Nova Patents
JP2012504331A

Photovoltaic cell

Abstract

The present disclosure relates to multiple quantum well (MQW) structures for the true region of a monolithic photovoltaic junction that is substantially lattice matched to GaAs or Ge in a solar cell. The disclosed MQW structure incorporates a quantum well formed from quaternary InGaAsP between the barriers of InGaP. [Selection diagram] Fig. 4

JP2012504331A, drawing sheet 1
Sheet 1 of 3

Term

Projected expiry 28 September 2029.

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32 claims: 6 independent, 26 dependent

  1. 1
    光起電性接合を含む太陽電池であって、光起電性接合が、 第1および第2バルク半導体領域;および バルク領域間に配置された真性領域を含み、 真性領域が、四元InGaAsPから形成された複数の量子井戸を含み、ここでIn、Ga、AsおよびPの相対比が、InGaAsPがGaAsまたはゲルマニウムの格子定数の2%以内で格子整合する様な比であり、量子井戸が量子障壁によって分離されている太陽電池。
  2. 2
    量子井戸が、AsとPの相対比がAs y とP 1-y 、ただし0.25≦y≦0.45で規定されるInGaAsPから形成される、請求項1に記載の太陽電池。
  3. 3
    少なくとも一部の障壁が、Ga、InおよびPを含む半導体材料から形成される、請求項1または2に記載の太陽電池。
  4. 4
    少なくとも一部の障壁が三元GaInPから形成される、請求項3に記載の太陽電池。
  5. 5
    少なくとも1つのバルク半導体領域が、Ga、InおよびPを含むドープ半導体材料から形成される、請求項1~4のいずれかに記載の太陽電池。
  6. 6
    一部またはすべての量子井戸が、In、Ga、As、およびPの相対比が、これらの量子井戸が第1バルク半導体領域、第2バルク半導体領域、および下層の基板の少なくとも1つに格子整合する様な比であるInGaAsPから形成される、請求項1~5のいずれかに記載の太陽電池。
  7. 7
    量子井戸と量子障壁が、複数の量子井戸と障壁が、下層の基板の格子間隔および/または少なくとも1つのバルク半導体領域の格子間隔と一致する通常の格子間隔で平衡を保つ補正圧縮応力および引張応力を提供する様な組成と厚さを有する、請求項1~5のいずれかに記載の太陽電池。
  8. 8
    量子井戸の吸収バンド端が700と740nmの間の波長を有する、請求項1~7のいずれかに記載の太陽電池。
  9. 9
    真性領域が少なくとも20の前記量子井戸を含む、請求項1~8のいずれかに記載の太陽電池。
  10. 10
    一部またはすべてのInGaAsP量子井戸が15nm未満の厚さ、より好ましくは10nm未満の厚さである、請求項1~9のいずれかに記載の太陽電池。
  11. 11
    少なくとも一部の前記量子井戸が、四元InGaAsPにより障壁から分離されたGaAsのサブウェルを含む、請求項1~10のいずれかに記載の太陽電池。
  12. 12
    さらに下層の基板を含む、請求項1~11のいずれかに記載の太陽電池。
  13. 13
    下層の基板が、GaAs、ゲルマニウム、およびGaAsまたはゲルマニウムに実質的に格子整合した基板のうちの一つである、請求項12に記載の太陽電池。
  14. 14
    基板が、 111 または 110 結晶面に対して(100)から2度を超える角度、好ましくは7度を超える角度で切断されている、請求項13に記載の太陽電池。
  15. 15
    太陽電池が、第1接合と基板の間に配置された第2光起電性接合を含み、通常の光電流がすべての接合を通過する2つ以上の光起電性接合のタンデムセルを形成する、請求項12~14のいずれかに記載の太陽電池。
  16. 16
    第2接合が、第1接合の吸収端波長を超える、好ましくは少なくとも1000nmを超える、より好ましくは少なくとも1040nmを超える吸収端波長を有する、請求項15に記載の太陽電池。
  17. 17
    第2接合が、複数の量子井戸、好ましくは少なくとも30のこのような量子井戸を含む真性領域を含む、請求項16に記載の太陽電池。
  18. 18
    第2接合の少なくとも一部の量子井戸がInGaAsから形成される、請求項17に記載の太陽電池。
  19. 19
    第2接合の量子井戸が、少なくとも一部がGaAsPから形成された量子障壁間に配置されており、第2接合の量子井戸と量子障壁が、複数の量子井戸と障壁が、下層の基板の格子間隔と一致する通常の格子間隔で平衡を保つ補正圧縮応力および引張応力を提供する様な組成と厚さを有する、請求項18に記載の太陽電池。
  20. 20
    接合の光電流が所定の照射条件に適合するように第1および第2接合を構成する、請求項12から19のいずれかの太陽電池。
  21. 21
    太陽照射から発電する光起電力装置であって、 請求項12から20のいずれかに記載の太陽電池;および 集束された日光を太陽電池の表面に運ぶ様に配置された集光器を含む装置。
  22. 22
    集光器が少なくとも50倍に集束された日光を運ぶ、請求項21に記載の光起電力装置。
  23. 23
    エピタキシャル成長を用いる太陽電池光起電性接合を形成する方法であって、 第1バルク半導体層を形成し;第1ドープバルク層の上部に、障壁層によって分離された四元InGaAsPの量子井戸層を含む真性領域を形成し、量子井戸は、In、Ga、AsおよびPの相対比がGaAsの格子定数の2%以内で格子整合する様な比であるInGaAsPから形成され;第2バルク半導体層を真性領域の上部に形成する方法。
  24. 24
    量子井戸が、AsとPの相対比がAs y とP 1-y 、ただし0.25≦y≦0.45で既定されるInGaAsPから形成される、請求項23に記載の方法。
  25. 25
    1つまたは複数の障壁層が、Ga、InおよびPを含む半導体材料から形成される、請求項22または24に記載の方法。
  26. 26
    前記1つまたは複数の障壁層が三元GaInPから形成される、請求項25の方法。
  27. 27
    量子障壁層の形成から量子井戸層への移行が、ヒ素源の制御された導入と、対応するガリウム源の制御された低減により行われ、次の量子井戸層の形成への移行が、ヒ素源の停止と、対応するガリウム源の制御された増加により行われる、請求項25または26に記載の方法。
  28. 28
    1つまたは複数のバルク半導体層が、Ga、InおよびPを含む半導体材料から、または640と700nmの間のバンド端を有する関連材料から形成される、請求項23~27のいずれかに記載の方法。
  29. 29
    1つまたは複数のInGaAsPの量子井戸層を形成することが、InGaAsP材料によって障壁層から分離されたGaAsのサブウェル層を形成することを含む、請求項23~28のいずれかに記載の方法。
  30. 30
    太陽電池光起電性接合であって、 GaAsに格子整合した第1および第2ドープバルク半導体領域であって、その少なくとも1つのバルク領域が、Ga、InおよびPを含む半導体材料から形成されるバルク半導体領域;および 障壁層によって分離された複数の量子井戸層を含む、バルク領域間に配置された真性領域であって、その量子井戸層が四元GaInAsPから形成される真性領域を含む太陽電池光起電性接合。
  31. 31
    量子井戸層が、Ga、InおよびPを含む半導体材料から形成された障壁層によって分離された、請求項30に記載の光起電性接合。
  32. 32
    中に多重量子井戸を有する真性領域を含む、GaAsまたはGeに格子整合するGaInPに基づく光起電性接合中に、延長した吸収端を提供する方法であって、少なくとも一部の量子井戸を四元InGaAsP材料から形成することを含む方法。
Independent claims32