TWI627760B - 多接面太陽能電池以及形成其之方法 - Google Patents
多接面太陽能電池以及形成其之方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI627760B TWI627760B TW103120812A TW103120812A TWI627760B TW I627760 B TWI627760 B TW I627760B TW 103120812 A TW103120812 A TW 103120812A TW 103120812 A TW103120812 A TW 103120812A TW I627760 B TWI627760 B TW I627760B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- electrode
- solar cell
- layer
- tunneling diode
- secondary battery
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 53
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 168
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 259
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 39
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 24
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 22
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 210000004508 polar body Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 20
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0725—Multiple junction or tandem solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/043—Mechanically stacked PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
太陽能電池包括：至少二個次電池(23、25)的堆疊，而包括第一和第二疊置層(29、31)且高度摻雜了相反導電類型的穿隧二極體(27)安插於二相鄰次電池之間；第一電極(35)和第二電極(39)，其分別接觸定位在堆疊之末端的一面(28)和另一面(22)；以及對於至少一穿隧二極體(27)，第三電極(41)和第四電極(43)分別電接觸穿隧二極體的第一層(31)和第二層(29)。
Description
本發明關於多接面太陽能電池和製造此種太陽能電池的方法。本發明更特定而言係關於打算用於光伏應用的多接面太陽能電池。
於具有高太陽能轉換效率之光伏太陽能電池的領域，尋求的是使入射太陽光譜之光子的收集最佳化。
已經提出了已知為「多接面」(multi-junction)電池的太陽能電池。多接面太陽能電池包括幾個次電池的堆疊，其中每個次電池由形成PN接面之不同半導層的堆疊所構成。形成每個次電池的PN接面而使其各具有不同的能帶間隙能量。每個次電池因此吸收縮減部分的太陽光譜但具有高效率。相較於具有單一矽接面的太陽能電池而言，這導致此種太陽能電池的整體效率有所增加。
多接面太陽能電池通常是藉由在給定基板上磊晶成長構成不同次電池的不同層而形成。以此種方法形成的多接面太陽能電池稱為「單塊」(monolithic)電池。
於單塊多接面太陽能電池的操作，電位差施加在定位於不同次電池的堆疊之任一側的二電極之間。次電池係串聯連接而穿過定位在二相鄰次電池之間的穿隧二極體或穿隧接面。由於次電池是串聯連接，故吸
收最少之入射光譜能量(因此供應最少之電流)的次電池將其他電池限制在這電流值。單塊多接面太陽能電池所供應的最大功率等於藉由在多接面電池端子的電壓(等於在次電池端子的電壓總和)而由不同次電池所傳遞之電流的最小值，而不等於每個次電池所供應之最大功率輸出的總和。
單塊多接面太陽能電池的一項優點是它們是以實施簡單和好控制的方法所製造。這導致高產能和良好品質的多接面太陽能電池。
單塊多接面太陽能電池的一項缺點是關於不同的次電池係串聯連接的事實。這意謂此種太陽能電池的最佳操作能夠獲得太陽能電池所供應的最大功率輸出，但並不等於每個次電池有最佳的操作。附帶而言，如果某一次電池當操作時具有變化的效能，舉例而言由於真實太陽光譜並不依照用於設計太陽能電池的太陽光譜、由於外部元件(例如集中透鏡)、或者由於其特徵劣化的緣故，則這導致太陽能電池的整體效能有所降低。這導致此種太陽能電池的效率有所下降。
為了增加單塊多接面太陽能電池所傳遞的功率，一種解決方案在於製造電池而使得每個次電池對於給定的入射光譜都傳遞相同的電流。使用了次電池的「電流對齊」(current alignment)一詞。然而，這導致太陽能電池的製造方法更複雜。附帶而言，電流對齊僅對於選擇用於使太陽能電池最佳化的入射光譜是有效的。
此外，除了以單塊方式來形成，多接面太陽能電池可以改成藉由機械組裝不同次電池的方法而形成。此種多接面太陽能電池稱為「多端子」(multi-terminal)電池。每個次電池獨立於其他次電池而形成，舉例而言藉由在基板上磊晶成長來為之。電極(舉例而言為導電墊)則形成在每個次電池
的任一側。次電池然後彼此機械組裝。於多端子多接面太陽能電池的操作，電位差施加在每個次電池的二電極之間。每個次電池的電操作係獨立於其他次電池的電操作。
多端子多接面太陽能電池的一項優點是每個次電池的操作可以單獨的最佳化。多端子多接面太陽能電池所供應的最大功率等於每個次電池所供應之最大功率輸出的總和。附帶而言，某一次電池的效能劣化不導致其他次電池的效能劣化。這導致此種太陽能電池有高效率。
多端子多接面太陽能電池的另一項優點是每個次電池對於給定的入射光譜不需要電流對齊。
相對而言，機械組裝次電池的方法須要令人滿意的控制次電池的對齊，使得上階層的次電池不對下階層的次電池造成陰影效應。的確，如果形成不同次電池之電極的導電墊不是令人滿意的彼此對齊，則這導致底下次電池(亦即定位在次電池的某一面構成了機械組件正面之下面的次電池)所吸收的光子量有所減少。
多端子多接面太陽能電池的一項缺點是既有的製造方法很複雜。附帶而言，由於次電池單獨製造在不同的基板上，故這導致高製造成本。
以磊晶成長形成之二接面太陽能電池的一個範例則描述於美國專利公開案第2010/0089440號。根據該文件所述的具體態樣，太陽能電池包括三個端子。第一端子和第二端子分別連接到二個次電池，並且第三端子連接到定位在二個次電池之間的導電層。於此種太陽能電池，電位差可以施加在第一和第二端子之間、第一和第三端子之間、或第二和第三
端子之間。如果電位差施加在第一端子和第二端子之間，則太陽能電池操作成習用的單塊二接面太陽能電池，其中二個次電池是串聯連接。每個次電池獨立於另一次電池之令人滿意的操作也可以藉由在第一端子和第三端子之間或在第二端子和第三端子之間施加電位差來檢查。舉例而言，這允許檢查二個次電池所供應的電流是否相等。此種二接面太陽能電池的一項缺點是二個次電池無法變成彼此獨立的同時操作。
因此有了以下問題：以實施簡單的製造方法來產生當中不同次電池可以彼此獨立的同時連接之多接面太陽能電池。
也有了以下的問題：產生具有最佳效率的多接面太陽能電池。
本發明尤其尋求解決這些問題。
本發明關於太陽能電池，其包括：至少二個次電池的堆疊，其中包括第一和第二疊置層而摻雜了相反導電類型的穿隧二極體安插於二相鄰次電池之間。第一電極和第二電極分別接觸定位在堆疊之末端的一面和另一面。對於至少一穿隧二極體，第三電極和第四電極分別電接觸穿隧二極體的第一層和第二層。
根據本發明的一具體態樣，對於每個穿隧二極體，第三電極和第四電極分別電接觸穿隧二極體的第一層和第二層。第三和第四電極則使用作為額外電極，其能夠讓每個次電池獨立於其他次電池而極化。
根據本發明的一具體態樣，第一電極接觸堆疊之打算要暴露於光輻射的面並且部分覆蓋此面，並且第二電極接觸堆疊之對置於打算要
暴露於光輻射之該面的面並且完全覆蓋此面。
對於該至少一穿隧二極體，第三和第四電極可以定位成：在穿隧二極體的第一和第二層上，而在堆疊之打算要暴露於光輻射的面的那一側；或者在穿隧二極體的第一和第二層上，而在堆疊之對置於打算要暴露於光輻射之該面的面的那一側。
根據本發明的一具體態樣，至少一穿隧二極體也包括第一和第二導電阻障層，其定位於第一和第二層之堆疊的任一側而分別接觸第一層和第二層。關聯於此穿隧二極體的第三電極可以直接接觸第一阻障層及/或關聯於此穿隧二極體的第四電極可以直接接觸第二阻障層。
根據本發明的一具體態樣，至少二相鄰次電池是由穿隧二極體所分開，而該穿隧二極體的第一層和第二層不接觸任何電極，其中該等至少二相鄰次電池形成了打算要串聯連接的次電池組件。
上述類型之多接面太陽能電池的一項優點是每個次電池可以關聯於二電極，其能夠讓它獨立於其他次電池而極化。附帶而言，不同的次電池可以彼此獨立和同時的極化。
此種多接面太陽能電池的另一項優點是它可以操作成單塊二接面太陽能電池(於單塊模式)或操作成多端子二接面太陽能電池(於多端子模式)。
此種多接面太陽能電池的另一項優點是關於每個次電池的操作可以單獨最佳化的事實，因此太陽能電池的整體效率可以最大化。
此種多接面太陽能電池的另一項優點是它可以採實施簡單
之單塊類型的製造方法來製造。
本發明也關於形成太陽能電池的方法，其包括以下所構成的步驟：(a)形成至少二個次電池的堆疊，而包括第一和第二疊置層且摻雜了相反導電類型的穿隧二極體安插於二相鄰次電池之間；然後以任何次序，(b)形成第一電極和第二電極，其分別接觸堆疊之打算要暴露於光輻射的面和堆疊之對置於打算要暴露於光輻射之該面的面；以及(c)對於至少一穿隧二極體，形成第三電極和第四電極，其分別電接觸穿隧二極體的第一層和第二層。
根據本發明的一具體態樣，於步驟(c)，對於每個穿隧二極體，形成了第三電極和第四電極，其分別電接觸穿隧二極體的第一層和第二層。
於步驟(a)，至少二個次電池且安插有穿隧二極體的堆疊可以藉由磊晶成長來形成。
上述方法在步驟(a)和步驟(c)之間也可以包括以下步驟：對於至少一穿隧二極體，形成第一開口和第二開口，如此以分別暴露穿隧二極體之部分的第一層和部分的第二層。
根據本發明的一具體態樣，對於至少一穿隧二極體，形成第一和第二開口的步驟是在形成第一和第二電極的步驟(b)之前完成。
第一和第二開口可以藉由異向性蝕刻法而形成，舉例而言為電漿蝕刻；或者藉由均向性蝕刻法而形成，舉例而言為溼式化學蝕刻。
第一和第二開口可以從堆疊之打算要暴露於光輻射的面(稱為正面)來形成。
舉一變化例來說，它們可以從堆疊之對置於打算要暴露於光輻射面之該面的面(稱為背面)來形成。根據另一變化例，它們可以從正面和背面來形成。
上述類型之形成多接面太陽能電池的方法之一項優點是它的實施很簡單。的確，此種方法所使用的步驟通常是用於製造微電子構件的方法期間。
本發明也關於使用上述類型之太陽能電池的方法，其包括以下所構成的步驟：(a)測量每個次電池或串聯連接之次電池組件所傳遞的電流；(b)比較不同次電池或次電池組件所傳遞的電流；(c)如果不同次電池或次電池組件所傳遞的電流是相等的，則連接太陽能電池，使得它操作成單塊模式；(c')如果不同次電池或次電池組件所傳遞的電流不是都相等的，則連接太陽能電池，使得它操作成多端子模式。
根據本發明的一具體態樣，對於第一層和第二層分別接觸第三電極和第四電極的每個穿隧二極體，於步驟(c)，第三和第四電極沒有連接，並且穿隧二極體是導電的。
於步驟(c)，電位差可以施加在第一和第二電極之間，使得太陽能電池所傳遞的功率是最大值。
根據本發明的一具體態樣，對於第一層和第二層分別接觸第三電極和第四電極的每個穿隧二極體，於步驟(c')，電位差施加在第三和第四電極之間，使得流動經過穿隧二極體的電流是最小的。
根據本發明的一具體態樣，於步驟(c')，對於第一層和第二層分別接觸第三電極和第四電極的每個穿隧二極體，尋求的是決定要施加
在第三和第四電極之間的電位差來使流動經過穿隧二極體的電流是最小的。
根據本發明的一具體態樣，於步驟(c')，對於每個次電池或串聯連接的次電池組件，尋求的是決定次電池或次電池組件的最佳極化來使次電池或次電池組件所傳遞的功率是最大值。太陽能電池的每個電極然後可加以極化，使得每個次電池或次電池組件在該最佳極化下極化。
使用上述類型之太陽能電池的方法也可以包括步驟(d)，其由重複步驟(a)到步驟(c)或步驟(a)到步驟(c')所構成。藉此方式，如果次電池的電流對齊在當使用太陽能電池時劣化，舉例而言由於某一次電池的特徵劣化、由於太陽能電池外部的元件(例如集中透鏡)劣化、或由於真實的太陽光譜未依據用於設計太陽能電池的太陽光譜之緣故，則太陽能電池從單塊操作模式改變成多端子操作模式。這導致太陽能電池有最佳化的效率。
根據本發明的一具體態樣，以每次重複步驟(c')而言，對於第一層和第二層分別接觸第三電極和第四電極的每個穿隧二極體，也可能尋求再次決定要施加在第三和第四電極之間的電位差來使流動經過穿隧二極體的電流是最小的。
以每次重複步驟(c')而言，有可能尋求再次決定每個次電池或次電池組件的最佳極化。
步驟(d)可以採規律的時間間隔來重複。
上述類型之使用多接面太陽能電池的方法之一項優點是太陽能電池所傳遞的功率可以是最佳化的，即使當次電池不是都傳遞相同的電流亦然。這導致太陽能電池有最佳的效率。
此種使用多接面太陽能電池的方法之另一優點是如果次電池的電流對齊劣化了，舉例而言由於某一次電池的效能特徵劣化、由於太陽能電池外部的原因、或由於真實的太陽光譜未依據用於設計太陽能電池的太陽光譜之緣故，則這對其他的次電池不造成衝擊，因為次電池然後連接成多端子模式。
此種使用多接面太陽能電池的方法之另一優點是不須製造太陽能電池來使得所有次電池傳遞相同的電流。
本發明也關於使用上述類型之太陽能電池的方法，其包括以下所構成的步驟：(a)測量每個次電池所傳遞的電流；(b)比較不同次電池所傳遞的電流；(c)如果不同次電池所傳遞的電流是相等的，則連接太陽能電池，使得它操作成單塊模式；(c')如果不同次電池所傳遞的電流不是都相等的，則連接傳遞相同電流的相鄰次電池成單塊模式，並且連接其他次電池成多端子模式。
本發明也關於用於測試上述類型之太陽能電池的裝置，其包括：測量或決定每個次電池或串聯連接的次電池組件所傳遞之電流的機構，以及比較不同次電池或次電池組件所傳遞之電流的機構。機構也能夠讓太陽能電池連接，而如果不同次電池或次電池組件所傳遞的電流是相等的則使得它操作成單塊模式，並且如果不同次電池或次電池組件所傳遞的電流不是都相等的則使得它操作成多端子模式。
根據本發明的一具體態樣，這測試裝置也包括第一分析機構，其對於每個穿隧二極體打算要尋求要施加在第三和第四電極之間的電位差來使流動經過穿隧二極體的電流是最小的。
也可能可以包括計算機構，其打算要將每個次電池或次電池組件所傳遞的功率計算成為其極化的函數。
可以提供第二分析機構，其對於每個次電池或次電池組件要尋求次電池或次電池組件的最佳極化來使次電池或次電池組件所傳遞的功率是最大值。
測試裝置也可以包括計算或決定要施加到太陽能電池的每個電極之電位的機構，使得流動經過每個穿隧二極體的電流是最小值，並且使得每個次電池或次電池組件所傳遞的功率是最大值。
根據本發明的一具體態樣，測試裝置可以包括電腦、計算機或測量系統，其能夠做到上面提出的計算或測量電位差和/或電位和/或功率輸出。
22‧‧‧主面
23‧‧‧次電池
24‧‧‧主面
25‧‧‧次電池
26‧‧‧主面
27‧‧‧穿隧二極體
28‧‧‧主面
29、31‧‧‧疊置半導層
35、39、41、43‧‧‧電極或導電接觸
51‧‧‧操作穿隧二極體的通常方案
63、65、67‧‧‧次電池
69‧‧‧穿隧二極體
71、73‧‧‧疊置半導層
75‧‧‧穿隧二極體
77、79‧‧‧疊置半導層
85、86、88、89‧‧‧電極
101、103、105、107‧‧‧使用多接面太陽能電池的方法步驟
122‧‧‧面
123、125‧‧‧次電池
127‧‧‧穿隧二極體
128‧‧‧面
129‧‧‧疊置半導層
130‧‧‧上表面的部分
131‧‧‧疊置半導層
132‧‧‧上表面的部分
133、134‧‧‧開口
135、139、141、143‧‧‧導電接觸或電極
A、B、C、D‧‧‧電極
MES‧‧‧測量
ML‧‧‧單塊模式
MT‧‧‧多端子模式
在閱讀以下敘述和參考所附的示範圖形時，本發明的其他特徵和優點將顯示得更清楚，而給出該等圖形只是為了示範，並且絕不是限制性的。
圖1是截面圖，其示意呈現根據本發明之二接面太陽能電池的具體態樣。
圖2是穿隧二極體之通常的電流一電壓特徵曲線。
圖3A和3B是截面圖，其示意呈現根據本發明的二接面太陽能電池而分別連接以操作成單塊模式和操作成多端子模式。
圖4是截面圖，其示意呈現根據本發明之三接面太陽能電池的具體態樣。
圖5是截面圖，其示意呈現根據本發明之三接面太陽能電池的變化例。
圖6是截面圖，其示意呈現根據本發明之二接面太陽能電池的變化例。
圖7是圖解，其示範根據本發明之使用多接面太陽能電池的方法。
圖8A到8D是截面圖，其示意呈現根據本發明之製造二接面太陽能電池的方法之接續步驟。
多樣圖中的相同、相似或相等的部分具有相同的參考數字，以使之較容易從一圖過渡到另一圖。
呈現在圖中的多樣部分未必是以均一的比例來呈現，以便讓圖更可讀。
發明人提出使用稱為「單塊」整合的整合來生產多接面太陽能電池，並且提出使用定位在不同次電池之間而摻雜了相反導電類型之穿隧二極體的諸層，使得不同的次電池可以彼此獨立的連接。
圖1是截面圖，其示意呈現根據本發明之二接面太陽能電池的具體態樣。
太陽能電池包括二個次電池23和25的堆疊，其中穿隧二極體27安插於次電池23和25之間。每個次電池23、25是由形成PN接面之半導層的堆疊所構成。
次電池23包括二個主面22和24，並且次電池25包括二個
主面26和28。面22和面28定位在堆疊的末端。於此具體態樣而如同下述所有的具體態樣，太陽能電池的面28較佳而言是打算要暴露於入射光輻射的面，稱為正面；並且面22是對置於打算要暴露於光輻射的面，稱為背面。於此情形，形成次電池23、25而使得次電池25的能帶間隙能量高於次電池23的能帶間隙能量。未被次電池25吸收的入射輻射因此穿透到次電池23。
穿隧二極體27包括二疊置半導層29和31的至少一堆疊，其係極高度摻雜的，舉例而言，摻雜程度高於每立方公分1019個而具有相反的導電類型以形成穿隧接面。產生穿隧二極體27而使得它具有高光學穿透因數，以使由於穿隧二極體層吸收輻射所造成的電流漏失減到最小。如果每個次電池23、25包括被N型半導層所覆蓋之P型半導層的堆疊，則穿隧二極體27的層29和31分別是N型和P型。
舉例來說，穿隧二極體27的層29和31是由GaAs所做成，並且厚度在5和30奈米之間，舉例而言是在15奈米的等級。層29舉例而言是N型摻雜的，舉例來說，其摻雜程度在每立方公分1×1019和8×1019個之間，舉例而言在每立方公分3×1019個的等級。層31則是P型摻雜的，舉例來說，其摻雜程度在每立方公分1×1019和8×1019個之間，舉例而言在每立方公分5×1019個的等級。
電極(或導電接觸)35接觸著面28，並且電極(或導電接觸)39接觸著面22。接觸35和39打算要分別極化太陽能電池的面28和22。附帶而言，接觸35構成第一電極以極化次電池25，並且接觸39構成第一電極以極化次電池23。
接觸35可以由完全覆蓋面28的連續導電層形成。於此情
形，它較佳而言是由光學透明的導電材料所做成。根據替代方案，接觸35僅部分覆蓋面28。相較於接觸35是由完全覆蓋面28之連續導電層形成的情形，這導致次電池25的光輻射吸收有所改善。如果接觸35僅部分覆蓋面28，則它可以由非光學透明的導電材料所做成。接觸35可以由彼此定位成離開某距離的導電軌形成，如圖1所呈現，舉例而言為彼此平行的導線。接觸39有利的是由完全覆蓋面22的連續導電層形成。這導致對次電池23的接觸有所改善，因此有最佳化的收集電流。
發明人提出使用穿隧二極體27的層31和29作為導電層，以便分別極化次電池25和次電池23。
電極(或導電接觸)41接觸著穿隧二極體27的層31，並且電極(或導電接觸)43接觸著穿隧二極體27的層29。每個接觸41和43是電絕緣於構成太陽能電池之堆疊的其他層。接觸41和43舉例而言定位在面28的那一側上，或者換言之，接觸著對應層31、29的上面。就定義來說，層31的上面對應於接觸次電池25的面，並且層29的上面對應於接觸層31的面。每個層31和29也包括對置於對應之上面的下面，如上所定義。接觸41和43打算要分別極化穿隧二極體27的層31和29。
次電池25因此可以由電極35和41所極化，並且次電池23可以由電極39和43所極化。
接觸41和43舉例而言定位在太陽能電池的側向末端，如圖1所呈現。穿隧二極體27的層31較佳而言覆蓋次電池25的整個面26，以便能夠讓次電池25產生的所有載子由電極41所收集。穿隧二極體的層31和29是極高度摻雜的，而允許有側向傳導載子的機制。因此，每當載子的
收集可以是在層31中時，則載子將產生電流，其藉由側向傳導而將能夠由電極41所收集。
接觸35、39、41、43較佳而言是由金屬材料的合金所做成。接觸35可能可以由光學透明的導電材料所製造，舉例而言為氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)，及/或接觸39可以由摻雜的半導體材料所做成。
根據圖1所示範之太陽能電池的變化例，穿隧二極體27也可以包括導電阻障層，其定位於由層29和31所構成之穿隧接面的任一側。定位在次電池25和層31之間的阻障層稱為上阻障層，並且定位在次電池23和層29之間的阻障層稱為下阻障層。這些阻障層能夠避免摻雜元素從穿隧接面擴散到次電池23和25。電極41和43較佳而言是分別直接接觸穿隧接面的層31和29。由於阻障層是導電的，故電極41和43可能可以分別直接接觸上和下阻障層。無論如何，根據本發明人，如果每個電極41、43直接接觸對應的層31、29，而非直接接觸對應的阻障層，則電接觸有所改善。電極41、43當中一者可能可以直接接觸對應層31、29，並且另一電極可以直接接觸對應的阻障層。
圖1所示範之類型的太陽能電池之一項優點是每個次電池是關聯於專屬於它的二個電極，而能夠讓它獨立於其他次電池來被極化。附帶而言，二個次電池可以彼此獨立和同時的極化。
以下關於圖2和圖3A到圖3B來描述圖1所示範之類型的太陽能電池之操作。
圖2示範通常的電流一電壓特徵曲線I(V)，其呈現流動經過穿隧二極體的電流I為在其端子之電壓V的函數。特徵曲線I(V)包括在極化
Vp的電流尖峰值Ip和在極化Vv的最小電流Iv。點Ip(Vp)和Iv(Vv)明顯是由穿隧二極體之高度摻雜層N和P的材料、其摻雜程度、其厚度所決定。圖1所示範的太陽能電池較佳而言係製造成使得穿隧二極體27的電流Ip大於太陽能電池在名義操作條件下所傳遞和流動經過穿隧二極體的電流I。操作穿隧二極體的通常方案對應於特徵曲線I(V)的部分51，亦即對應於電流I低於Ip的點和電壓V低於Vp的點。
為了找出穿隧二極體的極化點Vv，電位差施加在穿隧二極體的電極41和43之間。變化這電位差，直到找出流動經過穿隧二極體的電流為最小的(等於Iv)時的極化Vv為止。
於以下情形，極化Vv舉例而言是在0.8伏特的等級：穿隧二極體27所包括的層29是由GaAs所做成、厚度在20奈米左右、N摻雜的程度在每立方公分3×1019個的等級，以及層31是由GaAs所做成、厚度在20奈米左右、P摻雜的程度在每立方公分5×1019個的等級。
圖3A是截面圖，其示意示範關於圖1所述類型的二接面太陽能電池，其中二個次電池23、25是串聯連接。於此情形，所使用的術語是操作成「單塊」模式。
於單塊操作模式，電位差施加在分別接觸面28和22的電極35(A)和39(D)之間。分別接觸穿隧二極體27之層31和29的電極41和43沒有連接。次電池23、25和穿隧二極體27是串聯連接。穿隧二極體27是被等於次電池23和25所傳遞之電流最小值的電流所穿越。穿隧二極體的操作點位在特徵曲線I(V)的部分51中。穿隧二極體則操作成所謂的「線性」(linear)和「開啟」(on)方案。它是導電的並且作用為極低值的電阻器。穿隧二
極體27能夠讓載子在次電池23和25之間通過。
圖3B是截面圖，其示意示範關於圖1所述類型的二接面太陽能電池，其中二個次電池23、25係彼此獨立的連接。
於此情形，使用的術語是操作成「多端子」模式。
於多端子操作模式，電位差VAB施加在電極35(A)和41(B)之間以極化次電池25，並且電位差VCD施加在電極43(C)和39(D)之間以極化次電池23。由於穿隧二極體之上面分別做出接觸B和C的層31和29是疊置的，而沒有任何中間的絕緣體，故穿隧二極體的層31和29之間的電流傳導必須減到最小。
為此，仔細選擇的電位差VBC係事先施加在電極41和43之間，亦即施加在穿隧二極體的端子。選擇極化VBC而使得它接近極化Vv來使流動經過穿隧二極體的電流I是最小的(等於Iv值)。穿隧二極體則操作成所謂的「關閉」(off)方案。穿隧二極體27不再是導電的，而幾乎是絕緣的。次電池23和25便彼此獨立的操作。
附帶而言，為了使太陽能電池所傳遞的功率最佳化，可以決定每個次電池的最佳極化點，亦即要施加在關聯於每個次電池的電極之間的電位差Vmax，使得每個次電池所傳遞的功率為最大值。
為了找出次電池25的最佳極化點，電位差VAB施加在電極35和41之間。變化電位差VAB，並且測量次電池所傳遞的電流成為這電位差的函數。從這些測量，將次電池所傳遞的功率計算成為電位差VAB的函數。使次電池25所傳遞之功率是最大值的電位差VAB對應於次電池25的最佳極化Vmax。為了找出次電池23的最佳極化點，電位差VCD施加在電極
43和39之間，並且遵循相似的程序。
圖1所示範之類型的太陽能電池之一項優點是它可以操作成單塊二接面太陽能電池(單塊模式，上面關於圖3A所述)或操作成多端子二接面太陽能電池(多端子模式，上面關於圖3B所述)。
此種太陽能電池的另一優點是關於每個次電池的操作可以單獨最佳化的事實，因此太陽能電池的整體效率可以最大化。
此種太陽能電池的另一優點是它可以由實施簡單之單塊類型的製造方法來製造。
圖4是截面圖，其示意呈現根據本發明的三接面太陽能電池。
太陽能電池包括三個次電池63、65、67的堆疊，其中穿隧二極體69、75分別安插於次電池63和65之間和次電池65和67之間。每個穿隧二極體69、75包括二疊置半導層(71和73，77和79)的堆疊，其係高度摻雜了相反導電類型。
電極35接觸著太陽能電池的面28，並且較佳而言不完全覆蓋此面。電極39接觸著太陽能電池的面22，並且較佳而言完全覆蓋此面。
電極85和86分別接觸穿隧二極體69的層73和71，並且電隔離於堆疊的其他層。類似而言，電極88和89分別接觸穿隧二極體75的層79和77，並且電隔離於堆疊的其他層。電極85和86打算要分別極化穿隧二極體69的層73和71，並且電極88和89打算要分別極化穿隧二極體75的層79和77。
次電池67打算要由電極35和88所極化。次電池65打算要
由電極89和85所極化。次電池63打算要由電極39和86所極化。
就像圖1所示範的二接面太陽能電池，圖4所示範的三接面太陽能電池可以操作成單塊模式或多端子模式。
於單塊模式，電位差施加在分別接觸面28和22的電極35和39之間。電極85、86、88、89沒有連接。穿隧二極體69和75是導電的，並且次電池63、65、67和穿隧二極體69、75串聯連接。
於多端子模式，約略等於穿隧二極體75之極化Vv的電位差施加在接觸88和89之間，並且約略等於穿隧二極體69之極化Vv的電位差施加在接觸85和86之間，使得流動經過穿隧二極體75和69的電流是最小的。次電池63、65、67藉由在它們所關連的電極之間施加電位差而彼此獨立的連接。三個次電池可以彼此獨立和同時的連接。舉例而言，也可能同時連接三個次電池當中的單一個，或同時連接三個次電池當中的二個。
圖5是截面圖，其示意呈現根據本發明之三接面太陽能電池的變化例。共通於圖4的元件是以相同的參考數字所指示。
相較於圖4所示範的太陽能電池，圖5所示範的太陽能電池不包括打算要極化穿隧二極體69之層71和73的接觸。穿隧二極體69是導電的，並且次電池63和65是串聯連接。當次電池63和65是要電流對齊時，可以選擇這具體態樣。
藉由穿隧二極體75之層79和77的極化接觸88和89，則次電池67可以串聯連接著次電池63和65的組件，或是獨立於次電池63和65的組件而連接。
為了串聯連接次電池67與次電池63和65的組件，電位差
施加在電極35和39之間，並且電極88和89沒有連接。穿隧二極體75則是導電的。太陽能電池操作成單塊模式。
為了獨立於次電池63和65的組件來連接次電池67，約略等於穿隧二極體75之極化Vv的電位差施加在電極88和89之間，使得流動經過穿隧二極體75的電流是最小的。次電池67是由在電極35和88之間施加的電位差所極化，並且次電池63和65的組件是由在電極89和39之間施加的電位差所極化。太陽能電池操作成在單塊模式和多端子模式之間的混合模式。有可能僅有次電池63和65的組件被極化，或者僅有次電池67被極化。
圖6是截面圖，其示意呈現根據本發明之二接面太陽能電池的變化例。共通於圖1的元件是以相同的參考數字所指示。
分別接觸穿隧二極體27之層31和29的電極41和43不是定位在打算要暴露於光輻射之面28的那一側上(如圖1所示範的太陽能電池)，而是在面22的那一側上。也可以包括未呈現的導電通孔而穿過次電池的堆疊以使電極35返回連接朝向太陽能電池的面22。
圖1、圖4到圖6所示範之類型的太陽能電池可以包括n個次電池的堆疊(n是大於或等於2的整數)，其中包括二疊置層29、31而高度摻雜了相反導電類型的穿隧二極體27安插於二相鄰次電池之間。於此種太陽能電池，二電極35、39分別接觸定位在堆疊之末端的面28、22。對於至少一穿隧二極體27，二個其他電極41和43分別接觸穿隧二極體的層31和29。電極41、43沒有直接接觸次電池。電極41和43打算要分別極化穿隧二極體27的層31和29。
根據一具體態樣，每個穿隧二極體是關聯於二個電極41、43，而能夠讓每個次電池獨立於其他的次電池來極化。
在堆疊上階(階層n)的次電池打算要由電極35和要由電極41(其接觸分開此次電池與階層n-1之次電池的穿隧二極體之上層31)來極化。在堆疊下階(階層1)的次電池打算要由電極39和要由電極43(其接觸分開此次電池與階層2之次電池的穿隧二極體之下層29)來極化。
包括在階層2和n-1之間的階層i的每個次電池打算要由電極43(其接觸分開階層i之次電池與階層i+1之次電池的穿隧二極體之下層29)和要由電極41(其接觸分開階層i之次電池與階層i-1之次電池的穿隧二極體之上層31)來極化。
藉此方式，每個次電池可以關聯於二個電極而能夠讓它獨立於其他次電池來極化，以操作成多端子模式。不同的次電池可以彼此獨立而同時的連接。藉由在接觸41、43之間施加約略等於穿隧二極體之極化Vv的電位差，則流動經過每個穿隧二極體的電流便減到最小，如此以允許每個次電池獨立於其他次電池來操作。
舉一變化例來說，太陽能電池可以包括不關聯於極化接觸41、43的穿隧二極體。這些穿隧二極體則是導電的。藉此方式，獲得了串聯連接的次電池組件。
圖7的圖解示範根據本發明之使用多接面太陽能電池的方法。於底下圖7的敘述，「次電池」(sub-cell)一詞也意謂串聯連接的次電池組件(舉例而言，像是圖5所示範之太陽能電池的次電池63和65之組件)。
測量每個次電池獨立於其他次電池所傳遞的電流(「MES」，
步驟101)。對於給定的入射輻射，次電池一個接一個的連接。對於不同的次電池，相同的電位差施加在它們所關聯的電極之間以進行電流測量。
比較所獲得之不同次電池所傳遞的電流值(「對齊？」，步驟103)。
如果不同次電池所傳遞的電流都是相等的，則說次電池是電流對齊。然後連接多接面太陽能電池，使得它操作成單塊模式(「ML」，步驟105)。
為此，對於關聯於分別接觸層31和29之電極41和43的每個穿隧二極體27，電極41和43沒有連接，並且穿隧二極體是導電的。電位差施加在分別接觸太陽能電池之面28和22的電極35和39之間。次電池和穿隧二極體係串聯連接。有利的選擇施加在電極35和39之間的電位差，如此以使多接面太陽能電池所傳遞的功率達到最大。
如果不同次電池所傳遞的電流不是都相等的，則次電池不是電流對齊。然後連接多接面太陽能電池，使得它操作成多端子模式(「MT」，步驟107)。為了這麼做，對於關聯於電極41和43的每個穿隧二極體27，約略等於穿隧二極體之極化Vv的電位差施加在電極41和43之間，使得流動經過穿隧二極體的電流是最小的。電位差施加在關聯於每個次電池的電極之間。
有可能在此決定每個穿隧二極體的極化點Vv和每個次電池的最佳極化點Vmax來使次電池所傳遞的功率是最大值，如上面關於圖2、圖3A、圖3B所解釋。
為了使太陽能電池所傳遞的功率達到最大，有利的極化太陽
能電池的每個電極，使得每個穿隧二極體的電極41、43之間的電位差約略等於極化Vv，並且使得關聯於每個次電池的電極之間的電位差約略等於最佳極化Vmax。
於圖5所示範之變化例的情形，太陽能電池包括不關聯於極化接觸41、43並且是導電的穿隧二極體。於多端子模式，每個串聯連接的次電池組件也有利的極化，使得它傳遞最大的功率輸出。
此種使用多接面太陽能電池的方法之一項優點是太陽能電池所傳遞的功率可以最佳化，即使當次電池不是都傳遞相同的電流時亦然。
此種使用多接面太陽能電池的方法之另一優點是如果某一次電池或外部元件(例如集中透鏡)具有劣化的效能，則對太陽能電池的效能沒有造成衝擊，因為次電池就會連接成多端子模式。
此種使用多接面太陽能電池的方法之另一優點是不須製造太陽能電池來使得所有次電池都傳遞相同的電流。這導致有更簡單的方法來製造此種太陽能電池。
使用多接面太陽能電池的方法(例如圖7所示範)之一具體態樣在於重複(舉例而言以規律的時間間隔來重複)檢查不同次電池之電流對齊的步驟101和103，接著是太陽能電池連接成單塊模式的步驟105或太陽能電池連接成多端子模式的步驟107。因此，如果一或更多個次電池的效能在太陽能電池的使用期間劣化，或者如果集中透鏡的性質在部分的太陽光譜上劣化，或者如果真實的太陽光譜沒有依據用於設計太陽能電池的太陽光譜，而導致次電池有電流未對齊，則太陽能電池從單塊操作模式改變為多端子操作模式。這導致太陽能電池有最佳化的效率。
以每次重複步驟107來說，可以再次決定每個穿隧二極體的極化點Vv和每個次電池的最佳極化點Vmax。
圖7所示範的類型之使用多接面太陽能電池的方法之一變化例在於所使用之太陽能電池的操作模式是在單塊模式和多端子模式之間混合。在比較不同次電池所傳遞之電流的步驟103之後，如果不同次電池所傳遞的電流不是都相等的，則堆疊之電流對齊的相鄰次電池便串聯連接(單塊模式)，並且傳遞的電流小於其他次電池傳遞之電流的次電池是獨立的連接而成多端子模式。
下面描述根據本發明之用於測試多接面太陽能電池的裝置，其能夠實施上面關於圖7所述之使用多接面太陽能電池的方法。在此再度如圖7所述，「次電池」一詞同樣代表串聯連接的次電池組件。
測試裝置包括電流測量機構，其能夠將每個次電池所傳遞的電流測量成為施加在它所關聯的電極之間的電位差之函數。這些電流測量機構可以連接到用於比較不同次電池所傳遞之電流的機構。
該等機構也能夠讓太陽能電池連接，而如果不同次電池所傳遞的電流是相等的則使得它操作成單塊模式，並且如果不同次電池所傳遞的電流不是都相等的則使得它操作成多端子模式。
上述電流測量機構也可以能夠將流動經過每個穿隧二極體27的電流測量成為施加在穿隧二極體的電極41、43之間的電位差之函數。
根據這些電流測量，分析機構允許對於每個穿隧二極體來決定要施加在電極41、43之間的電位差Vv，使得流動經過穿隧二極體的電流是最小的。
從次電池所傳遞的電流為其極化之函數的測量，計算機構能夠將每個次電池所傳遞的功率計算成為其極化的函數。
從每個次電池所傳遞的功率為其極化之函數的計算，該等機構(舉例而言為上述分析機構)也能夠決定每個次電池的最佳極化Vmax來使次電池所傳遞的功率是最大值。
可以提供機構來計算要施加到太陽能電池之每個電極的電位，使得每個穿隧二極體的電極41、43之間的電位差約略等於穿隧二極體的極化Vv，並且使得關聯於每個次電池的電極之間的電位差約略等於次電池的最佳極化Vmax。
測試裝置可以包括電腦、計算機或測量系統而允許計算或測量上面提出的電流和/或電位差和/或電位和/或功率輸出。
下面描述一種可以實施以產生圖1所示範之類型的多接面太陽能電池之方法。
圖8A到圖8D是截面圖，其示意呈現根據本發明之製造二接面太陽能電池的方法之接續步驟。為了簡化起見，該方法係描述在二接面太陽能電池的特定情形下。此種製造方法當然可以用於形成具有n個接面的太陽能電池(其中n是大於或等於2的整數)而穿隧二極體安插於二相鄰次電池之間。
圖8A呈現二個次電池123和125的堆疊，其中穿隧二極體127安插於次電池123和125之間。每個次電池123、125是由形成PN接面之不同半導層的堆疊所構成。穿隧二極體127所包括的穿隧接面是由二疊置半導層129和131所構成，其係極高度的摻雜了相反導電類型。堆疊的面
128舉例而言打算要暴露於光輻射，並且堆疊的面122則對置於此面。
次電池123、穿隧二極體127和次電池125的堆疊之不同層舉例而言已經以磊晶成長而接續形成。次電池123的下層舉例而言已經使用作為磊晶成長的基板。堆疊的諸層可能可以已經由轉移薄層到接收基板上的方法形成。
圖8B示範開口133形成於次電池125中，如此以暴露穿隧二極體127的層131之上表面的部分132。為了這麼做，事先保護次電池125之不想要被消除的部分。開口133然後以蝕刻方法來形成，舉例而言為異向性蝕刻法，舉例來說為電漿蝕刻。開口123舉例而言隨著它被形成而形成在太陽能電池的邊緣。
圖8C示範在次電池125和穿隧二極體127的層131中形成另一開口134，如此以暴露穿隧二極體127的層129之上表面的部分130。為了這麼做，事先保護次電池125和層131之不想要被消除的部分。開口134然後以蝕刻方法來形成，舉例而言為異向性蝕刻法。開口134舉例而言隨著它被形成而形成在太陽能電池的邊緣，其遠離開口133。
圖8D示範打算要極化太陽能電池之導電接觸的形成。
導電接觸(或電極)135形成在堆疊的面128上，較佳而言，如此以僅部分覆蓋面128。為了這麼做，導電層(舉例而言由導電材料或摻雜的半導體材料所做成)形成在面128上。然後在導電層中形成圖案，舉例而言藉由光微影術然後再蝕刻來為之，如此以界定出定位成彼此遠離的導電軌。接觸135舉例而言是呈彼此平行導線的形式。
導電接觸(或電極)139形成在堆疊的面122上，較佳而言，
如此以完全覆蓋面122。為了這麼做，連續的導電層(舉例而言由導電材料或摻雜的半導體材料所做成)形成在面122上，舉例而言是與接觸135的導電層同時。
接觸135和139打算要分別極化太陽能電池的面128和122。
導電接觸(或電極)141形成在穿隧二極體127之層131的暴露部分132上。接觸141形成遠離次電池125。導電接觸(或電極)143形成在穿隧二極體127之層129的暴露部分130上。接觸143形成遠離次電池125並且遠離穿隧二極體的層131。在形成接觸141和143之前，開口133和134的邊緣舉例而言覆蓋了絕緣材料，其打算要使接觸141絕緣於次電池125並且使接觸143絕緣於次電池125和層131。接觸141和143打算要分別極化穿隧二極體127的層131和129。
藉此方式，獲得圖1所示範之類型的二接面太陽能電池。
關於圖8A到圖8D所述類型之製造多接面太陽能電池的方法之一項優點是它的實施很簡單。的確，此種方法使用通常用於製造微電子構件的方法期間之步驟。
根據圖8A到圖8D所示範之方法的一變化例，分別示範於圖8B和圖8C的步驟次序可以反轉。
根據圖8A到圖8D所示範之方法的另一變化例，開口133和134從面122來形成，而非從面128。於此情形，形成開口133舉例而言則允許暴露穿隧二極體127的層131之部分的下表面，並且形成開口134則允許暴露穿隧二極體的層129之部分的下表面。穿隧二極體之接觸141和143的連接然後轉回朝向太陽能電池之對置於打算要暴露於光輻射之面的
面122。藉此方式，獲得了圖6所示範之類型的太陽能電池。導電通孔也可以形成穿過次電池的堆疊以使電極135返回連接朝向太陽能電池的面122。
根據圖8A到圖8D所示範之方法的另一變化例，接觸135、139、141、143可以形成為導電通孔的形式。
Claims (25)
- 一種太陽能電池，其包括：至少二個次電池(23、25)的堆疊，穿隧二極體(27)安插於相鄰的二個次電池之間，該穿隧二極體(27)包括摻雜相反導電類型且疊置的第一層(31)和第二層(29)，該堆疊具有兩個對置的面，頂面(28)和底面(22)，其係分別定位於該堆疊的末端處；第一電極(35)和第二電極(39)，其分別接觸該堆疊的該頂面(28)和該底面(22)；以及對於至少一穿隧二極體(27)，第三電極(41)和第四電極(43)分別電接觸該穿隧二極體的該第一層(31)和該第二層(29)。
- 如申請專利範圍第1項的太陽能電池，其中：該第一電極(35)所接觸的該堆疊之該頂面(28)係打算要暴露於光輻射；以及該第二電極(39)所接觸的該堆疊之該底面(22)係對置於打算要暴露於該光輻射之該頂面(28)。
- 如申請專利範圍第2項的太陽能電池，其中：對於該至少一穿隧二極體(27)，該第三電極(41)和該第四電極(43)分別接觸(可能直接接觸)該穿隧二極體的該第一層(31)和該第二層(29)，且在該堆疊之打算要暴露於該光輻射之該頂面(28)的那一側上；或者對於該至少一穿隧二極體(27)，該第三電極(41)和該第四電極(43)分別接觸(可能直接接觸)該穿隧二極體的該第一層(31)和該第二層(29)，且在該堆疊之對置於打算要暴露於該光輻射之該頂面(28)之該底面(22)的那一側上。
- 如申請專利範圍第1到3項中任一項的太陽能電池，其中對於每個穿隧二極體(27)，第三電極(41)和第四電極(43)分別電接觸該穿隧二極體的該第一層(31)和該第二層(29)。
- 如申請專利範圍第1到3項中任一項的太陽能電池，其中至少二相鄰次電池(63、65)是由穿隧二極體(69)所分開，而該穿隧二極體(69)的該第一層(73)和該第二層(71)不接觸任何電極，其中該等至少二相鄰次電池形成了打算要串聯連接的次電池組件。
- 如申請專利範圍第1到3項中任一項的太陽能電池，其中對於至少一穿隧二極體(27)，該穿隧二極體也包括第一導電阻障層和第二導電阻障層，其定位於該第一層(31)和該第二層(29)之堆疊的任一側而分別接觸該第一層(31)和該第二層(29)。
- 如申請專利範圍第6項的太陽能電池，其中該第三電極(41)直接接觸該第一導電阻障層及/或該第四電極(43)直接接觸該第二導電阻障層。
- 一種形成太陽能電池的方法，其包括以下步驟：(a)形成至少二個次電池(123、125)的堆疊，穿隧二極體(127)安插於相鄰的二個次電池之間，該穿隧二極體(127)包括摻雜相反導電類型且疊置的第一層(131)和第二層(129)，該堆疊具有兩個對置的面，頂面(128)和底面(122)，其係分別定位於該堆疊的末端處；後續，以任何次序：(b)形成第一電極(135)和第二電極(139)，其分別接觸該頂面(128)和該底面(122)；以及(c)對於至少一穿隧二極體(127)，形成第三電極(141)和第四電極(143)， 其分別電接觸該穿隧二極體的該第一層(131)和該第二層(129)。
- 如申請專利範圍第8項的方法，其中於步驟(c)，對於每個穿隧二極體(127)，形成了分別電接觸該穿隧二極體之該第一層(131)和該第二層(129)的第三電極(141)和第四電極(143)。
- 如申請專利範圍第8或9項的方法，其中於步驟(a)，安插有穿隧二極體(127)的該至少二個次電池(123、125)的該堆疊是藉由磊晶成長而形成。
- 如申請專利範圍第8或9項的方法，其在步驟(a)和步驟(c)之間亦包括以下步驟：對於至少一穿隧二極體(127)，形成第一開口(133)和第二開口(134)，如此以分別暴露該穿隧二極體之該第一層(131)的部分(132)和該第二層(129)的部分(130)。
- 如申請專利範圍第11項的方法，其中對於至少一穿隧二極體(127)，形成該第一開口(133)和該第二開口(134)的該步驟是在形成該第一電極(135)和該第二電極(139)的步驟(b)之前進行。
- 如申請專利範圍第11項的方法，其中該第一開口(133)和該第二開口(134)是以異向性蝕刻法形成。
- 如申請專利範圍第11項的方法，其中：該第一開口(133)和該第二開口(134)是從該堆疊之該頂面(128)來形成，該堆疊之該頂面(128)係打算要暴露於該光輻射；或者該第一開口(133)和該第二開口(134)是從該堆疊之該底面(122)來形成，該堆疊之該底面(122)係對置於打算要暴露於該光輻射之該頂面(128)。
- 一種使用如申請專利範圍第1到7項中任一項之太陽能電池的方法，其包括以下步驟： (a)測量(101)每個次電池(23、25)或串聯連接之次電池組件(63、65)所傳遞的電流；(b)比較(103)不同的次電池或次電池組件所傳遞的電流；(c)如果不同的次電池或次電池組件所傳遞的電流是相等的，則連接(105)該太陽能電池，使得它操作成單塊模式；(c')如果不同的次電池或次電池組件所傳遞的電流不是都相等的，則連接(107)該太陽能電池，使得它操作成多端子模式。
- 如申請專利範圍第15項之使用太陽能電池的方法，其中對於該第一層(31)和該第二層(29)分別接觸第三電極(41)和第四電極(43)的每個穿隧二極體(27)：於步驟(c)，該第三電極(41)和該第四電極(43)沒有連接，並且該穿隧二極體是導電的；於步驟(c')，電位差(Vv)施加在該第三電極(41)和該第四電極(43)之間，使得流動經過該穿隧二極體的電流是最小的。
- 如申請專利範圍第15項之使用太陽能電池的方法，其中於步驟(c)，電位差施加在該第一電極(35)和該第二電極(39)之間，使得該太陽能電池所傳遞的功率為最大值。
- 如申請專利範圍第16項之使用太陽能電池的方法，其中於步驟(c')，對於該第一層(31)和該第二層(29)分別接觸第三電極(41)和第四電極(43)的每個穿隧二極體(27)，尋求的是，決定要施加在該第三電極(41)和該第四電極(43)之間的該電位差(Vv)來使流動經過該穿隧二極體的該電流是最小的。
- 如申請專利範圍第15項之使用太陽能電池的方法，其中於步驟(c')， 對於每個次電池(23、25)或串聯連接的次電池組件(63、65)，尋求的是，決定該次電池或該次電池組件的最佳極化(Vmax)來使該次電池或該次電池組件所傳遞的功率是最大值。
- 如申請專利範圍第19項之使用太陽能電池的方法，其中於步驟(c')，極化該太陽能電池的每個電極(35、39、41、43)，使得每個次電池或次電池組件是在該最佳極化下極化。
- 如申請專利範圍第15項之使用太陽能電池的方法，其亦包括步驟(d)，其由重複步驟(a)到步驟(c)或步驟(a)到步驟(c')所構成。
- 如申請專利範圍第21項之使用太陽能電池的方法，其中步驟(d)以規律的時間間隔來重複。
- 一種使用如申請專利範圍第1到7項中任一項之太陽能電池的方法，其包括以下步驟：(a)測量(101)每個次電池(23、25)所傳遞的電流；(b)比較(103)不同的次電池所傳遞的電流；(c)如果不同的次電池所傳遞的電流是相等的，則連接(105)該太陽能電池，使得它操作成單塊模式；(c')如果不同的次電池所傳遞的電流不是都相等的：連接傳遞相同電流的相鄰次電池成單塊模式；連接其他的次電池成多端子模式。
- 一種測試如申請專利範圍第1到7項中任一項之太陽能電池的裝置，其包括：決定每個次電池(23、25)或串聯連接的次電池組件(63、65)所傳遞之電 流的機構；比較不同的次電池或次電池組件所傳遞之電流的機構；以及連接該太陽能電池的機構，如果不同的次電池或次電池組件所傳遞的電流是相等的則使得它操作成單塊模式，並且如果不同的次電池或次電池組件所傳遞的電流不是都相等的則使得它操作成多端子模式。
- 如申請專利範圍第24項之測試太陽能電池的裝置，其亦包括：第一分析機構，其對於該第一層(31)和該第二層(29)分別接觸第三電極(41)和第四電極(43)的每個穿隧二極體(27)打算尋求的是，要施加在該第三電極(41)和該第四電極(43)之間的電位差(Vv)，使得流動經過該穿隧二極體的該電流是最小的；計算機構，其打算要將每個次電池或次電池組件所傳遞的功率計算成為其極化的函數；第二分析機構，其對於每個次電池(23、25)或次電池組件(63、65)打算要尋求的是，該次電池或該次電池組件的最佳極化(Vmax)，使得該次電池或該次電池組件所傳遞的該功率為最大值；以及決定要施加到該太陽能電池的每個電極(35、39、41、43)之該電位的機構，使得流動經過每個穿隧二極體的該電流為最小值，以及使得每個次電池或次電池組件所傳遞的該功率為最大值。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ??1355735 | 2013-06-18 | ||
| FR1355735A FR3007201B1 (fr) | 2013-06-18 | 2013-06-18 | Cellule solaire multi-jonctions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201511303A TW201511303A (zh) | 2015-03-16 |
| TWI627760B true TWI627760B (zh) | 2018-06-21 |
Family
ID=49474541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103120812A TWI627760B (zh) | 2013-06-18 | 2014-06-17 | 多接面太陽能電池以及形成其之方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20160149068A1 (zh) |
| EP (1) | EP3011592B1 (zh) |
| CN (1) | CN105359279B (zh) |
| FR (1) | FR3007201B1 (zh) |
| TW (1) | TWI627760B (zh) |
| WO (1) | WO2014202511A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020004475A1 (ja) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 多接合光電変換素子及び多接合太陽電池 |
| CN109975689A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-05 | 华东师范大学 | 一种集成电路io特性智能测试仪 |
| JP6818208B1 (ja) * | 2020-08-01 | 2021-01-20 | 良昭 萩原 | 光電変換半導体装置 |
| CN112614915B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-03-08 | 江苏宜兴德融科技有限公司 | 太阳能电池测试方法和太阳能电池测试中间结构 |
| CN114141890B (zh) * | 2021-11-22 | 2022-11-11 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种三端结构具有光谱自适应的光电系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004363580A (ja) * | 2003-05-13 | 2004-12-24 | Kyocera Corp | 光電変換装置および光発電装置 |
| TW201117402A (en) * | 2009-08-27 | 2011-05-16 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Multi-junction photoelectric converter, integrated multi-junction photoelectric converter, and method for manufacturing same |
| CN102738292A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-17 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 多结叠层电池及其制备方法 |
| US20130025643A1 (en) * | 2007-02-13 | 2013-01-31 | Burning Solar Ltd. | Solar cell device comprising an amorphous diamond like carbon semiconductor and a conventional semiconductor |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62234379A (ja) * | 1986-04-04 | 1987-10-14 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 半導体装置 |
| US20060162768A1 (en) * | 2002-05-21 | 2006-07-27 | Wanlass Mark W | Low bandgap, monolithic, multi-bandgap, optoelectronic devices |
| CN1938866A (zh) * | 2004-03-31 | 2007-03-28 | 罗姆股份有限公司 | 叠层型薄膜太阳能电池及其制造方法 |
| US20100089440A1 (en) * | 2008-10-09 | 2010-04-15 | Emcore Corporation | Dual Junction InGaP/GaAs Solar Cell |
| CN101431117A (zh) * | 2008-11-24 | 2009-05-13 | 北京索拉安吉清洁能源科技有限公司 | 具有掺杂阻挡层的多结太阳电池 |
| US20120103419A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | The Regents Of The University Of California | Group-iii nitride solar cells grown on high quality group-iii nitride crystals mounted on foreign material |
-
2013
- 2013-06-18 FR FR1355735A patent/FR3007201B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-06-16 US US14/899,754 patent/US20160149068A1/en not_active Abandoned
- 2014-06-16 WO PCT/EP2014/062522 patent/WO2014202511A1/fr active Application Filing
- 2014-06-16 EP EP14729926.7A patent/EP3011592B1/fr active Active
- 2014-06-16 CN CN201480037825.9A patent/CN105359279B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2014-06-17 TW TW103120812A patent/TWI627760B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004363580A (ja) * | 2003-05-13 | 2004-12-24 | Kyocera Corp | 光電変換装置および光発電装置 |
| US20130025643A1 (en) * | 2007-02-13 | 2013-01-31 | Burning Solar Ltd. | Solar cell device comprising an amorphous diamond like carbon semiconductor and a conventional semiconductor |
| TW201117402A (en) * | 2009-08-27 | 2011-05-16 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Multi-junction photoelectric converter, integrated multi-junction photoelectric converter, and method for manufacturing same |
| CN102738292A (zh) * | 2012-06-20 | 2012-10-17 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 多结叠层电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201511303A (zh) | 2015-03-16 |
| EP3011592A1 (fr) | 2016-04-27 |
| EP3011592B1 (fr) | 2019-06-05 |
| FR3007201B1 (fr) | 2015-07-03 |
| CN105359279B (zh) | 2017-05-24 |
| WO2014202511A1 (fr) | 2014-12-24 |
| US20160149068A1 (en) | 2016-05-26 |
| FR3007201A1 (fr) | 2014-12-19 |
| CN105359279A (zh) | 2016-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI627760B (zh) | 多接面太陽能電池以及形成其之方法 | |
| KR101613843B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| US20130220396A1 (en) | Photovoltaic Device and Module with Improved Passivation and a Method of Manufacturing | |
| JPH025576A (ja) | 薄膜太陽電池装置 | |
| US20110265857A1 (en) | Monolithic integration of bypass diodes with a thin film solar module | |
| JP2010087504A (ja) | 太陽エネルギー変換デバイス | |
| KR101868566B1 (ko) | 태양 전지 | |
| TWI524544B (zh) | 太陽能電池及其太陽能電池模組 | |
| TW201424022A (zh) | 多接面多頭光伏器件 | |
| US20040261838A1 (en) | Solar cell with an electrically insulating layer under the busbar | |
| US7659474B2 (en) | Solar cell array with isotype-heterojunction diode | |
| JP5667280B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| US20100263713A1 (en) | Four Terminal Monolithic Multijunction Solar Cell | |
| JP5137563B2 (ja) | 横型構成電気光学デバイス | |
| Albert et al. | Three‐junction monolithic interconnected modules for concentrator photovoltaics | |
| RU2608302C1 (ru) | Конструкция монолитного кремниевого фотоэлектрического преобразователя и способ ее изготовления | |
| US11862738B2 (en) | Photovoltaic cell with passivated contacts and with non-reflective coating | |
| CN118472063B (zh) | 太阳能电池及其测试系统和光伏组件 | |
| US11005002B2 (en) | Manufacturing of a semiconductor photosensitive device | |
| US20240097601A1 (en) | Tandem Photovoltaic Cell Structure | |
| Peters et al. | Integrated series-interconnected thin-film Si solar cells with 6 V and 12 V output voltage | |
| CN102422433A (zh) | 电磁辐射转换器的光转换部分(不同的实施例)以及电磁辐射转换器 | |
| KR20110032407A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |