x
Figure TWI614987BD00247
0.19、0.02
Figure TWI614987BD00248
y
Figure TWI614987BD00249
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00250
z
Figure TWI614987BD00251
0.016；0.025
Figure TWI614987BD00252
x
Figure TWI614987BD00253
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00254
y
Figure TWI614987BD00255
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00256
z
Figure TWI614987BD00257
0.016；0.025
Figure TWI614987BD00258
x
Figure TWI614987BD00259
0.19、0.022
Figure TWI614987BD00260
y
Figure TWI614987BD00261
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00262
z
Figure TWI614987BD00263
0.02；0.025
Figure TWI614987BD00264
x
Figure TWI614987BD00265
0.19、0.022
Figure TWI614987BD00266
y
Figure TWI614987BD00267
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00268
z
Figure TWI614987BD00269
0.018；或者0.025
Figure TWI614987BD00270
x
Figure TWI614987BD00271
0.19、0.022
Figure TWI614987BD00272
y
Figure TWI614987BD00273
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00274
z
Figure TWI614987BD00275
0.016。
根據本發明的方面，提供Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其中作為輻照能量的函數的內量子效率的特徵在於，在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至0.99eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；或者，在1.38eV至 0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；其中在25℃的結溫下測量內量子效率。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於0.55V的Eg/q-Voc。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的0.4V至0.7V的Eg/q-Voc。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03
Figure TWI614987BD00276
x
Figure TWI614987BD00277
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00278
y
Figure TWI614987BD00279
0.055和0.001
Figure TWI614987BD00280
z
Figure TWI614987BD00281
0.05的x、y和z的值。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03
Figure TWI614987BD00282
x
Figure TWI614987BD00283
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00284
y
Figure TWI614987BD00285
0.055和0.001
Figure TWI614987BD00286
z
Figure TWI614987BD00287
0.02的x、y和z的值。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03
Figure TWI614987BD00288
x
Figure TWI614987BD00289
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00290
y
Figure TWI614987BD00291
0.055和0.001
Figure TWI614987BD00292
z
Figure TWI614987BD00293
0.018的x、y和z的值。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03
Figure TWI614987BD00294
x
Figure TWI614987BD00295
0.19、0.022
Figure TWI614987BD00296
y
Figure TWI614987BD00297
0.09和0.001
Figure TWI614987BD00298
z
Figure TWI614987BD00299
0.018的x、y和z的值。
根據任一前述方面，0.06
Figure TWI614987BD00300
x
Figure TWI614987BD00301
0.09、0.01
Figure TWI614987BD00302
y
Figure TWI614987BD00303
0.025和 0.004
Figure TWI614987BD00304
z
Figure TWI614987BD00305
0.014，並且Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於1.12eV至1.16eV的帶隙；等於或者大於9.5mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
根據任一前述方面，0.004
Figure TWI614987BD00306
x
Figure TWI614987BD00307
0.08、0.008
Figure TWI614987BD00308
y
Figure TWI614987BD00309
0.02和0.004
Figure TWI614987BD00310
z
Figure TWI614987BD00311
0.014，並且Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於1.14eV至1.22eV的帶隙；等於或者大於6mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.50V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
根據任一前述方面，0.06
Figure TWI614987BD00312
x
Figure TWI614987BD00313
0.09、0.01
Figure TWI614987BD00314
y
Figure TWI614987BD00315
0.03和0.004
Figure TWI614987BD00316
z
Figure TWI614987BD00317
0.014，並且Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於1.118eV至1.122eV的帶隙；等於或者大於9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量Jsc和Voc。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含三個至五個子電池，其中所述子電池中的至少一個包含根據本發明的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；並且所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配。
根據任一前述方面，多結光伏電池包含：特徵在於0.9eV至1.1eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；位於所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3eV至1.5eV的帶隙；以及位於所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其 中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.8eV至2.10eV的帶隙；其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；並且多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於12mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於28%的效率。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：特徵在於0.9eV至1.2eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其中x、y和z具有0.010
Figure TWI614987BD00318
x
Figure TWI614987BD00319
0.18、0.015
Figure TWI614987BD00320
y
Figure TWI614987BD00321
0.083、0.004
Figure TWI614987BD00322
z
Figure TWI614987BD00323
0.018的值；位於述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3e至1.5eV的帶隙；以及位於所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.8eV至2.10eV的帶隙；其中所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；並且多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於12mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於28%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的，2.5V至3.2V的開路電壓Voc；15mA/cm2至17.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至33%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽 光強AM1.5 D光譜在25℃的結溫下測量的，2.55V至2.85V的開路電壓Voc；13.0mA/cm2至15mA/cm2的短路電流密度Jsc；75%至87%的填充因子；以及28%至35%的效率。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.9eV至1.05eV的帶隙；所述(Al)InGaP子電池為AlInGaP子電池，其中所述AlInGaP子電池的特徵在於1.85eV至2.05eV的帶隙；多結光伏電池的特徵在於等於或者大於15mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於80%的填充因子。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的，2.6V至3.2V的開路電壓Voc；15.5mA/cm2至16.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；81%至91%的填充因子；以及28%至32%的效率。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.83eV至1.22eV的帶隙；以及所述第三子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量和25℃的結溫下大於70%的內量子效率。
根據任一前述方面，第三子電池的特徵在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽 光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及大於25%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的，2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
根據任一前述方面，第一子電池的特徵在於1.9eV至2.2eV的帶隙；第二子電池的特徵在於1.40eV至1.57eV的帶隙；第三子電池的特徵在於0.98eV至1.2eV的帶隙；並且第四子電池的特徵在於0.67eV的帶隙。
根據任一前述方面，x、y和z的值為0.075
Figure TWI614987BD00324
x
Figure TWI614987BD00325
0.083、0.015
Figure TWI614987BD00326
y
Figure TWI614987BD00327
0.020和0.003
Figure TWI614987BD00328
z
Figure TWI614987BD00329
0.09。
根據任一前述方面，第三子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，0.42V至0.57V的開路電壓Voc；10mA/cm2至13mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及1.0eV至1.17eV的帶隙。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；以及在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV 至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率。
根據任一前述方面，在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強1.5 AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.8V的開路電壓Voc；等於或者大於18mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於80%的填充因子；以及等於或者大於29%的效率。
根據任一前述方面，第一子電池的特徵在於1.90eV至2.20eV的帶隙；第二子電池的特徵在於1.4eV至1.7eV的帶隙；第三子電池的特徵在於0.97eV至1.3eV的帶隙；並且第四子電池的特徵在於0.8eV至1eV的帶隙。
根據任一前述方面，多結光伏電池包含：包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池的特徵在於0.9eV至1eV的帶隙；包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池的特徵在於1.1eV至1.3eV的帶隙；包含(Al,In)GaAs的第二子電池的特徵在於1.5eV至1.7eV的帶隙；以及包含AlInGaP的第一子電池的特徵在於1.9eV至2.1eV的帶隙；其中多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於3.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於27%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的 開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於25%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的，2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，3V至3.5V的開路電壓Voc；8mA/cm2至14mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
根據本發明的方面，光伏模組包含至少一個根據本發明的多結光伏電池。
根據本發明的方面，光伏系統包含至少一個根據本發明的多結光伏電池。
根據本發明的方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池具有作為輻照能量的函數的內量子效率，其特徵在於，在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量 子效率；在1.38eV至0.99eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；或者，在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；其中內量子效率在25℃的結溫下測量，其中Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03
Figure TWI614987BD00330
x
Figure TWI614987BD00331
0.19、0.008
Figure TWI614987BD00332
y
Figure TWI614987BD00333
0.055和0.001
Figure TWI614987BD00334
z
Figure TWI614987BD00335
0.05的x、y和z的值，並且其中Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池與(Si,Sn)Ge襯底晶格匹配。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於0.55V的Eg/q-Voc。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的0.4V至0.7V的Eg/q-Voc。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含三個至五個子電池，其中所述子電池中的至少一個包含根據本發明的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池；並且所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子 電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.83eV至1.22eV的帶隙；以及所述第三子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量和25℃的結溫下大於70%的內量子效率。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池，其中x、y和z的值為0.010
Figure TWI614987BD00336
x
Figure TWI614987BD00337
0.18、0.015
Figure TWI614987BD00338
y
Figure TWI614987BD00339
0.083、0.004
Figure TWI614987BD00340
z
Figure TWI614987BD00341
0.018；以及在所述第三子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.90eV至1.2eV的帶隙；以及所述第三子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量和25℃的結溫下大於70%的內量子效率。
根據任一前述方面，第三子電池的特徵在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及大於25%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的，2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
根據任一前述方面，第一子電池的特徵在於1.9eV至2.2eV 的帶隙；第二子電池的特徵在於1.40eV至1.57eV的帶隙；第三子電池的特徵在於0.98eV至1.2eV的帶隙；並且第四子電池的特徵在於0.67eV的帶隙。
根據任一前述方面，x、y和z的值為0.075
Figure TWI614987BD00342
x
Figure TWI614987BD00343
0.083、0.015
Figure TWI614987BD00344
y
Figure TWI614987BD00345
0.020和0.003
Figure TWI614987BD00346
z
Figure TWI614987BD00347
0.09。
根據任一前述方面，第三子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，0.42V至0.57V的開路電壓Voc；10mA/cm2至13mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及1.0eV至1.17eV的帶隙。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.97eV至1.3eV的帶隙；所述第四子電池的特徵在於0.8eV至1eV的帶隙；以及第所述四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率。
根據本發明的方面，多結光伏電池包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個子電池與其餘子電池中的每一個子電池晶格匹配；在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於0.95eV至 1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率；所述第三子電池的特徵在於1.1eV至約1.3eV的帶隙，以及0.026
Figure TWI614987BD00348
x
Figure TWI614987BD00349
0.030、0.014
Figure TWI614987BD00350
y
Figure TWI614987BD00351
0.018和0.005
Figure TWI614987BD00352
z
Figure TWI614987BD00353
0.009的x、y和z的值；並且所述第四子電池的特徵在於0.95eV至約0.99eV的帶隙，以及0.11
Figure TWI614987BD00354
x
Figure TWI614987BD00355
0.15、0.030
Figure TWI614987BD00356
y
Figure TWI614987BD00357
0.034和0.007
Figure TWI614987BD00358
z
Figure TWI614987BD00359
0.014的x、y和z的值。
根據任一前述方面，在所述第四子電池和所述第三子電池中每一個子電池的特徵在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強1.5 AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.8V的開路電壓Voc；等於或者大於18mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於80%的填充因子；以及等於或者大於29%的效率。
根據任一前述方面，第一子電池的特徵在於1.90eV至2.20eV的帶隙；並且第二子電池的特徵在於1.4eV至1.7eV的帶隙。
根據任一前述方面，多結光伏電池包含：包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池的特徵在於0.9eV至1eV的帶隙；包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池的特徵在於1.1eV至1.3eV的帶隙；包含(Al,In)GaAs的第二子電池的特徵在於1.5eV至1.7eV的帶隙；以及包含AlInGaP的第一子電池的特徵在於1.9eV至2.1eV的帶隙；其中多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於3.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於27%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的，等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於25%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的，2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
根據任一前述方面，多結光伏電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的，3V至3.5V的開路電壓Voc；8mA/cm2至14mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.16
Figure TWI614987BD00360
x
Figure TWI614987BD00361
0.19、0.040
Figure TWI614987BD00362
y
Figure TWI614987BD00363
0.051和0.010
Figure TWI614987BD00364
z
Figure TWI614987BD00365
0.018的值；以及0.89eV至0.92eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.10
Figure TWI614987BD00366
x
Figure TWI614987BD00367
0.16、0.028
Figure TWI614987BD00368
y
Figure TWI614987BD00369
0.037和0.005
Figure TWI614987BD00370
z
Figure TWI614987BD00371
0.016的值；以及0.95eV至0.98eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.075
Figure TWI614987BD00372
x
Figure TWI614987BD00373
0.081、0.040
Figure TWI614987BD00374
y
Figure TWI614987BD00375
0.051和0.010
Figure TWI614987BD00376
z
Figure TWI614987BD00377
0.018的值；以及1.111eV至1.117eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於 0.016
Figure TWI614987BD00378
x
Figure TWI614987BD00379
0.024、0.077
Figure TWI614987BD00380
y
Figure TWI614987BD00381
0.085和0.011
Figure TWI614987BD00382
z
Figure TWI614987BD00383
0.015的值；以及1.10eV至1.14eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.068
Figure TWI614987BD00384
x
Figure TWI614987BD00385
0.078、0.010
Figure TWI614987BD00386
y
Figure TWI614987BD00387
0.017和0.004
Figure TWI614987BD00388
z
Figure TWI614987BD00389
0.008的值；以及1.15eV至1.16eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.011
Figure TWI614987BD00390
x
Figure TWI614987BD00391
0.015、0.04
Figure TWI614987BD00392
y
Figure TWI614987BD00393
0.06和0.016
Figure TWI614987BD00394
z
Figure TWI614987BD00395
0.020的值；以及1.14eV至1.18eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.012
Figure TWI614987BD00396
x
Figure TWI614987BD00397
0.016、0.033
Figure TWI614987BD00398
y
Figure TWI614987BD00399
0.037和0.016
Figure TWI614987BD00400
z
Figure TWI614987BD00401
0.020的值；以及1.18eV至1.22eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.026
Figure TWI614987BD00402
x
Figure TWI614987BD00403
0.030、0.024
Figure TWI614987BD00404
y
Figure TWI614987BD00405
0.018和0.005
Figure TWI614987BD00406
z
Figure TWI614987BD00407
0.009的值；以及1.18eV至1.22eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.075
Figure TWI614987BD00408
x
Figure TWI614987BD00409
0.082、0.016
Figure TWI614987BD00410
y
Figure TWI614987BD00411
0.019和0.004
Figure TWI614987BD00412
z
Figure TWI614987BD00413
0.010的值；以及1.12eV至1.16eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.011
Figure TWI614987BD00414
x
Figure TWI614987BD00415
0.016、0.02
Figure TWI614987BD00416
y
Figure TWI614987BD00417
0.065和0.016
Figure TWI614987BD00418
z
Figure TWI614987BD00419
0.020的值；以及1.14eV至1.22eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.016
Figure TWI614987BD00420
x
Figure TWI614987BD00421
0.024、0.077
Figure TWI614987BD00422
y
Figure TWI614987BD00423
0.085和0.010
Figure TWI614987BD00424
z
Figure TWI614987BD00425
0.016的值；以及1.118 eV至1.122eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.06
Figure TWI614987BD00426
x
Figure TWI614987BD00427
0.09、0.01
Figure TWI614987BD00428
y
Figure TWI614987BD00429
0.025和0.004
Figure TWI614987BD00430
z
Figure TWI614987BD00431
0.014的值；以及1.12eV至1.16eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.004
Figure TWI614987BD00432
x
Figure TWI614987BD00433
0.08、0.008
Figure TWI614987BD00434
y
Figure TWI614987BD00435
0.02和0.004
Figure TWI614987BD00436
z
Figure TWI614987BD00437
0.014的值；以及1.14eV至1.22eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.06
Figure TWI614987BD00438
x
Figure TWI614987BD00439
0.09、0.01
Figure TWI614987BD00440
y
Figure TWI614987BD00441
0.03和0.004
Figure TWI614987BD00442
z
Figure TWI614987BD00443
0.014的值；以及1.118eV至1.122eV的帶隙。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於小於0.6%的壓縮應變。
根據任一前述方面，Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.1%至0.6%的壓縮應變。
根據本發明的方面，光伏模組包含至少一個根據本發明的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。
根據本發明的方面，光伏系統包含至少一個根據本發明的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池。
根據本發明的方面，光伏模組包含至少一個根據本發明的多結光伏電池。
根據本發明的方面，光伏系統包含至少一個根據本發明的多結光伏電池。
應當注意，存在實施本文所公開的實施型態的可選方法。因此，本實施型態被認為是示例性的而非限制性的。此外，申請專利範圍並不限於本文所給的細節，而是享有它們的全部範圍及其等同物。

Claims (15)

  1. 一種Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其作為輻照能量的函數的內量子效率之特徵係：在1.38eV至1.27eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.30eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.10eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.18eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；在1.38eV至0.99eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；或者在1.38eV至0.92eV的輻照能量下至少60%的內量子效率，在1.38eV至1.03eV的輻照能量下至少70%的內量子效率，以及在1.38eV至1.15eV的輻照能量下至少80%的內量子效率；其中在25℃的結溫下測量所述內量子效率，其中所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.8eV至1.3eV的帶隙；以及0.03x0.19、0.008y0.055和0.001z0.02的x、y和z的值；以及其中所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池與(Si,Sn)Ge晶格匹配。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其中，所述 Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於使用1倍太陽光強(1 sun)AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於0.55V的Eg/q-Voc；並且其中所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的0.4V至0.7V的Eg/q-Voc。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其中，0.06x0.09、0.01y0.025和0.004z0.014，並且所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於，1.12eV至1.16eV的帶隙；等於或者大於9.5mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量所述Jsc和所述Voc；或者其中0.004x0.08、0.008y0.02和0.004z0.014，並且所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於，1.14eV至1.22eV的帶隙；等於或者大於6mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.50V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量所述Jsc和所述Voc；或者其中0.06x0.09、0.01y0.03和0.004z0.014，並且所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於，1.118eV至1.122eV的帶隙； 等於或者大於9mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於0.40V的開路電壓Voc，其中使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量所述Jsc和所述Voc。
  4. 一種多結光伏電池，其特徵係包含：特徵在於0.9eV至1.2eV的帶隙的Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，其中x、y和z具有0.010x0.18、0.015y0.083、0.004z0.018的值；在所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池上的(Al,In)GaAs子電池，其中所述(Al,In)GaAs子電池的特徵在於1.3eV至1.5eV的帶隙；以及在所述(Al,In)GaAs子電池上的(Al)InGaP子電池，其中所述(Al)InGaP子電池的特徵在於1.8eV至2.10eV的帶隙；其中，所述子電池中的每一個與其餘子電池中的每一個晶格匹配；以及所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於12mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於28%的效率。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之多結光伏電池，其中，所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的 2.5V至3.2V的開路電壓Voc；15mA/cm2至17.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至33%的效率；或者其中所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM1.5 D光譜在25℃的結溫下測量的2.55V至2.85V的開路電壓Voc；13.0mA/cm2至15mA/cm2的短路電流密度Jsc；75%至87%的填充因子；以及28%至35%的效率；或者其中所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於，0.9eV至1.05eV的帶隙；所述(Al)InGaP子電池為AlInGaP子電池，其中所述AlInGaP子電池的特徵在於1.85eV至2.05eV的帶隙；以及所述多結光伏電池的特徵在於等於或者大於15mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及等於或者大於80%的填充因子；或者其中所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.6V至3.2V的開路電壓Voc；15.5mA/cm2至16.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；81%至91%的填充因子；以及 28%至32%的效率。
  6. 如申請專利範圍第4項所記載之多結光伏電池，其中，所述Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池的特徵在於0.9eV至1.05eV的帶隙；所述(Al)InGaP子電池為AlInGaP子電池，其中所述AlInGaP子電池的特徵在於1.85eV至2.05eV的帶隙；所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.6V至3.2V的開路電壓Voc；15.5mA/cm2至16.9mA/cm2的短路電流密度Jsc；81%至91%的填充因子；以及28%至32%的效率。
  7. 一種多結光伏電池，其特徵係包含：包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池，其中x、y和z的值為0.010x0.18、0.015y0.083、0.004z0.018；以及在所述第三子電池下的包含(Si,Sn)Ge的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個與其餘子電池中的每一個晶格匹配；所述第三子電池的特徵在於0.90eV至1.22eV的帶隙；以及所述第三子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量和25℃的結 溫下大於70%的內量子效率。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之多結光伏電池，其中，所述第三子電池的特徵在於1.1eV至1.5eV的輻照能量下大於80%的內量子效率。
  9. 如申請專利範圍第7項所記載之多結光伏電池，其中，所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及大於25%的效率；或者其中所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.5V至3.5V的開路電壓Voc；13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
  10. 如申請專利範圍第7項所記載之多結光伏電池，其中，所述第一子電池的特徵在於1.9eV至2.2eV的帶隙；所述第二子電池的特徵在於1.40eV至1.57eV的帶隙；所述第三子電池的特徵在於0.98eV至1.2eV的帶隙；以及所述第四子電池的特徵在於0.67eV的帶隙。
  11. 一種多結光伏電池，其特徵係包含： 包含(Al)InGaP的第一子電池；在所述第一子電池下的包含(Al,In)GaAs的第二子電池；在所述第二子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第三子電池；以及在所述第三子電池下的包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的第四子電池；其中，所述子電池中的每一個與其餘子電池中的每一個晶格匹配；在所述第四子電池和所述第三子電池中的每一個子電池的特徵在於0.83eV至1.3eV的帶隙；在所述第四子電池和所述第三子電池中的每一個子電池的特徵在於0.95eV至1.55eV的輻照能量下大於70%的內量子效率；所述第三子電池的特徵在於1.1eV至約1.3eV的帶隙，以及0.026x0.030、0.014y0.018和0.005z0.009的x、y和z的值；以及所述第四子電池的特徵在於0.95eV至約0.99eV的帶隙，以及0.11x0.15、0.030y0.034和0.007z0.014的x、y和z的值。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之多結光伏電池，其中，所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強1.5 AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.8V的開路電壓Voc；等於或者大於18mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於80%的填充因子；以及等於或者大於29%的效率。
  13. 如申請專利範圍第11項所記載之多結光伏電池，其中，係包含：包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的所述第四子電池的特徵在於0.9eV至1eV的 帶隙；包含Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz的所述第三子電池的特徵在於1.1eV至1.3eV的帶隙；包含(Al,In)GaAs的所述第二子電池的特徵在於1.5eV至1.7eV的帶隙；以及包含AlInGaP的所述第一子電池的特徵在於1.9eV至2.1eV的帶隙；其中所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於3.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於27%的效率。
  14. 如申請專利範圍第11項所記載之多結光伏電池，其中，所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM1.5D或者AM0光譜在25℃的結溫下測量的等於或者大於2.5V的開路電壓Voc；等於或者大於8mA/cm2的短路電流密度Jsc；等於或者大於75%的填充因子；以及等於或者大於25%的效率；或者其中所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM0光譜在25℃的結溫下測量的2.5V至3.5V的開路電壓Voc； 13mA/cm2至17mA/cm2的短路電流密度Jsc；以及80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率；或者其中所述多結光伏電池的特徵在於，使用1倍太陽光強AM1.5D光譜在25℃的結溫下測量的3V至3.5V的開路電壓Voc；8mA/cm2至14mA/cm2的短路電流密度Jsc；80%至90%的填充因子；以及28%至36%的效率。
  15. 一種光伏模組，其係包含至少一個申請專利範圍第1項所記載之Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz子電池，或者至少一個申請專利範圍第4、7或11項中任一項所記載之多結光伏電池。
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