RU2755630C2 - Four-junction solar cell for space applications - Google Patents
Four-junction solar cell for space applications Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755630C2 RU2755630C2 RU2018107300A RU2018107300A RU2755630C2 RU 2755630 C2 RU2755630 C2 RU 2755630C2 RU 2018107300 A RU2018107300 A RU 2018107300A RU 2018107300 A RU2018107300 A RU 2018107300A RU 2755630 C2 RU2755630 C2 RU 2755630C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar
- layer
- sub
- cell
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 36
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 19
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 11
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 212
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 122
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 15
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 14
- 206010011906 Death Diseases 0.000 description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 9
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 9
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 9
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 8
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 3
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004692 intercellular junction Anatomy 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- IHGSAQHSAGRWNI-UHFFFAOYSA-N 1-(4-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethanone Chemical compound FC(F)(F)C(=O)C1=CC=C(Br)C=C1 IHGSAQHSAGRWNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001313 Cobalt-iron alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008694 Humulus lupulus Nutrition 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N aluminum indium Chemical compound [Al].[In] AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical class [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/127—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP
- H10F71/1272—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP comprising at least three elements, e.g. GaAlAs or InGaAsP
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
- H10F10/142—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers comprising multiple PN homojunctions, e.g. tandem cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/127—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP
- H10F71/1276—The active layers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs or InP comprising growth substrates not made of Group III-V materials
-
- 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
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
[01] Настоящее раскрытие относится, в общем, к солнечным элементам и изготовлению солнечных элементов и, в частности, к проектированию и определению состава и значений ширины запрещенной зоны каждого из этих четырех подэлементов в солнечном элементе с четырьмя переходами на основе полупроводниковых соединений элементов III-V групп для того, чтобы достичь повышенной производительности в "конце срока службы", которую можно точно определить для заданной космической программы полета и окружающей среды.[01] The present disclosure relates generally to solar cells and the manufacture of solar cells, and in particular to the design and determination of the composition and bandgap values of each of these four subcells in a solar cell with four junctions based on semiconductor compounds of III- Group V in order to achieve increased end-of-life performance that can be accurately determined for a given space mission and environment.
Уровень техникиState of the art
[02] Используемое в настоящем раскрытии выражение "ширина запрещенной зоны" солнечного подэлемента, внутри которого имеются слои с различной шириной запрещенной зоны, следует понимать как ширину запрещенной зоны слоя солнечного подэлемента, в которой генерируется большая часть носителей заряда (причем такой подслой обычно представляет собой базовый полупроводниковый слой p-типа базового/эмиттерного фотоэлектрического перехода такого подэлемента). В том случае, если такой слой имеет, в свою очередь, подслои с различными значениями ширины запрещенной зоны (например, в случае базового слоя, имеющего изменяющийся состав и, более конкретно, изменяющуюся ширину запрещенной зоны), подслой этого солнечного подэлемента с наименьшим значением ширины запрещенной зоны следует использовать в качестве определения "ширины запрещенной зоны" такого подэлемента. Помимо солнечного подэлемента, в более общем смысле в случае специально предусмотренной полупроводниковой области (такой как метаморфический слой), в которой эта полупроводниковая область имеет подслои или подобласти с различными значениями ширины запрещенной зоны (например, в случае полупроводниковой области, имеющей изменяющийся состав и, более конкретно, изменяющуюся ширину запрещенной зоны), подслой или подобласть этой полупроводниковой области с наименьшим значением ширины запрещенной зоны следует использовать в качестве определения "ширины запрещенной зоны" этой полупроводниковой области.[02] As used in this disclosure, the expression "bandgap" of a solar subcell, within which there are layers with different bandgap widths, should be understood as the bandgap of the solar subcell layer in which most of the charge carriers are generated (and such a sublayer is usually base p-type semiconductor layer of the base / emitter photoelectric junction of such a subcell). In the event that such a layer, in turn, has sublayers with different values of the band gap (for example, in the case of a base layer having a variable composition and, more specifically, a varying band gap), the sublayer of this solar subcell with the smallest value of the width The bandgap should be used as a definition of the "bandgap" of such a sub-element. In addition to the solar subcell, more generally in the case of a specially provided semiconductor region (such as a metamorphic layer), in which this semiconductor region has sublayers or subregions with different values of the band gap (for example, in the case of a semiconductor region having a variable composition and more specifically, the varying bandgap), sublayer or sub-region of this semiconductor region with the smallest value of the bandgap should be used as a definition of the "bandgap" of that semiconductor region.
[03] В течение последних лет массовое производство многопереходных солнечных элементов на основе полупроводниковых соединений элементов III-V групп для космических применений ускорило развитие этой технологии. По сравнению с кремниевыми солнечными элементами многопереходные солнечные элементы на основе полупроводниковых соединений элементов III-V групп обладают более высокой эффективностью преобразования энергии и, как правило, являются более радиационно-стойкими, хотя они имеют тенденцию к усложнению правильного задания технических требований и изготовления. Типичные коммерческие многопереходные солнечные элементы на основе полупроводниковых соединений элементов III-V групп имеют КПД использования энергии, который превышает 29,5% при освещении только одним солнцем и нулевой воздушной массе (AM0). Более высокий КПД преобразования солнечных элементов на основе полупроводниковых соединений элементов III-V групп по сравнению с кремниевыми солнечными элементами частично основан на способности достигать расщепление спектральных линий падающего излучения за счет использования множества последовательно соединенных фотоэлектрических областей с различными энергиями запрещенной зоны и аккумулирования электрической энергии при заданном напряжении и токе от каждой из областей.[03] In recent years, mass production of multi-junction solar cells based on semiconductor compounds of Group III-V elements for space applications has accelerated the development of this technology. Compared to silicon solar cells, multi-junction solar cells based on semiconductor compounds of III-V elements have higher energy conversion efficiency and are generally more radiation resistant, although they tend to complicate the correct specification and manufacture. Typical commercial multi-junction solar cells based on Group III-V semiconductor compounds have energy efficiency in excess of 29.5% when illuminated by only one sun and zero air mass (AM0). The higher conversion efficiency of solar cells based on semiconductor compounds of Group III-V elements compared to silicon solar cells is partially based on the ability to achieve splitting of spectral lines of incident radiation through the use of a plurality of series-connected photovoltaic regions with different bandgap energies and the accumulation of electrical energy at a given voltage and current from each of the areas.
[04] В спутниках и других космических применениях размер, масса и стоимость системы электропитания спутника напрямую связаны с эффективностью преобразования мощности и энергии используемых солнечных элементов. Другими словами, размер полезной нагрузки и доступность бортовых услуг пропорциональны количеству предоставляемой мощности. Таким образом, по мере усложнения полезной нагрузки увеличивается количество потребляемой электроэнергии, и при планировании космических полетов и применений на пять, десять, двадцать или более лет все более важными становятся параметры, связанные с отношением мощности к массе (Вт/кг), отношением мощности к площади (Вт/м2) и КПД в течение всего срока службы солнечного элемента. При этом возрастает интерес не только к количеству электроэнергии, потребляемой на грамм массы и площади, занимаемой солнечным элементом, не только при первоначальном развертывании, но и на протяжении всего срока службы спутниковой системы, или, с точки зрения технического задания на проектирование, к количеству остаточной мощности, предоставляемой в указанном "конце срока службы" (EOL), на которое влияет радиационное облучение солнечного элемента с течением времени в конкретной космической среде массива солнечных панелей, причем период EOL отличается для различных программ космического полета и применений.[04] In satellites and other space applications, the size, weight and cost of a satellite power system are directly related to the power and energy conversion efficiency of the solar cells used. In other words, the size of the payload and the availability of onboard services are proportional to the amount of power provided. Thus, as the payload becomes more complex, the amount of electricity consumed increases, and when planning space flights and applications for five, ten, twenty or more years, parameters related to the ratio of power to mass (W / kg), the ratio of power to area (W / m 2 ) and efficiency during the entire service life of the solar cell. At the same time, interest is growing not only in the amount of electricity consumed per gram of mass and area occupied by a solar cell, not only during the initial deployment, but also throughout the entire service life of the satellite system, or, in terms of the design specification, in the amount of residual power delivered at a specified "end of life" (EOL), which is affected by radiation exposure of a solar cell over time in a particular space environment of an array of solar panels, with the EOL period differing for different space flight programs and applications.
[05] Типичные солнечные элементы на основе полупроводниковых соединений элементов III-V групп изготавливаются на полупроводниковой пластине в виде вертикальных многопереходных структур или ряда расположенных друг над другом солнечных подэлементов, при этом каждый подэлемент выполнен с соответствующими полупроводниковыми слоями и включает в себя светочувствительный p-n переход. Каждый подэлемент предназначен для преобразования фотонов во всех различных диапазонах спектра или длин волн в электрический ток. Далее, солнечный свет падает на переднюю сторону солнечного элемента, и фотоны проходят через подэлементы, причем каждой подэлемент предназначен для фотонов в определенном диапазоне длин волн. После прохождения через подэлемент фотоны, которые не поглощаются и не преобразуются в электрическую энергию, попадают на следующие подэлементы, где предполагается, что такие фотоны будут захватываться и преобразовываться в электрическую энергию.[05] Typical solar cells based on semiconductor compounds of III-V elements are made on a semiconductor wafer in the form of vertical multi-junction structures or a series of superposed solar sub-cells, each sub-cell made with corresponding semiconductor layers and includes a photosensitive p-n junction. Each sub-element is designed to convert photons in all different spectral ranges or wavelengths into electrical current. Next, sunlight hits the front of the solar cell and photons pass through the subcells, with each subcell dedicated to photons in a specific wavelength range. After passing through a sub-element, photons that are not absorbed or converted into electrical energy fall on the next sub-elements, where it is assumed that such photons will be captured and converted into electrical energy.
[06] Подэлемент, ближайший к падающему солнечному свету, часто упоминается как "крайний верхний", или "верхний" подэлемент, или в некоторой терминологии как "первый подэлемент" и имеет самую большую ширину запрещенной зоны из всех подэлементов, при этом подэлементы, находящиеся ниже первого подэлемента, называются "вторым", "третьим" и т.д. подэлементами.[06] The sub-element closest to the incident sunlight is often referred to as the "extreme-top" or "top" sub-element, or in some terminology as the "first sub-element" and has the largest bandgap of all the sub-elements, with the sub-elements located below the first sub-item are called "second", "third", etc. sub-elements.
[07] Другая терминология для определения подэлементов основана на том, что ряд расположенных друг над другом солнечных подэлементов эпитаксиально выращивается последовательно один за другим на полупроводниковой подложке. В этом случае первый подэлемент, сформированный или выращенный на подложке, может упоминаться как "первый" подэлемент, и последующие подэлементы, выращенные последовательно друг за другом, могут упоминаться как "второй", "третий" и т.д. подэлементы, причем такие последние подэлементы в вертикальном расположении представляют собой "крайние верхние" или "верхние" подэлементы солнечного элемента и имеют самую большую ширину запрещенной зоны из всех подэлементов.[07] Another terminology for defining sub-cells is based on the fact that a series of stacked solar sub-cells are epitaxially grown in series one after the other on a semiconductor substrate. In this case, the first subunit formed or grown on the substrate may be referred to as the "first" subunit, and subsequent subunits grown sequentially one after the other may be referred to as the "second", "third", and so on. sub-cells, such last sub-cells in the vertical arrangement being the "extreme top" or "top" sub-cells of the solar cell and have the largest band gap of all the sub-cells.
[08] Солнечный элемент, предназначенный для использования в космическом летательном аппарате (таком как спутник, космическая станция или космический корабль для межпланетного полета), имеет ряд подэлементов с составами и значениями ширины запрещенной зоны, оптимизированными для достижения максимальной эффективности преобразования энергии для спектра солнечного излучения AM0 в космическом пространстве.[08] A solar cell intended for use in a spacecraft (such as a satellite, space station or interplanetary spacecraft) has a number of sub-elements with compositions and bandgap values optimized to maximize energy conversion efficiency for the solar spectrum AM0 in outer space.
[09] Радиационная стойкость солнечного элемента определяется тем, насколько хорошо элемент выполняет свои функции после облучения излучением частиц электронов или протонов, которые являются характеристикой космического пространства. Стандартная метрика представляет собой отношение производительности в конце срока службы (или КПД) к производительности в начале срока службы (EOL/BOL) солнечного элемента. Производительность EOL представляет собой параметр производительности элемента после облучения этого тестового солнечного элемента заданным флюенсом электронов или протонов (который может отличаться для различных программ космического полета или орбит). Производительность BOL является параметром производительности перед облучением излучением частиц.[09] The radiation resistance of a solar cell is determined by how well the cell performs its functions after being irradiated with radiation from particles of electrons or protons, which are characteristic of outer space. The standard metric is the ratio of end-of-life (or efficiency) performance to early-of-life (EOL / BOL) performance of a solar cell. EOL performance is a parameter of the cell performance after irradiating that test solar cell with a given electron or proton fluence (which may differ for different spaceflight programs or orbits). The performance of the BOL is the performance parameter before the exposure to particle radiation.
[10] Одним из важных механических или конструктивных соображений при выборе полупроводниковых слоев для солнечного элемента является целесообразность соседних слоев полупроводниковых материалов в солнечном элементе, то есть каждый слой кристаллического полупроводникового материала, который осаждается и выращивается для формирования солнечного подэлемента, имеет аналогичные или по существу аналогичные ограничения или параметры кристаллической решетки.[10] One important mechanical or design consideration in the selection of semiconductor layers for a solar cell is the suitability of adjacent semiconductor layers in the solar cell, that is, each layer of crystalline semiconductor material that is deposited and grown to form a solar subcell has similar or substantially similar limitations or parameters of the crystal lattice.
[11] Существуют компромиссы между включением определенных элементов в состав слоя, которые могут привести к повышению напряжения, связанного с таким подэлементом, и, следовательно, к потенциально более высокой выходной мощности, а также к отклонению от точного согласования по параметру кристаллической решетки соседних слоев вследствие включения таких элементов в слой, что может привести к более высокой вероятности дефектов и, следовательно, к снижению выхода годной продукции.[11] There are trade-offs between the inclusion of certain elements in the composition of the layer, which can lead to an increase in the voltage associated with such a sub-element, and therefore to potentially higher output power, as well as deviations from accurate lattice matching of adjacent layers due to the inclusion of such elements in the layer, which can lead to a higher probability of defects and, therefore, to a decrease in the yield of suitable products.
[12] В этой связи следует отметить, что отсутствует строгое определение того, что понимается под тем, что два соседних слоя "согласованы по параметру решетки" или "рассогласованы по параметру решетки". Для целей настоящего раскрытия термин "рассогласованные по параметру решетки" относится к двум прилегающим друг к другу материалам или слоям (толщиной более 100 нм), имеющим постоянные решетки в плоскости материалов в их полностью релаксированном состоянии, которые отличаются от друг друга по постоянной решетки менее чем на 0,02%. (Заявитель отмечает, что это определение является значительно более строгим по сравнению с тем, что предложено, например, в патенте США №8,962,993, который предполагает отличие по постоянной решетки менее чем на 0,6% при определении "рассогласованных по параметру решетки" слоев).[12] In this regard, it should be noted that there is no strict definition of what is meant by the fact that two adjacent layers are "lattice matched" or "lattice mismatched". For the purposes of this disclosure, the term "lattice mismatched" refers to two adjacent materials or layers (greater than 100 nm thick) having lattice constants in the plane of the materials in their fully relaxed state that differ from each other in lattice constant by less than by 0.02%. (Applicant notes that this definition is significantly more stringent than what is proposed, for example, in US patent No. 8,962,993, which assumes a difference in lattice constant of less than 0.6% when determining the "lattice mismatched" layers) ...
[13] Традиционное представление на протяжении многих лет заключалось в том, что в монолитном двухкаскадном солнечном элементе "… желаемый оптический коэффициент пропускания и проводимость тока между верхними и нижними элементами … можно достичь наилучшим образом путем согласования по параметру решетки верхнего материала элемента с нижним материалом элемента. Рассогласование постоянных решеток приводит к образованию дефектов или дислокаций в кристаллической решетке, где могут возникать центры рекомбинации, вызывая при этом потери фотогенерированных неосновных носителей и тем самым значительно ухудшая фотоэлектрическое качество устройства. Более конкретно, такие эффекты приведут к уменьшению напряжения (Voc) холостого хода, тока (Jsc) короткого замыкания и коэффициента заполнения (FF), который представляет соотношение или баланс между током и напряжением для получения эффективной мощности" (Jerry M. Olson, U.S. Patent No. 4,667,059, ʺCurrent and Lattice Matched Tandem Solar Cellʺ).[13] The traditional view over the years has been that in a monolithic two-stage solar cell "... the desired optical transmittance and current conductance between the top and bottom elements ... can be best achieved by lattice matching of the upper cell material with the lower cell material Lattice mismatch leads to the formation of defects or dislocations in the crystal lattice, where recombination centers can arise, causing the loss of photogenerated minority carriers and thereby significantly degrading the photoelectric quality of the device. , short circuit current (Jsc) and duty cycle (FF), which represents the ratio or balance between current and voltage to obtain effective power "(Jerry M. Olson, US Patent No. 4,667,059," Current and Lattice Matched Tandem Solar Cell ").
[14] Так как в отношении высокоэффективных многопереходных солнечных элементов с четырьмя или более подэлементами был достигнут прогресс, тем не менее, "принято считать, что по существу согласованные по параметру решетки конструкции являются желательными, поскольку они обладают доказанной надежностью и используют меньше полупроводникового материала, чем метаморфические солнечные элементы, для которых требуются относительно толстые буферные слои для учета различий в постоянных решетки различных материалов" (Rebecca Elizabeth Jones - Albertus et al., U.S. Patent No. 8,962,993).[14] As progress has been made with high-efficiency multi-junction solar cells with four or more subcells, however, “it is generally accepted that substantially lattice-matched designs are desirable because they have proven reliability and use less semiconductor material. than metamorphic solar cells, which require relatively thick buffer layers to account for differences in lattice constants of different materials "(Rebecca Elizabeth Jones - Albertus et al., US Patent No. 8,962,993).
[15] В настоящем раскрытии представлены конструктивные особенности многопереходных солнечных элементов, которые отступают от такого традиционного представления с целью повышения КПД многопереходного солнечного элемента при преобразовании солнечной энергии (или фотонов) в электрическую энергию и оптимизации такого КПД в "конце срока службы".[15] This disclosure presents design features of multijunction solar cells that deviate from this traditional concept in order to improve the efficiency of a multijunction solar cell when converting solar energy (or photons) to electrical energy and optimize such efficiency at the "end of life".
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Задачи раскрытияDisclosure tasks
[16] Задача настоящего раскрытия состоит в том, чтобы обеспечить повышенную эффективность фотопреобразования в многопереходном солнечном элементе для космических применений в течение эксплуатационного срока службы фотоэлектрической системы электропитания.[16] An object of the present disclosure is to provide improved photoconversion efficiency in a multi-junction solar cell for space applications during the operational life of a photovoltaic power supply system.
[17] Другая задача настоящего раскрытия состоит в том, чтобы выполнить многопереходный солнечный элемент, в котором состав подэлементов и их значения ширины запрещенной зоны выполнены с возможностью максимизации КПД солнечного элемента в рабочих условиях при заданной высокой температуре (в частности, в диапазоне 40-70 градусов по Цельсию) при развертывании в космосе при спектре солнечного излучения с учетом только одного солнца AM0 в заданное время (EOL) после первоначального развертывания, причем такой период времени может составлять по меньшей мере один год, пять, десять, пятнадцать или двадцать лет и не максимизироваться во время первоначального развертывания (BOL).[17] Another object of the present disclosure is to provide a multi-junction solar cell in which the composition of the sub-cells and their bandgap values are configured to maximize the efficiency of the solar cell under operating conditions at a given high temperature (particularly in the range 40-70 degrees Celsius) when deployed in space with a solar spectrum assuming only one sun AM0 at a given time (EOL) after initial deployment, which time period may be at least one, five, ten, fifteen, or twenty years and not maximized during initial deployment (BOL).
[18] Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить солнечный элемент с четырьмя переходами, в котором средняя ширина запрещенной зоны всех четырех элементов, то есть, сумма четырех значений ширины запрещенной зоны каждого подэлемента, деленная на четыре, больше 1,35 эВ.[18] Another object of the present invention is to provide a solar cell with four junctions in which the average band gap of all four elements, that is, the sum of the four bandgap values of each subcell divided by four, is greater than 1.35 eV ...
[19] Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить солнечный элемент с четырьмя переходами, в котором нижние два подэлемента рассогласованы по параметру решетки, и в котором ток, протекающий через нижний подэлемент, преднамеренно рассчитан таким образом, чтобы быть по существу больше тока, протекающего через верхние три подэлемента, при измерении в "начале срока службы" или во время первоначального развертывания.[19] Another object of the present invention is to provide a solar cell with four junctions, in which the lower two sub-cells are lattice mismatched, and in which the current flowing through the lower sub-cell is deliberately calculated to be substantially greater than the current flowing through the top three sub-elements when measured at "start of life" or during initial deployment.
[20] Некоторые реализации настоящего раскрытия могут включать или реализовать меньшее количество аспектов и признаков, указанных в вышеперечисленных задачах.[20] Some implementations of the present disclosure may include or implement fewer aspects and features identified in the above objectives.
Признаки изобретенияSigns of invention
[21] Все диапазоны числовых параметров, изложенных в настоящем раскрытии, следует понимать как охватывающие любые и все поддиапазоны или "промежуточные обобщения", включенные в них. Например, установленный диапазон "1,0-2,0 эВ" для значения ширины запрещенной зоны должен рассматриваться как включающий в себя любые и все поддиапазоны, начиная с минимального значения 1,0 эВ или более и заканчивая максимальным значением 2,0 эВ или менее, например, 1,0-1,2, или 1,3-1,4 или 1,5-1,9 эВ.[21] All ranges of numerical parameters set forth in this disclosure are to be understood as encompassing any and all sub-ranges or "intermediate generalizations" included therein. For example, the specified range of "1.0-2.0 eV" for the bandgap value should be considered to include any and all sub-bands from a minimum value of 1.0 eV or more to a maximum value of 2.0 eV or less. , for example, 1.0-1.2, or 1.3-1.4 or 1.5-1.9 eV.
[22] Вкратце и в общих чертах, настоящее раскрытие обеспечивает многопереходный солнечный элемент, содержащий: подложку для выращивания; первый солнечный подэлемент (D), сформированный поверх или в подложке для выращивания; изменяющийся промежуточный слой, осажденный поверх первого солнечного подэлемента; и ряд слоев полупроводникового материала, осажденных поверх изменяющегося промежуточного слоя, содержащего множество солнечных подэлементов, включая второй солнечный подэлемент (C), расположенный поверх и рассогласованный по параметру решетки по отношению к подложке для выращивания и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне 0,9-1,8 эВ, и по меньшей мере верхний солнечный подэлемент (A), расположенный поверх второго подэлемента и имеющий содержание алюминия более 30% мольной доли и ширину запрещенной зоны в диапазоне 2,0-2,20 эВ; где изменяющийся промежуточный слой изменяется по своему составу для согласования по параметру решетки подложки для выращивания с одной стороны и второго солнечного подэлемента с другой стороны и состоит из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что его параметр решетки в плоскости по всей его толщине должен быть больше или равен параметру решетки в плоскости подложки для выращивания; где сочетание составов и значений ширины запрещенной зоны солнечных подэлементов предназначено для максимизации КПД солнечного элемента в заданное время после первоначального развертывания, когда солнечный элемент развертывается в космосе при AM0, при переносе электронов энергией 1 МэВ, эквивалентном флюенсу по меньшей мере 5×1014 э/см2, и при рабочей температуре в диапазоне 40-70 градусов по Цельсию, при этом заданное время составляет по меньшей мере пять лет и упоминается как конец срока службы (EOL).[22] Briefly and generally, the present disclosure provides a multi-junction solar cell comprising: a growth substrate; a first solar sub-cell (D) formed on top of or in the growth substrate; a variable intermediate layer deposited over the first solar subcell; and a plurality of layers of semiconductor material deposited on top of a variable intermediate layer containing a plurality of solar subcells, including a second solar subcell (C) located on top and lattice mismatched with the growth substrate and having a band gap in the range 0.9-1 , 8 eV, and at least an upper solar sub-element (A) located on top of the second sub-element and having an aluminum content of more than 30% mole fraction and a band gap in the range of 2.0-2.20 eV; where the changing intermediate layer changes in its composition to match the lattice parameter of the substrate for growing on one side and the second solar subcell on the other side and consists of any of the semiconductor compounds of III-V groups based on As, P, N, Sb, taking into account the limitations associated with the fact that its lattice parameter in the plane throughout its entire thickness must be greater than or equal to the lattice parameter in the plane of the substrate for growing; where the combination of compositions and bandgap values of solar subcells is intended to maximize the efficiency of the solar cell at a given time after initial deployment, when the solar cell is deployed in space at AM0, with a 1 MeV electron transfer equivalent to a fluence of at least 5 × 10 14 e / cm 2 , and at an operating temperature in the range of 40-70 degrees Celsius, while the target time is at least five years and is referred to as end of life (EOL).
[23] Следует отметить, что при такой последовательности размещения солнечных подэлементов перечисление предусматривает по меньшей мере три подэлемента, предполагая, что многопереходный солнечный элемент может представлять собой многопереходный солнечный элемент с тремя переходами, четырьмя переходами, пятью переходами или более переходами.[23] It should be noted that in this sequence of solar sub-cell placement, the listing provides at least three sub-cells, assuming that the multi-junction solar cell may be a multi-junction solar cell with three junctions, four junctions, five junctions, or more junctions.
[24] В другом аспекте (и используя альтернативную терминологию для определения и установления очередности "первого", "второго", "третьего" и "четвертого" подэлементов A, B, C и D, соответственно, чем те, которые используются в предыдущих абзацах), настоящее раскрытие обеспечивает солнечный элемент с четырьмя переходами, содержащий верхний первый солнечный подэлемент (A), состоящий из полупроводникового материала, имеющего первую ширину запрещенной зоны; второй солнечный подэлемент (B), прилегающий к упомянутому первому солнечному подэлементу и состоящий из полупроводникового материала, имеющего вторую ширину запрещенной зоны, которая меньше первой ширины запрещенной зоны и согласована по параметру решетки с верхним первым солнечным подэлементом; третий солнечный подэлемент (C), прилегающий к упомянутому второму солнечному подэлементу и состоящий из полупроводникового материала, имеющего третью ширину запрещенной зоны, которая меньше второй ширины запрещенной зоны и согласованного по параметру решетки со вторым солнечным подэлементом; и четвертый или нижний солнечный подэлемент (D), прилегающий к упомянутому третьему солнечному подэлементу и состоящий из полупроводникового материала, имеющего четвертую ширину запрещенной зоны, которая меньше третьей ширины запрещенной зоны; где средняя ширина запрещенной зоны всех четырех подэлементов (то есть сумма четырех значений ширины запрещенной зоны каждого подэлемента, деленная на четыре) больше 1,35 эВ.[24] In another aspect (and using alternative terminology to define and prioritize the "first", "second", "third" and "fourth" subelements A, B, C and D, respectively, than those used in the previous paragraphs ), the present disclosure provides a four-junction solar cell comprising an upper first solar sub-cell (A) composed of a semiconductor material having a first band gap; a second solar sub-cell (B) adjacent to said first solar sub-cell and consisting of a semiconductor material having a second bandgap that is less than the first bandgap and lattice-matched with the upper first solar sub-cell; a third solar sub-cell (C) adjacent to said second solar sub-cell and consisting of a semiconductor material having a third bandgap that is less than the second bandgap and lattice-matched with the second solar sub-cell; and a fourth or lower solar sub-cell (D) adjacent to said third solar sub-cell and consisting of a semiconductor material having a fourth band gap that is less than a third band gap; where the average band gap of all four subelements (that is, the sum of the four bandgap values of each subelement divided by four) is greater than 1.35 eV.
[25] В другом аспекте настоящее раскрытие обеспечивает солнечный элемент с четырьмя переходами, пригодный для использования в космических условиях и предназначенный для работы при AM0 и при переносе электронов энергией 1 МэВ, эквивалентном флюенсу по меньшей мере 1×1014 э/см2, причем солнечный элемент содержит подэлементы, в которых сочетание составов и значение ширины запрещенной зоны подэлементов предназначено для максимизации КПД солнечного элемента в заданное время после первоначального развертывания, когда солнечный элемент развернут в космосе, при рабочей температуре в диапазоне 40-70 градусов по Цельсию, при этом заданный период времени составляет по меньшей мере пять лет и упоминается как "конец срока службы" (EOL). Более конкретно, солнечный элемент содержит: верхний первый солнечный подэлемент (A), состоящий из фосфида алюминия-индия-галлия и имеющий первую ширину запрещенной зоны в диапазоне 2,0-2,2 эВ; второй солнечный подэлемент (B), прилегающий к упомянутому первому солнечному подэлементу и включающий в себя эмиттерный слой, состоящий из фосфида индия-галлия или арсенида алюминия-индия-галлия, и базовый слой, состоящий из арсенида алюминия-индия-галлия, имеющий вторую ширину запрещенной зоны в диапазоне приблизительно 1,55-1,8 эВ и согласованный по параметру решетки с верхним первым солнечным подэлементом, причем эмиттерный и базовый слои второго солнечного подэлемента образуют фотоэлектрический переход; третий солнечный подэлемент (C), прилегающий к упомянутому второму солнечному подэлементу, состоящий из арсенида индия-галлия, имеющий третью ширину запрещенной зоны меньше, чем у второго солнечного подэлемента, и согласованный по параметру решетки со вторым солнечным подэлементом; и четвертый или нижний солнечный подэлемент (D), прилегающий к упомянутому третьему солнечному подэлементу, состоящий из германия и имеющий четвертую ширину запрещенной зоны приблизительно 0,67 эВ; где средняя ширина запрещенной зоны солнечного элемента (то есть среднее число или числовая сумма значений ширины запрещенной зоны каждого из этих четырех подэлементов, деленная на четыре) равна или больше 1,35 эВ.[25] In another aspect, the present disclosure provides a four-junction solar cell suitable for use in space conditions and designed to operate at AM0 and 1 MeV electron transfer, equivalent to a fluence of at least 1 × 10 14 e / cm 2 , and the solar cell contains subcells in which the combination of compositions and the bandgap value of the subcells is intended to maximize the efficiency of the solar cell at a given time after initial deployment, when the solar cell is deployed in space, at an operating temperature in the range of 40-70 degrees Celsius, with a given the time period is at least five years and is referred to as "end of life" (EOL). More specifically, the solar cell comprises: an upper first solar sub-cell (A) composed of aluminum-indium-gallium phosphide and having a first band gap in the range of 2.0-2.2 eV; a second solar sub-cell (B) adjacent to said first solar sub-cell and comprising an emitter layer composed of indium-gallium phosphide or aluminum-indium-gallium arsenide and a base layer composed of aluminum-indium-gallium arsenide having a second width a bandgap in the range of approximately 1.55-1.8 eV and matched in lattice parameter with the upper first solar subcell, and the emitter and base layers of the second solar subcell form a photovoltaic junction; a third solar sub-cell (C) adjacent to said second solar sub-cell, composed of indium-gallium arsenide, having a third bandgap smaller than that of the second solar sub-cell, and lattice-matched with the second solar sub-cell; and a fourth or lower solar sub-element (D) adjacent to said third solar sub-element, consisting of germanium and having a fourth band gap of about 0.67 eV; where the average band gap of the solar cell (that is, the average number or numerical sum of the band gap values of each of the four subcells divided by four) is equal to or greater than 1.35 eV.
[26] В некоторых вариантах осуществления четвертым подэлементом является германий.[26] In some embodiments, the fourth sub-element is germanium.
[27] В некоторых вариантах осуществления второй подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,73 эВ, и верхний первый солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 2,10 эВ.[27] In some embodiments, the second sub-element has a band gap of about 1.73 eV, and the upper first solar sub-element has a band gap of about 2.10 eV.
[28] В некоторых вариантах осуществления верхний первый солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 2,05-2,10 эВ, второй солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,55-1,73 эВ; и третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,15-1,41 эВ.[28] In some embodiments, the upper first solar subcell has a band gap of about 2.05-2.10 eV, the second solar subcell has a band gap in the range of 1.55-1.73 eV; and the third solar sub-element has a bandgap in the range of 1.15-1.41 eV.
[29] В некоторых вариантах осуществления верхний первый солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 2,10, второй солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,73 эВ; и третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,41 эВ.[29] In some embodiments, the upper first solar subcell has a band gap of about 2.10, the second solar subcell has a band gap of about 1.73 eV; and the third solar subcell has a bandgap in the 1.41 eV range.
[30] В некоторых вариантах осуществления верхний первый солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 2,10, второй солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,65 эВ; и третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны 1,3 эВ.[30] In some embodiments, the upper first solar subcell has a band gap of about 2.10, the second solar subcell has a band gap of about 1.65 eV; and the third solar subcell has a band gap of 1.3 eV.
[31] В некоторых вариантах осуществления верхний первый солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 2,05, второй солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,55 эВ; и третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны 1,2 эВ.[31] In some embodiments, the upper first solar subcell has a band gap of about 2.05, the second solar subcell has a band gap of about 1.55 eV; and the third solar subcell has a band gap of 1.2 eV.
[32] В некоторых вариантах осуществления первый солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны 2,05 эВ.[32] In some embodiments, the first solar subcell has a bandgap of 2.05 eV.
[33] В некоторых вариантах осуществления ширина запрещенной зоны третьего солнечного подэлемента меньше 1,41 эВ и больше у четвертого подэлемента.[33] In some embodiments, the implementation of the bandgap of the third solar subcell is less than 1.41 eV and greater for the fourth subcell.
[34] В некоторых вариантах осуществления третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,15-1,35 эВ.[34] In some embodiments, the third solar subcell has a bandgap in the range of 1.15 to 1.35 eV.
[35] В некоторых вариантах осуществления третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,1-1,2 эВ.[35] In some embodiments, the third solar subcell has a bandgap in the range of 1.1-1.2 eV.
[36] В некоторых вариантах осуществления третий солнечный подэлемент имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,2 эВ.[36] In some embodiments, the third solar subcell has a band gap of approximately 1.2 eV.
[37] В некоторых вариантах осуществления верхний первый солнечный подэлемент состоит из фосфида алюминия-индия-галлия; второй солнечный подэлемент включает в себя эмиттерный слой, состоящий из фосфида индия-галлия или арсенида алюминия-индия-галлия, и базовый слой, состоящий из арсенида алюминия-индия-галлия; третий солнечный подэлемент состоит из арсенида индия-галлия; и четвертый подэлемент состоит из германия.[37] In some embodiments, the upper first solar sub-cell consists of aluminum-indium-gallium phosphide; the second solar sub-cell includes an emitter layer composed of indium-gallium phosphide or aluminum-indium-gallium arsenide and a base layer composed of aluminum-indium-gallium arsenide; the third solar sub-element consists of indium-gallium arsenide; and the fourth sub-element is germanium.
[38] В некоторых вариантах осуществления дополнительно предусмотрен слой распределенного брэгговского отражателя (DBR), расположенного рядом и между третьим и четвертым или нижним солнечным подэлементом и расположенного таким образом, чтобы свет мог проникать и проходить через третий солнечный подэлемент, и по меньшей мере часть света могла бы отражаться назад в третий солнечный подэлемент от слоя DBR.[38] In some embodiments, a distributed Bragg reflector (DBR) layer is further provided adjacent and between the third and fourth or lower solar subcell and positioned so that light can penetrate and pass through the third solar subcell and at least a portion of the light could be reflected back into the third solar sub-element from the DBR layer.
[39] В некоторых вариантах осуществления слой DBR состоит из множества чередующихся слоев из согласованных по параметру решетки материалов со скачкообразным изменением их соответствующих показателей преломления.[39] In some embodiments, the DBR layer is composed of a plurality of alternating layers of lattice matched materials with an abrupt change in their respective refractive indices.
[40] В некоторых вариантах осуществления разность показателей преломления между чередующимися слоями слоя DBR максимизируется для того, чтобы минимизировать число периодов, требуемых для достижения заданного коэффициента отражения, и толщина и показатель преломления каждого периода определяют полосу заграждения и ее предельную длину волны.[40] In some embodiments, the refractive index difference between the alternating layers of the DBR layer is maximized to minimize the number of periods required to achieve a given reflectance, and the thickness and refractive index of each period determine the stop band and its ultimate wavelength.
[41] В некоторых вариантах осуществления слой DBR включает в себя первый слой DBR, состоящий из множества подслоев InzAlxGa1-x-zAs p-типа, и второй слой DBR, расположенный поверх первого слоя DBR и состоящий из множества подслоев InwAlyGa1-y-xAs p-типа, где 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, и y больше x, поэтому первый и второй слои DBR отличаются по своему составу, тем самым увеличивая ширину полосы пропускания при отражении слоя DBR.[41] In some embodiments, the DBR layer includes a first DBR layer composed of a plurality of p-type In z Al x Ga 1-xz As sublayers, and a second DBR layer located on top of the first DBR layer and composed of a plurality of In w sublayers Al y Ga 1-yx As p-type, where 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, and y is greater than x, therefore the first and second DBR layers differ in their composition, thereby increasing the width bandwidth when reflecting the DBR layer.
[42] В некоторых вариантах осуществления выбор состава подэлементов и их значений ширины запрещенной зоны максимизирует КПД при высокой температуре (в диапазоне 40-70 градусов по Цельсию) при развертывании в космосе в заданное время после первоначального развертывания (которое упоминается как начало срока службы или (BOL)), причем такое заданное время упоминается как конец срока службы (EOL) и составляет по меньшей мере пять лет.[42] In some embodiments, the implementation of the choice of the composition of the subcells and their bandgap values maximizes efficiency at high temperature (in the range of 40-70 degrees Celsius) when deployed in space at a given time after the initial deployment (which is referred to as the start of life or ( BOL)), and this predetermined time is referred to as end of life (EOL) and is at least five years.
[43] В некоторых вариантах осуществления крайний верхний или верхний первый солнечный подэлемент состоит из базового слоя (InxGa1-x)1-yAlyP, где x равен 0,505, и y равен 0,142, что соответствует ширине запрещенной зоны 2,10 эВ, и эмиттерного слоя (InxGa1-x)1-yAlyP, где x равен 0,505, и y равен 0,107, что соответствует ширине запрещенной зоны 2,05 эВ.[43] In some embodiments, the uppermost or upper first solar subcell consists of a base layer (In x Ga 1-x ) 1-y Al y P, where x is 0.505 and y is 0.142, which corresponds to a band gap of 2, 10 eV, and the emitter layer (In x Ga 1-x ) 1-y Al y P, where x is 0.505 and y is 0.107, which corresponds to a band gap of 2.05 eV.
[44] В некоторых вариантах осуществления дополнительно предусмотрен промежуточный слой (или "изменяющийся промежуточный слой"), расположенный между третьим подэлементом и четвертым подэлементом или нижним подэлементом, причем промежуточный слой изменяется по своему составу для согласования по параметру решетки третьего солнечного подэлемента с одной стороны и четвертого или нижнего солнечного подэлемента с другой стороны и состоит из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что параметр решетки в плоскости должен быть больше или равен параметру решетки в плоскости четвертого или нижнего солнечного подэлемента, и энергия запрещенной зоны должна быть больше, чем у четвертого солнечного подэлемента.[44] In some embodiments, an interlayer (or "variable interlayer") is further provided between the third sub-element and the fourth sub-element or bottom sub-element, the intermediate layer being varied in composition to match the lattice parameter of the third solar sub-cell on one side, and the fourth or lower solar subcell on the other hand and consists of any of the semiconductor compounds of Group III-V elements based on As, P, N, Sb, taking into account the restrictions associated with the fact that the lattice parameter in the plane must be greater than or equal to the lattice parameter in plane of the fourth or lower solar sub-element, and the energy of the forbidden zone must be greater than that of the fourth solar sub-element.
[45] В некоторых вариантах осуществления промежуточный слой (или "изменяющийся промежуточный слой") ступенчато изменяется по своему составу от одного до четырех скачков для согласования по параметру решетки третьего солнечного подэлемента с одной стороны и четвертого или нижнего солнечного подэлемента с другой стороны и состоит из InxGa1-xAs или (InxGa1-x)yAl1-yAs, где 0 < x < 1, 0 < y < 1, и x и y выбраны таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны находилась в диапазоне 1,15-1,41 эВ по всей ее толщине.[45] In some embodiments, the intermediate layer (or "variable intermediate layer") is stepped in composition from one to four hops to match the lattice parameter of the third solar subcell on one side and the fourth or lower solar subcell on the other side and consists of In x Ga 1-x As or (In x Ga 1-x ) y Al 1-y As, where 0 <x <1, 0 <y <1, and x and y are selected so that the band gap is in the range of 1.15-1.41 eV throughout its thickness.
[46] В некоторых вариантах осуществления изменяющийся промежуточный слой имеет постоянную ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,15-1,41 эВ, 1,2-1,35 эВ или 1,25-1,30 эВ.[46] In some embodiments, the variable interlayer has a constant band gap in the range of 1.15-1.41 eV, 1.2-1.35 eV, or 1.25-1.30 eV.
[47] В некоторых вариантах осуществления любой из 1) эмиттерного слоя или 2) базового слоя и эмиттерного слоя верхнего первого солнечного подэлемента имеет постоянную решетку, которая отличается от постоянной решетки второго солнечного подэлемента.[47] In some embodiments, any of 1) the emitter layer or 2) the base layer and the emitter layer of the upper first solar subcell has a lattice constant that differs from the lattice constant of the second solar subcell.
[48] В некоторых вариантах осуществления каждый подэлемент включает в себя область эмиттера и область базы, и один или несколько из крайних верхних или самых верхних подэлементов имеют область базы, имеющую постепенное изменение легирования, которое экспоненциально возрастает от 1×1015 атомов на кубический сантиметр в области, прилегающей к p-n переходу, до 4×1018 атомов на кубический сантиметр в области, прилегающей к смежному слою с задней стороны области базы, и область эмиттера, имеющую постепенное изменение легирования, которое уменьшается приблизительно от 5×1018 атомов на кубический сантиметр в области эмиттера, непосредственно прилегающей к смежному слою подэлемента, до 5×1017 атомов на кубический сантиметр в области эмиттера, прилегающей к p-n переходу.[48] In some embodiments, each sub-element includes an emitter region and a base region, and one or more of the extreme top or top-most sub-elements have a base region having a doping ramp that increases exponentially from 1 × 10 15 atoms per cubic centimeter in the region adjacent to the pn junction, up to 4 × 10 18 atoms per cubic centimeter in the region adjacent to the adjacent layer on the back side of the base region, and the emitter region having a gradual change in doping, which decreases from approximately 5 × 10 18 atoms per cubic centimeter in the emitter region immediately adjacent to the adjacent sub-element layer, up to 5 × 10 17 atoms per cubic centimeter in the emitter region adjacent to the pn junction.
[49] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один из крайних верхних подслоев изменяющегося промежуточного слоя имеет более высокое значение постоянной решетки, чем у смежных слоев тела полупроводника в верхнем подслое изменяющегося промежуточного слоя, расположенного поверх изменяющегося промежуточного слоя.[49] In some embodiments, at least one of the outermost upper sublayers of the variable intermediate layer has a higher lattice constant than adjacent semiconductor body layers in the upper sublayer of the variable intermediate layer located on top of the variable intermediate layer.
[50] В некоторых вариантах осуществления разность постоянных решетки между смежными третьим и четвертым или нижним подэлементами находится в диапазоне 0,1-0,2 Ангстрема.[50] In some embodiments, the lattice constant difference between adjacent third and fourth or lower sub-elements is in the range of 0.1-0.2 Angstrom.
[51] В некоторых вариантах осуществления дополнительно предусмотрен первый слой подавления образования прорастающих дислокаций, имеющий толщину в диапазоне 0,10-1,0 микрона и расположенный поверх упомянутого четвертого или нижнего солнечного подэлемента и под изменяющимся промежуточным слоем.[51] In some embodiments, a first threading dislocation suppression layer is further provided having a thickness in the range of 0.10-1.0 microns and located above said fourth or lower solar subcell and below the variable interlayer.
[52] В некоторых вариантах осуществления дополнительно предусмотрен второй слой подавления образования прорастающих дислокаций, имеющий толщину в диапазоне 0,10-1,0 микрона и состоящий из InGa(Al)P, причем второй слой подавления образования прорастающих дислокаций расположен поверх и непосредственно прилегает к упомянутому изменяющемуся промежуточному слою для уменьшения распространения прорастающих дислокаций, при этом упомянутый второй слой подавления образования прорастающих дислокаций имеет состав, который отличается от состава первого слоя подавления образования прорастающих дислокаций и отличается от смежного изменяющегося промежуточного слоя.[52] In some embodiments, a second threading dislocation suppression layer having a thickness in the range of 0.10-1.0 microns and composed of InGa (Al) P is further provided, the second threading dislocation suppression layer being disposed over and directly adjacent to said varying interlayer to reduce the propagation of threading dislocations, wherein said second threading dislocation suppression layer has a composition that is different from the composition of the first threading dislocation suppression layer and differs from the adjacent variable interlayer.
[53] В другом аспекте настоящее раскрытие обеспечивает способ изготовления солнечного элемента с четырьмя переходами, содержащий выполнение германиевой подложки, образующей первый подэлемент; выращивание на германиевой подложке ряда слоев полупроводникового материала с использованием процесса осаждения полупроводника для формирования солнечного элемента, содержащего множество подэлементов, включая второй подэлемент, расположенный поверх германиевой подложки, рассогласованный с ней по параметру решетки и имеющий ширину запрещенной зоны 1,41 эВ или менее, третий подэлемент, расположенный поверх второго подэлемента и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне приблизительно 1,55-1,8 эВ, и верхний подэлемент, расположенный поверх третьего подэлемента и имеющий ширину запрещенной зоны в диапазоне 2,0-2,15 эВ.[53] In another aspect, the present disclosure provides a method of manufacturing a four-junction solar cell, comprising: providing a germanium substrate defining a first sub-cell; growing a series of semiconductor material layers on a germanium substrate using a semiconductor deposition process to form a solar cell containing a plurality of sub-cells, including a second sub-cell located on top of the germanium substrate, lattice mismatched with it and having a band gap of 1.41 eV or less, third a sub-element located on top of the second sub-element and having a bandgap in the range of about 1.55-1.8 eV, and an upper sub-element located on top of the third sub-element and having a band gap in the range of 2.0-2.15 eV.
[54] В некоторых вариантах осуществления один или более дополнительных слоев можно добавить или удалить в структуре элемента без отклонения от объема настоящего раскрытия.[54] In some embodiments, one or more additional layers may be added or removed in the element structure without departing from the scope of this disclosure.
[55] Некоторые реализации настоящего раскрытия могут включать в себя или реализовывать меньшее количество аспектов и признаков, указанных в вышеизложенной сущности изобретения.[55] Some implementations of the present disclosure may include or implement fewer aspects and features identified in the foregoing Summary.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
[56] Изобретение станет более понятным путем ссылки на последующее подробное описание, при совместном рассмотрении с сопроводительными чертежами, на которых:[56] The invention will be better understood by reference to the following detailed description, when considered in conjunction with the accompanying drawings, in which:
[57] на фиг.1 показан график, представляющий собой значения BOL параметра Eg/q - Voc при температуре 28°C, нанесенные на график, в зависимости от ширины запрещенной зоны некоторых двухкомпонентных материалов, определенных вдоль оси X;[57] Figure 1 is a graph representing the BOL values of the parameter Eg / q - Voc at 28 ° C plotted against the bandgap of some two-component materials defined along the X-axis;
[58] на фиг.2 показан вид в поперечном разрезе солнечного элемента первого варианта осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами после нескольких стадий изготовления, включая осаждение некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя, согласно настоящему раскрытию;[58] FIG. 2 is a cross-sectional view of a solar cell of a first embodiment of a four-junction solar cell after several manufacturing steps, including depositing some semiconductor layers on a substrate to grow to a contact layer according to the present disclosure;
[59] на фиг.3 показан график профиля легирования в базовом и эмиттерном слоях подэлемента в солнечном элементе согласно настоящему раскрытию;[59] Figure 3 is a plot of the doping profile in the base and emitter layers of a subcell in a solar cell according to the present disclosure;
[60] на фиг.4А показан вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами после нескольких стадий изготовления, включая выращивание некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя, согласно настоящему раскрытию;[60] FIG. 4A is a cross-sectional view of a second embodiment of a four-junction solar cell after several manufacturing steps including growing some semiconductor layers on a growth substrate to a contact layer according to the present disclosure;
[61] на фиг.4B показан вид в поперечном разрезе третьего варианта осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами после нескольких стадий изготовления, включая выращивание некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя, согласно настоящему раскрытию;[61] FIG. 4B is a cross-sectional view of a third embodiment of a four-junction solar cell after several manufacturing steps including growing some semiconductor layers on a growth substrate to a contact layer according to the present disclosure;
[62] на фиг.5 показан вид в поперечном разрезе четвертого варианта осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами после нескольких стадий изготовления, включая выращивание некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя, согласно настоящему раскрытию;[62] Figure 5 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a four-junction solar cell after several manufacturing steps including growing some semiconductor layers on a growth substrate to a contact layer according to the present disclosure;
[63] на фиг.6 показан вид в поперечном разрезе солнечного элемента настоящего раскрытия, как реализованного в CIC и установленного на панели;[63] Figure 6 is a cross-sectional view of a solar cell of the present disclosure as implemented in a CIC and mounted on a panel;
[64] на фиг.7 показан график, представляющий ширину запрещенной зоны некоторых двухкомпонентных материалов и их постоянные решеток; и[64] FIG. 7 is a graph representing the bandgap of some bicomponent materials and their lattice constants; and
[65] на фиг.8 показан вид в увеличенном масштабе части графика (фиг.7), иллюстрирующий различные соединения GaInAs и GaInP с различными пропорциями галлия и индия и точки размещения конкретных соединений на графике.[65] Fig. 8 is an enlarged view of a portion of the graph (Fig. 7) illustrating various GaInAs and GaInP compounds with different proportions of gallium and indium and the location of specific compounds in the graph.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
[66] Целый ряд различных признаков многопереходных солнечных элементов раскрыт в родственных заявках заявителя. Некоторые, многие или все такие признаки могут быть включены в структуры и процессы, связанные с "вертикальными" метаморфическими многопереходными солнечными элементами настоящего раскрытия. Однако, более конкретно, настоящее раскрытие направлено на изготовление многопереходного солнечного элемента, выращенного на одной подложке для выращивания, в том числе в одном варианте осуществления на два нижних подэлемента, то есть четвертый и третий подэлементы согласованы по параметру решетки. Однако в некоторых вариантах осуществления настоящее раскрытие относится, более конкретно, к солнечным элементам с четырьмя переходами с запрещенными зонами с прямыми переходами в диапазоне 2,0-2,15 эВ (или выше) для верхнего первого подэлемента и 1) 1,65-1,8 эВ и 2) 1,41 эВ или менее для второго и третьего подэлементов, соответственно, и запрещенных зон с непрямыми переходами 0,6-0,8 эВ для нижнего четвертого подэлемента.[66] A number of different features of multi-junction solar cells are disclosed in the applicant's related applications. Some, many, or all of such features may be incorporated into the structures and processes associated with "vertical" metamorphic multi-junction solar cells of the present disclosure. More specifically, however, the present disclosure is directed to fabricating a multi-junction solar cell grown on a single growth substrate including, in one embodiment, two lower sub-cells, that is, the fourth and third sub-cells are lattice matched. However, in some embodiments, the implementation of the present disclosure relates more specifically to solar cells with four transitions with bandgaps with direct transitions in the range of 2.0-2.15 eV (or higher) for the upper first subcell and 1) 1.65-1 , 8 eV and 2) 1.41 eV or less for the second and third sub-elements, respectively, and forbidden bands with indirect transitions of 0.6-0.8 eV for the lower fourth sub-element.
[67] Настоящее раскрытие обеспечивает нетрадиционную структуру с четырьмя переходами (с тремя выращенными подэлементами, согласованными по параметру решетки, которые согласованы по параметру решетки с четвертым или нижним подэлементом Ge подложкой), что приводит к неожиданному значительному улучшению повышения производительности по сравнению с традиционным солнечным элементом с тремя переходами несмотря на то, что между верхними тремя переходами и нижним Ge переходом, то есть четвертым подэлементом, имеется существенное рассогласование по току. Это повышение производительности особенно реализуется при высокой температуре и после высокого облучения космической радиацией за счет предложения по включению полупроводников с высокими значениями ширины запрещенной зоны, которые по своей природе являются более устойчивыми к радиации и температуре, тем самым конкретно рассматривая проблему обеспечения непрерывной адекватной эффективности и выходной мощности в течение всего эксплуатационного полета и особенно в "конце срока службы".[67] The present disclosure provides an unconventional four-junction structure (with three lattice-matched grown subcells lattice-matched to the fourth or bottom Ge substrate) resulting in an unexpectedly significant performance improvement over a conventional solar cell. with three junctions, despite the fact that there is a significant current mismatch between the upper three junctions and the lower Ge junction, that is, the fourth subelement. This performance improvement is especially realized at high temperature and after high exposure to cosmic radiation by the proposal to include semiconductors with high bandgap values, which are inherently more resistant to radiation and temperature, thereby specifically addressing the problem of ensuring continuous adequate efficiency and output power during the entire operational flight and especially at the "end of life".
[68] Другой способ, характеризующий настоящее раскрытие, состоит в том, что в некоторых вариантах осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами, средняя ширина запрещенной зоны всех четырех подэлементов (то есть сумма четырех значений ширины запрещенной зоны каждого подэлемента, деленная на четыре) больше 1,35 эВ.[68] Another method characterizing the present disclosure is that in some embodiments of a four-junction solar cell, the average bandgap of all four subcells (i.e., the sum of the four bandgaps of each subcell divided by four) is greater than 1 , 35 eV.
[69] В некоторых вариантах осуществления четвертым подэлементом является германий, тогда как в других вариантах осуществления четвертым подэлементом является InGaAs, GaAsSb, InAsP, InAlAs, или SiGeSn, InGaAsN, INGaAsNSb, INGaAsNBi, InGaAsNSbBi, InGaSbN, InGaBiN, InGaSbBiN или другой полупроводниковый материал на основе соединений элементов III-V или II-VI групп.[69] In some embodiments, the fourth sub-element is germanium, while in other embodiments, the fourth sub-element is InGaAs, GaAsSb, InAsP, InAlAs, or SiGeSn, InGaAsN, INGaAsNSb, INGaAsNBi, InGaAsNSbBi, InGaBiN, InGaAsNSbBi, InGaSbN, InSbN based on compounds of elements of III-V or II-VI groups.
[70] Другой описательный аспект настоящего раскрытия состоит в том, чтобы охарактеризовать четвертый подэлемент или нижний подэлемент, как имеющий запрещенную зону с прямыми переходами больше, чем 0,75 эВ.[70] Another descriptive aspect of the present disclosure is to characterize the fourth sub-element or bottom sub-element as having a direct transition bandgap greater than 0.75 eV.
[71] Запрещенная зона с непрямыми переходами германия при комнатной температуре составляет приблизительно 0,66 эВ, в то время как запрещенная зона с прямыми переходами германия при комнатной температуре составляет 0,8 эВ. Специалисты в данной области техники обычно указывают "ширину запрещенной зоны" германия, равную 0,67 эВ, так как она ниже, чем значение запрещенной зоны с прямыми переходами, равное 0,8 эВ.[71] The band gap with indirect transitions in germanium at room temperature is approximately 0.66 eV, while the band gap with direct transitions in germanium at room temperature is 0.8 eV. Those of ordinary skill in the art will usually indicate a 0.67 eV "band gap" for germanium because it is lower than the forward band gap of 0.8 eV.
[72] Таким образом, ссылка на то, что "четвертый подэлемент или нижний подэлемент имеет запрещенную зону с прямыми переходами больше, чем 0,75 эВ", явно подразумевает включение германия как возможного полупроводника для четвертого или нижнего подэлемента, хотя с таким же успехом можно использовать и другой полупроводниковый материал.[72] Thus, the reference to "the fourth or lower subelement has a bandgap with direct transitions greater than 0.75 eV" clearly implies the inclusion of germanium as a possible semiconductor for the fourth or lower subelement, although equally well other semiconductor material can also be used.
[73] Более конкретно, настоящее раскрытие предусматривает относительно простую и воспроизводимую технологию, которая не использует инвертированную обработку, связанную с изготовлением инвертированных метаморфических многопереходных солнечных элементов, и подходит для использования в условиях крупносерийного производства, в которых выращиваются различные полупроводниковые слои на подложке для выращивания в реакторе MOCVD, и последующие этапы обработки определяются и выбираются для минимизации любого физического ущерба качеству осажденных слоев, тем самым обеспечивая относительно высокий выход работоспособных солнечных элементов, отвечающих техническим требованиям по завершению процессов изготовления.[73] More specifically, the present disclosure provides a relatively simple and reproducible technology that does not use the inverted processing associated with the manufacture of inverted metamorphic multijunction solar cells, and is suitable for use in high-volume production environments in which different semiconductor layers are grown on a substrate for growing in the MOCVD reactor, and subsequent processing steps are defined and selected to minimize any physical damage to the quality of the deposited layers, thereby providing a relatively high yield of operable solar cells that meet the technical requirements for the completion of manufacturing processes.
[74] Как было предложено выше, дополнительные улучшения при проектировании многопереходных солнечных элементов производятся с учетом проблем, связанных с большим разнообразием требований к новым космическим программам и применениям. Более того, хотя такие улучшения могут представлять собой относительно небольшие количественные изменения в составе или ширине запрещенной зоны некоторых подэлементов, такие незначительные параметрические изменения (например, от 0,1 до 0,5 эВ в конкретных значениях ширины запрещенной зоны верхнего первого подэлемента или третьего подэлемента) обеспечивают существенные повышения КПД, которые, в частности, решают "проблемы", которые были обнаружены в связи с существующими современными коммерческими многопереходными солнечными элементами, и обеспечивают "решение", которое представляет "изобретательский уровень" в процессе проектирования.[74] As suggested above, additional improvements in the design of multijunction solar cells are being made to address the challenges posed by the wide variety of requirements for new space programs and applications. Moreover, while such improvements may represent relatively small quantitative changes in the composition or band gap of some sub-elements, such small parametric changes (for example, from 0.1 to 0.5 eV in specific values of the band gap of the upper first sub-element or the third sub-element ) provide significant efficiency improvements that, in particular, solve the "problems" that have been found with existing modern commercial multi-junction solar cells, and provide a "solution" that represents an "inventive step" in the design process.
[75] Один аспект настоящего раскрытия относится к использованию алюминия в активных слоях верхних подэлементов в многопереходном солнечном элементе. Эффекты увеличения количества алюминия как составляющего элемента в активном слое подэлемента влияют на производительность фотоэлектрического устройства. Одним из критериев "качества" или "совершенства" перехода солнечного элемента является разность между шириной запрещенной зоны полупроводникового материала в этом подэлементе или переходе и напряжением Voc или напряжением холостого хода того же самого перехода. Чем меньше разность, тем выше Voc перехода солнечного элемента относительно ширины запрещенной зоны и выше производительность устройства. Напряжение Voc очень чувствительно к качеству полупроводникового материала, поэтому, чем меньше Eg/q - Voc устройства, тем выше качество материала в этом устройстве. Для этой разности существует теоретический предел, известный как предел Шокли-Квайссера. Это очень хорошо, что переход солнечного элемента может находиться при заданной концентрации света и заданной температуре.[75] One aspect of the present disclosure relates to the use of aluminum in active layers of top subcells in a multijunction solar cell. The effects of increasing the amount of aluminum as a constituent element in the active layer of the sub-cell affect the performance of the photovoltaic device. One criterion for "quality" or "perfection" of a solar cell junction is the difference between the band gap of the semiconductor material in that subcell or junction and the voltage Voc or open circuit voltage of the same junction. The smaller the difference, the higher the Voc of the solar cell junction relative to the bandgap and the higher the performance of the device. The Voc voltage is very sensitive to the quality of the semiconductor material, therefore, the lower the Eg / q - Voc of a device, the higher the quality of the material in that device. There is a theoretical limit for this difference known as the Shockley-Quaisser limit. It is very good that the junction of a solar cell can be at a given concentration of light and a given temperature.
[76] Экспериментальные данные, полученные для солнечных элементов с одним переходом на основе (Al)GaInP, показывают, что увеличение содержания Al в этом переходе (соответствующем крайнему верхнему или самому верхнему подэлементу) приводит к большей разности Voc - Eg/q, что указывает на то, что качество материала соединения уменьшается с увеличением содержания Al. На фиг.1 показан этот эффект. Все три композиции, приведенные на фигуре, согласованы по параметру решетки с GaAs, но имеют отличающийся состав Al. Добавление Al увеличивает ширину запрещенной зоны перехода, но при этом также увеличивается Voc - Eg/q. Следовательно, можно сделать вывод, что добавление Al в полупроводниковый материал приводит к ухудшению этого материала таким образом, что устройство солнечного элемента, изготовленное из этого материала, не работает так хорошо, как переход с меньшим количеством Al.[76] Experimental data obtained for solar cells with one transition based on (Al) GaInP show that an increase in the Al content in this transition (corresponding to the uppermost or uppermost subcell) leads to a larger difference Voc - Eg / q, which indicates the fact that the quality of the material of the joint decreases with an increase in the Al content. Figure 1 shows this effect. All three compositions shown in the figure are lattice-matched with GaAs, but have a different Al composition. The addition of Al increases the band gap of the transition, but this also increases Voc - Eg / q. Therefore, it can be concluded that the addition of Al to the semiconductor material degrades this material in such a way that a solar cell device made of this material does not work as well as a junction with less Al.
[77] Обращаясь к устройству многопереходного солнечного элемента настоящего раскрытия, на фиг.2 показан вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами 200 после нескольких стадий изготовления, включая выращивание некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя 322, согласно настоящему раскрытию.[77] Referring to the multi-junction solar cell arrangement of the present disclosure, FIG. 2 is a cross-sectional view of a first embodiment of a four-junction
[78] Как показано на фиг.2 в проиллюстрированном примере, четвертый или нижний подэлемент D включает в себя подложку 300 для выращивания, сформированную из германия ("Ge") p-типа, которая также служит базовым слоем. Задняя металлическая контактная площадка 350, образованная на нижней части базового слоя 300, обеспечивает электрический контакт с многопереходным солнечным элементом 200. Нижний подэлемент D дополнительно включает в себя, например, высоколегированный эмиттерный слой 301 Ge n-типа и зародышевый слой 302 на основе арсенида индия-галлия ("InGaAs") n-типа. Зародышевый слой осаждается поверх базового слоя, и эмиттерный слой образуется в подложке путем диффузии легирующих примесей в подложку Ge, формируя тем самым слой 301 Ge n-типа. Слои 304, 303 с туннельным переходом на основе сильнолегированного арсенида алюминия-галлия ("AlGaAs") p-типа и сильнолегированного арсенида галлия ("GaAs") n-типа могут быть осаждены поверх зародышевого слоя, чтобы обеспечить низкоомный путь между нижним четвертым подэлементом и третьим подэлементом.[78] As shown in FIG. 2 in the illustrated example, the fourth or lower sub-element D includes a
[79] В некоторых вариантах осуществления затем выращивают слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR), смежные с и расположенные между туннельным диодом 303, 304 нижнего четвертого подэлемента D и третьим солнечным подэлементом C. Слои 305 DBR размещаются таким образом, чтобы свет мог проникать и проходить через третий солнечный подэлемент C, и по меньшей мере часть его могла бы отражаться назад в третий солнечный подэлемент C от слоев 305 DBR. В варианте осуществления, показанном на фиг.2, слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR) специально расположены между третьим солнечным подэлементом C и слоями 304, 303 туннельных диодов; в других вариантах осуществления слои распределенного брэгговского отражателя (DBR) могут располагаться между слоями 304/303 туннельных диодов и буферным слоем 302.[79] In some embodiments, distributed Bragg reflector (DBR) layers 305 are then grown adjacent to and located between the
[80] В некоторых вариантах осуществления слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR) могут состоять из множества чередующихся слоев 305a-305z из согласованных по параметру решетки материалов со скачкообразным изменением их соответствующих показателей преломления. В некоторых вариантах осуществления разность показателей преломления между чередующимися слоями максимизируется для того, чтобы минимизировать количество периодов, требуемых для достижения заданного коэффициента отражения, и толщина и показатель преломления каждого периода определяют полосу заграждения и ее предельную длину волны.[80] In some embodiments, the distributed Bragg reflector (DBR) layers 305 may be composed of a plurality of alternating grating-matched
[81] В некоторых вариантах осуществления слои 305a-305z распределенного брэгговского отражателя (DBR) включают в себя первый слой DBR, состоящий из множества слоев InzAlxGa1-x-zAs p-типа, и второй слой DBR, расположенный поверх первого слоя DBR и состоящий из множества слоев InwAlyGa1-y-wAs p-типа, где 0 < w < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, и y больше x.[81] In some embodiments, the distributed Bragg reflector (DBR) layers 305a-305z include a first DBR layer composed of a plurality of p-type In z Al x Ga 1-xz As layers and a second DBR layer overlaid on the first layer DBR and consisting of a plurality of layers In w Al y Ga 1-yw As p-type, where 0 <w <1, 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, and y is greater than x.
[82] Хотя в настоящем раскрытии показан слой 305 DBR, расположенный между третьим и четвертым подэлементами, в других вариантах осуществления слои DBR могут быть расположены между первым и вторым подэлементами, и/или между вторым и третьим подэлементами и/или между третьим и четвертым подэлементами.[82] Although the present disclosure shows a
[83] В проиллюстрированном примере, показанном на фиг.2, третий подэлемент C включает в себя высоколегированный слой 306 поля на тыльной поверхности ("BSF") на основе арсенида алюминия-индия-галлия ("AlInGaAs") p-типа, базовый слой 307 InGaAs p-типа, высоколегированный эмиттерный слой 308 арсенида индия-галлия ("InGaAs") n-типа и высоколегированный слой 309 окна на основе фосфида алюминия-индия ("AlInP2") n-типа или фосфида галлия-индия ("GaInP"). Базовый слой 307 InGaAs подэлемента C может включать в себя, например, приблизительно 1,5% In. Можно также использовать другие составы. Базовый слой 307 формируется поверх слоя 306 BSF после осаждения слоя BSF поверх слоев 305 DBR.[83] In the illustrated example shown in FIG. 2, the third sub-element C includes a high-doped back surface field ("BSF")
[84] Слой 309 окна осаждается на эмиттерный слой 308 третьего подэлемента C. Слой 309 окна в третьем подэлементе C также помогает уменьшить рекомбинационные потери и улучшает пассивацию поверхности элемента расположенных ниже переходов. Слои 310, 311 туннельных переходов сильнолегированных InGaP n-типа и AlGaAs p-типа (или других подходящих композиций) могут быть осаждены поверх подэлемента C перед осаждением слоев подэлемента B.[84] The
[85] Второй подэлемент B включает в себя высоколегированный слой 312 поля на тыльной поверхности ("BSF") на основе арсенида алюминия-галлия-индия ("AlInGaAs") p-типа, базовый слой 313 AlInGaAs p-типа, высоколегированный слой 314 фосфида индия-галия ("InGaP2") или AlInGaAs n-типа и высоколегированный слой 315 окна на основе фосфида алюминия-индия-галлия ("AlGaAlP") n-типа. Эмиттерный слой 314 InGaP второго подэлемента B может включать в себя, например, приблизительно 50% In. Можно использовать также и другие составы.[85] The second sub-element B includes a p-type aluminum-gallium-indium arsenide ("AlInGaAs") high doped back surface field ("BSF")
[86] Сильнолегированные слои 316, 317 туннельных переходов на основе InGaP n-типа и AlGaAs p-типа могут быть осаждены на второй подэлемент B перед осаждением слоев верхнего первого подэлемента A.[86] Heavily doped
[87] В иллюстрированном примере, крайний верхний или самый верхний первый подэлемент включает в себя высоколегированный слой 318 BSF фосфида алюминия-индия ("InAlP2") p-типа, базовый слой 319 InGaAlP p-типа, высоколегированный эмиттерный слой 320 InGaAlP n-типа и высоколегированный слой 321 окна InAlP2 n-типа. Базовый слой 319 первого подэлемента осаждается поверх слоя 318 BSF после формирования слоя 318 BSF.[87] In the illustrated example, the uppermost or uppermost first sub-element includes a high doped p-type aluminum phosphide ("InAlP2")
[88] После осаждения верхнего защитного или контактного слоя 322 линии координатной сетки формируются путем испарения, нанесения рисунка литографским способом и осаждаются поверх верхнего защитного или контактного слоя 322.[88] After deposition of the top protective or
[89] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере база по меньшей мере одного из первого, второго или третьего солнечных подэлементов имеет изменяющийся профиль легирования, то есть уровень легирования изменяется от одной поверхности до другой по всей толщине базового слоя. В некоторых вариантах осуществления постепенное изменение легирования осуществляется по экспоненциальному закону. В некоторых вариантах осуществления постепенное изменение легирования является возрастающим и монотонным.[89] In some embodiments, at least the base of at least one of the first, second, or third solar subcells has a varying doping profile, that is, the doping level varies from one surface to another throughout the thickness of the base layer. In some embodiments, the doping fade is exponential. In some embodiments, the doping fade is incremental and monotonic.
[90] В некоторых вариантах осуществления эмиттер по меньшей мере одного из второго, третьего или четвертого солнечных подэлементов (C, B или A, соответственно) также имеет изменяющийся профиль легирования, то есть уровень легирования изменяется от одной поверхности до другой по всей толщине эмиттерного слоя. В некоторых вариантах осуществления постепенное изменение легирования линейно или монотонно уменьшается.[90] In some embodiments, the emitter of at least one of the second, third, or fourth solar subcells (C, B, or A, respectively) also has a variable doping profile, that is, the doping level varies from one surface to another throughout the thickness of the emitter layer ... In some embodiments, the doping fade decreases linearly or monotonically.
[91] В качестве конкретного примера на фиг.3 показан профиль легирования эмиттерного и базового слоев, который изображает количество легирующей примеси в эмиттерной области и базовой области подэлемента. Легирующие примеси n-типа включают в себя кремний, селен, серу, германий или олово. Легирующие примеси p-типа включают в себя кремний, цинк, хром или германий.[91] As a specific example, Fig. 3 shows the doping profile of the emitter and base layers, which depicts the amount of dopant in the emitter region and the base region of the subcell. N-type dopants include silicon, selenium, sulfur, germanium, or tin. P-type dopants include silicon, zinc, chromium, or germanium.
[92] Как показано в примере на фиг.3, в некоторых вариантах осуществления один или более подэлементов (C, B или A) имеют базовую область, имеющую постепенное изменение легирования, которое увеличивается от значения в диапазоне 1×1015-1×1018 свободных носителей на кубический сантиметр в области, прилегающей к p-n переходу, до значения в диапазоне 1×1016-4×1018 свободных носителей на кубический сантиметр в области, прилегающей к смежному слою с задней части базы, и эмиттерную область, которая имеет постепенное изменение легирования, которое уменьшается от значения в диапазоне приблизительно 5×1018-1×1017 свободных носителей на кубический сантиметр в области, непосредственно прилегающей к смежному слою, до значения в диапазоне 5×1015-1×1018 свободных носителей на кубический сантиметр в области, прилегающей к p-n переходу.[92] As shown in the example of FIG. 3, in some embodiments, one or more sub-elements (C, B, or A) have a base region having a doping fade that increases from a value in the range of 1 x 10 15 - 1 x 10 18 free carriers per cubic centimeter in the region adjacent to the pn junction, up to a value in the range of 1 × 10 16 - 4 × 10 18 free carriers per cubic centimeter in the region adjacent to the adjacent layer from the back of the base, and an emitter region that has gradual change in doping, which decreases from a value in the range of approximately 5 × 10 18 - 1 × 10 17 free carriers per cubic centimeter in the region immediately adjacent to the adjacent layer, to a value in the range of 5 × 10 15 - 1 × 10 18 free carriers per cubic centimeter cubic centimeter in the area adjacent to the pn junction.
[93] Жирные линии 612 и 613, показанные на фиг.3, иллюстрируют один вариант осуществления легирования базы, имеющего экспоненциальное изменение, и легирование эмиттера, изменяющееся по линейному закону.[93] The
[94] Таким образом, уровень легирования по всей толщине базового слоя может экспоненциально изменяться в диапазоне от 1×1016 свободных носителей на кубический сантиметр до 1×1018 свободных носителей на кубический сантиметр, как представлено кривой 613, изображенной на фигуре.[94] Thus, the doping level over the entire thickness of the base layer can vary exponentially in the range from 1 × 10 16 free carriers per cubic centimeter to 1 × 10 18 free carriers per cubic centimeter, as represented by
[95] Аналогичным образом, уровень легирования по всей толщине эмиттерного слоя может линейно снижаться от 5×1018 свободных носителей на кубический сантиметр до 5×1017 свободных носителей на кубический сантиметр, как представлено кривой 612, изображенной на фигуре.[95] Similarly, the doping level across the entire thickness of the emitter layer can decrease linearly from 5 × 10 18 free carriers per cubic centimeter to 5 × 10 17 free carriers per cubic centimeter, as represented by
[96] Абсолютное значение поля сбора, генерируемого экспоненциальным градиентом легирования exp[-x/λ], задается постоянным электрическим полем с амплитудой E=kT/q(1/λ))(exp[-xb/λ]), где k - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура в градусах Кельвина, q - абсолютное значение электронного изменения, и λ - характеристика параметра постепенного снижения уровня легирования.[96] The absolute value of the collection field generated by the exponential doping gradient exp [-x / λ] is given by a constant electric field with an amplitude E = kT / q (1 / λ)) (exp [-xb / λ]), where k is Boltzmann's constant, T is the absolute temperature in degrees Kelvin, q is the absolute value of the electronic change, and λ is the parameter of the gradual decrease in the doping level.
[97] Эффективность варианта осуществления настоящего раскрытия распределения легирования была продемонстрирована в испытательном солнечном элементе, который включал экспоненциальный профиль легирования в подэлементе с базовым слоем толщиной три микрона согласно одному варианту осуществления.[97] The effectiveness of an embodiment of the present doping distribution disclosure was demonstrated in a test solar cell that included an exponential doping profile in a subcell with a three micron base layer according to one embodiment.
[98] Экспоненциальный профиль легирования, предложенный в одном варианте осуществления настоящего раскрытия, создает постоянное поле в легированной области. В конкретных материалах многопереходных солнечных элементов и структуре настоящего раскрытия нижний подэлемент имеет наименьший ток короткого замыкания среди всех подэлементов. Так как в многопереходном солнечном элементе отдельные подэлементы расположены друг над другом и образуют последовательную цепь, общий ток, протекающий во всем солнечном элементе, ограничивается, таким образом, наименьшим током, вырабатываемым в любом из подэлементов. Таким образом, при увеличении тока короткого замыкания в нижнем элементе, ток вплотную приближается к току подэлементов, расположенных выше, а также повышается общий КПД солнечного элемента. В многопереходном солнечном элементе с повышенным КПД реализация настоящей компоновки легирования приведет при этом к повышению КПД. В дополнение к повышению КПД, поле сбора, создаваемое экспоненциальным профилем легирования, повысит радиационную стойкость солнечного элемента, что важно для приложений, связанных с космическими летательными аппаратами.[98] The exponential doping profile proposed in one embodiment of the present disclosure creates a constant field in the doped region. In the particular multi-junction solar cell materials and structure of the present disclosure, the lower subcell has the lowest short circuit current of all subcells. Since in a multi-junction solar cell, the individual sub-cells are stacked on top of each other and form a series circuit, the total current flowing in the entire solar cell is thus limited by the smallest current generated in any of the sub-cells. Thus, with an increase in the short-circuit current in the lower element, the current closely approaches the current of the sub-elements located above, and the overall efficiency of the solar cell also increases. In a multi-junction solar cell with increased efficiency, the implementation of this arrangement of alloying will lead to an increase in efficiency. In addition to increasing efficiency, the collection field created by the exponential doping profile will increase the radiation resistance of the solar cell, which is important for spacecraft applications.
[99] Хотя экспоненциально легируемый профиль представляет собой проектное решение легирования, которое было реализовано и проверено, другие профили легирования могут привести к линейно изменяющемуся полю сбора, которое может предусматривать и другие преимущества. Например, другой профиль легирования может создавать линейное поле в легированной области, которое будет предпочтительным как для сбора неосновных носителей, так и для радиационной стойкости в конце срока службы (EOL) солнечного элемента. Такие другие профили легирования в одном или более базовых слоях находятся в пределах объема настоящего раскрытия.[99] While the exponentially doped profile is a doping design that has been implemented and tested, other doping profiles can result in a ramping collection field that may provide other benefits. For example, a different doping profile could create a linear field in the doped region that would be beneficial for both minority carrier collection and end-of-life (EOL) radiation resistance of the solar cell. Such other doping profiles in one or more base layers are within the scope of this disclosure.
[100] Профиль легирования, изображенный здесь, является просто иллюстративным, и могут использоваться другие более сложные профили, как будет очевидно специалистам в данной области техники без отклонения от объема настоящего изобретения.[100] The doping profile depicted herein is merely illustrative and other more complex profiles may be used as will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
[101] На фиг.4А показан вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления солнечного элемента с четырьмя переходами 400 после нескольких стадий изготовления, включая выращивание некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя 322 с различными подэлементами, аналогичными структуре, описанной и изображенной на фиг.2. С целью краткости изложения описание слоев 350, 300-304 и 306-322 не будет повторяться здесь.[101] FIG. 4A is a cross-sectional view of a second embodiment of a four junction
[102] В варианте осуществления, показанном на фиг.4А, изменяющийся промежуточный слой 505, содержащий в одном варианте осуществления постепенно изменяющиеся подслои 505a-505z, расположен поверх слоя 304 туннельного диода. В частности, изменяющийся промежуточный слой обеспечивает переход от постоянной решетки подложки до более высокого значения постоянной решетки второго, третьего и четвертого подэлементов.[102] In the embodiment shown in FIG. 4A, a variable
[103] Первый слой 504 "альфа" или подавления образования прорастающих дислокаций, предпочтительно состоящий из InGaP p-типа, осаждается поверх туннельного диода 303/304 до толщины от 0,10 до приблизительно 1,0 микрона. Такой альфа-слой предназначен для подавления распространения прорастающих дислокаций в направлении, противоположном направлению роста в первом подэлементе D, или в направлении роста во втором подэлементе C, и более подробно описан в публикации заявки на патент США №2009/0078309 A1 (Cornfeld et al.). В более общем смысле, альфа-слой имеет другой состав, чем смежные слои, расположенные над и под ним. Как показано на фиг.4А, ступенчатая линия слева изображает ступенчатое изменение постоянной решетки в плоскости, которое постепенно увеличивается от подслоя 505a до подслоя 505z, причем такие подслои являются полностью нерелаксированными.[103] A
[104] Метаморфический слой (или изменяющийся промежуточный слой) 505 осаждается поверх альфа-слоя 504 с использованием поверхностно-активного вещества. Слой 505 предпочтительно представляет собой ступенчато изменяющийся по своему составу ряд слоев InGaAs или InGaAlAs p-типа, предпочтительно с монотонно изменяющейся постоянной решетки с тем, чтобы достичь постепенного перехода постоянной решетки в полупроводниковой структуре от четвертой подэлемента D до третьего подэлемента C при минимизации возникновения прорастающих дислокаций. В одном варианте осуществления ширина запрещенной зоны слоя 505 является постоянной по всей его толщине, предпочтительно приблизительно равна 1,22-1,34 эВ или иным образом согласована со значением, немного превышающим ширину запрещенной зоны третьего подэлемента C. В другом варианте осуществления ширина запрещенной зоны подслоев слоя 505 варьируется в диапазоне 1,22-1,34 эВ, причем первый слой имеет относительно высокое значение ширины запрещенной зоны, и последующие слои имеют постепенно уменьшающиеся значения ширины запрещенной зоны. В одном варианте осуществления изменяющийся промежуточный слой можно также представить как состоящий из InxGa1-xAs, где 0 < x < 1, 0 < y < 1, и x и y выбираются таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны промежуточного слоя оставалась постоянной в диапазоне приблизительно 1,22-1,34 эВ или была равна другому подходящему значению ширины запрещенной зоны.[104] The metamorphic layer (or changing interlayer) 505 is deposited on top of the
[105] В одном варианте осуществления алюминий добавляется в один подслой, чтобы сделать один конкретный подслой более твердым, чем другой, тем самым вызывая дислокации в более мягком материале.[105] In one embodiment, aluminum is added to one sublayer to make one particular sublayer harder than another, thereby causing dislocations in the softer material.
[106] При выращивании метаморфического промежуточного изменяющегося слоя 505 с помощью поверхностно-активного вещества подходящий химический элемент вводится в реактор во время выращивания слоя 505 для улучшения характеристик поверхности слоя. В предпочтительном варианте осуществления такой элемент может быть атомом легирующей или донорной примеси, таким как селен (Se) или теллур (Те). Поэтому небольшие количества Se или Te включены в метаморфический слой 406 и остаются в готовом солнечном элементе. Хотя Se или Te являются предпочтительными атомами легирующей примеси n-типа, можно также использовать и другие неизоэлектронные поверхностно-активные вещества.[106] When growing the metamorphic intermediate
[107] Рост, вызванный поверхностно-активным веществом, приводит к значительно более гладкой или планаризованной поверхности. Так как геометрия поверхности влияет на объемные свойства полупроводникового материала по мере его роста, и слой становится толще, использование поверхностно-активных веществ сводит к минимуму прорастающие дислокации в активных областях, тем самым повышая общий КПД солнечного элемента.[107] Surfactant-induced growth results in a significantly smoother or planarized surface. Since the geometry of the surface affects the bulk properties of the semiconductor material as it grows and the layer becomes thicker, the use of surfactants minimizes intergrowth dislocations in the active regions, thereby increasing the overall efficiency of the solar cell.
[108] В качестве альтернативы использованию неизоэлектронного поверхностно-активного вещества можно использовать изоэлектронное поверхностно-активное вещество. Термин "изоэлектронный" относится к поверхностно-активным веществам, таким как сурьма (Sb) или висмут (Bi), так как такие элементы имеют одинаковое число валентных электронов как атом P InGaP или атом As в InGaAlAs в метаморфическом буферном слое. Такие поверхностно-активные вещества Sb или Bi обычно не будут входить в состав метаморфического слоя 505.[108] As an alternative to using a non-electronic surfactant, an isoelectronic surfactant can be used. The term "isoelectronic" refers to surfactants such as antimony (Sb) or bismuth (Bi), since such elements have the same number of valence electrons as the P atom of InGaP or the As atom in InGaAlAs in the metamorphic buffer layer. Such Sb or Bi surfactants will typically not be present in the
[109] В одном варианте осуществления настоящего раскрытия метаморфический слой 505 состоит из множества слоев InGaAs с монотонно изменяющейся постоянной решетки, при этом каждый слой имеет ширину запрещенной зоны в диапазоне 1,22-1,34 эВ. В некоторых вариантах осуществления ширина запрещенной зоны является постоянной в диапазоне 1,27-1,31 эВ на протяжении всей толщины слоя 505. В некоторых вариантах осуществления постоянная ширина запрещенной зоны находится в диапазоне 1,28-1,29 эВ.[109] In one embodiment of the present disclosure, the
[110] Преимущество использования постоянного материала запрещенной зоны, такого как InGaAs, состоит в том, что полупроводниковый материал на основе арсенида намного легче обрабатывать в стандартных коммерческих реакторах MOCVD.[110] An advantage of using a constant band gap material such as InGaAs is that the arsenide-based semiconductor material is much easier to process in standard commercial MOCVD reactors.
[111] Хотя в описанном варианте осуществления настоящего раскрытия используется множество слоев InGaAs для метаморфического слоя 505 по причинам технологичности и прозрачности для излучения, в других вариантах осуществления настоящего раскрытия могут использоваться различные материальные системы, для достижения изменения постоянной решетки от второго подэлемента C до первого подэлемента D. В других вариантах осуществления настоящего раскрытия можно использовать непрерывно изменяющиеся материалы, в отличие от ступенчато изменяющихся материалов. В более общем, смысле изменяющийся промежуточный слой может состоять из любого из полупроводниковых соединений элементов III-V групп на основе As, P, N, Sb с учетом ограничений, связанных с тем, что параметр решетки в плоскости должен быть меньше или равен параметру решетки в плоскости третьего подэлемента C и больше или равен параметру решетки в плоскости четвертого подэлемента D. В некоторых вариантах осуществления слой 505 имеет энергию запрещенной зоны, больше у третьего подэлемента C и в других вариантах осуществления имеет энергию запрещенной зоны меньше, чем у третьего подэлемента C.[111] While the described embodiment of the present disclosure uses a plurality of InGaAs layers for the
[112] В некоторых вариантах осуществления второй "альфа" или слой 507 подавления образования прорастающих дислокаций, предпочтительно состоящий из GaInP p-типа, осаждается поверх метаморфического буферного слоя 505 с толщиной от 0,10 до приблизительно 1,0 микрона. Такой альфа-слой предназначен для предотвращения распространения прорастающих дислокаций либо в направлении, противоположном направлению роста в первом подэлементе D, либо в направлении роста во втором подэлементе C и более подробно описан в заявке на патент США №2009/0078309 A1 (Cornfeld et al.).[112] In some embodiments, a second "alpha" or threading
[113] В варианте осуществления, показанном на фиг.4B, изменяющийся промежуточный слой 506, содержащий в одном варианте осуществления ступенчато изменяющиеся подслои 505a-505zz, расположен поверх слоя 304 туннельного диода. В частности, изменяющийся промежуточный слой обеспечивает изменение постоянной решетки от постоянной решетки подложки и первого солнечного подэлемента до более высокого значения постоянной решетки второго, третьего и четвертого подэлементов C, B и A и отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.4А, только тем, что крайний верхний или самый верхний подслой 505zz изменяющегося промежуточного слоя 506 является релаксированным или только частично нерелаксированным (в отличие от полностью нерелаксированных слоев, расположенных под ним), так как имеет постоянную решетки больше, чем постоянная решетки слоя, расположенного над ним, то есть альфа-слоя 507 (должен быть второй альфа-слой) или слоя 306 BSF. Короче говоря, в данном варианте осуществления существует "проскакивание" изменяющихся слоев, как изображено с левой стороны фиг.4B, что показывает, что ступенчатое изменение постоянной решетки возрастает от слоя 505a к слою 505zz.[113] In the embodiment shown in FIG. 4B, a variable
[114] На фиг.5 показан вид в поперечном разрезе четвертого варианта осуществления солнечного элемента 500 с четырьмя переходами после нескольких этапов изготовления, включая выращивание некоторых полупроводниковых слоев на подложке для выращивания до контактного слоя 322, причем различные подэлементы, аналогичны структуре, описанной и изображенной на фиг.2, 4А и 4B.[114] Figure 5 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of a four-junction
[115] В данном варианте осуществления как промежуточный изменяющийся слой, так и слой DBR расположены между третьим подэлементом C и четвертым подэлементом D. Слои 450, 400-404, 504-507 и 305-322 по существу аналогичны тем, которые показаны на фиг.2 и фиг.4А или 4B, и их описание не нужно повторять здесь.[115] In this embodiment, both the intermediate variable layer and the DBR layer are located between the third subunit C and the fourth subunit D. Layers 450, 400-404, 504-507, and 305-322 are substantially similar to those shown in FIG. 2 and 4A or 4B, and their description need not be repeated here.
[116] В данном варианте осуществления слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR) выращиваются рядом с и поверх альфа-слоя 507 (или метаморфического буферного слоя 506, если отсутствует слой 507). Слои 305 DBR размещаются таким образом, чтобы свет мог проникать и проходить через третий солнечный подэлемент C, и по меньшей мере часть его могла бы отражаться назад в третий подэлемент C от слоев 305 DBR. В варианте осуществления, изображенном на фиг.5, слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR) специально расположены между третьим подэлементом C и метаморфическим слоем 506.[116] In this embodiment, distributed Bragg reflector (DBR) layers 305 are grown adjacent to and on top of the alpha layer 507 (or
[117] В некоторых вариантах осуществления слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR) могут состоять из множества чередующихся слоев 305a-305z из материалов с согласованными по параметру решетки и со скачкообразным изменением их соответствующих показателей преломления. В некоторых вариантах осуществления разность показателей преломления между чередующимися слоями максимизируется для того, чтобы минимизировать количество периодов, требуемых для достижения заданного коэффициента отражения, и толщина и показатель преломления каждого периода определяют полосу заграждения и его предельную длину волны.[117] In some embodiments, the distributed Bragg reflector (DBR) layers 305 may be comprised of a plurality of alternating grating-matched
[118] В некоторых вариантах осуществления слои 305 распределенного брэгговского отражателя (DBR)a-305z включают в себя первый слой DBR, состоящий из множества слоев InzAlxGa1-x-zAs p-типа, и второй слой DBR, расположенный поверх первого слоя DBR и состоящий из множества слоев InwAlyGa1-y-wAs p-типа, где 0 < w < 1, 0 < x < 1, 0 < y < 1, 0 < z < 1, и y больше x.[118] In some embodiments, the distributed Bragg reflector (DBR) layers 305 a-305z include a first DBR layer composed of a plurality of p-type In z Al x Ga 1-xz As layers and a second DBR layer overlaid on the first layer DBR and consisting of a plurality of layers In w Al y Ga 1-yw As p-type, where 0 <w <1, 0 <x <1, 0 <y <1, 0 <z <1, and y is greater than x.
[119] На фиг.6 показан вид в поперечном разрезе части сборки солнечных элементов согласно настоящему раскрытию, которая установлена на панели или опорной подложке, при этом на фигуре изображены два соседних солнечных элемента 601 и 701 и соответствующие CIC 600 и 700, соответственно.[119] Figure 6 is a cross-sectional view of a portion of a solar cell assembly according to the present disclosure that is mounted on a panel or support substrate, wherein the figure shows two adjacent
[120] Как было отмечено выше, солнечный элемент 601, 701 для космических применений включает в себя покровное стекло 603, 703, соответственно, поверх полупроводникового устройства для обеспечения радиационно-стойкой защиты у частиц в космическом пространстве, которые могут повредить полупроводниковый материал. Покровное стекло 603, 703 представляет собой, как правило, боросиликатное стекло, легированное диоксидом церия, которое типично имеет толщину от 76 до 152 мкм и приклеивается прозрачными клеем 602, 702, соответственно, к соответствующему солнечному элементу 601, 701.[120] As noted above, the
[121] Контактные площадки первого и второго типа полярности предусмотрены на каждом солнечном элементе. В одном варианте осуществления металл 604 и 704 задней стороны, соответственно, образует контакты первого типа полярности. На верхней поверхности каждого солнечного элемента металлический контакт 705 предусмотрен вдоль одного края солнечного элемента, образуя контакт второй полярности.[121] Contact pads of the first and second type of polarity are provided on each solar cell. In one embodiment, the
[122] Предусмотрено множество электрических межсоединений 607, каждое из которых состоит из полоски из материала на основе железного сплава из никеля-кобальта, гальванизированного серебром, причем каждое межсоединение приварено к соответствующей контактной площадке 612 и 705 на каждой сборке солнечных элементов для электрического соединения соседних сборок солнечных элементов массива в виде последовательной электрической цепи.[122] A plurality of
[123] Алюминиевая сотовая панель 606, имеющая углеродную композитную лицевую обшивку 605 с коэффициентом теплового расширения (CTE), который по существу является таким же, как у германия четвертого солнечного подэлемента в каждом солнечном элементе, выполнена с каждым CIC 600, 700 или сборкой солнечных элементов, установленных на ней.[123] An
[124] Другая особенность сборки солнечных элементов в варианте осуществления, показанном на фиг.6, состоит в том, что каждое покровное стекло 603, 703 имеет металлический охватывающий зажим 608, изображенный на CIC 600, который обеспечивает контакт с поверхностью покровного стекла 603 и продолжается вниз в зазоре или промежутке вдоль стороны сборки 600 солнечных элементов между CIC 600 и 700 для обеспечения электрического контакта с металлической контактной площадкой 612 на задней поверхности CIC 600, которая, в свою очередь, обеспечивает контакт с электрической землей. Таким образом, зажим 608 заземляет электрический заряд, накапливаемый на поверхности покровного стекла 603 для заземления панели или космического летательного аппарата. Другие конфигурации технологий заземления для поверхности(ей) покровных стекол 603, 703 в пределах объема настоящего раскрытия.[124] Another feature of the solar cell assembly in the embodiment shown in FIG. 6 is that each
[125] На фиг.7 показан график, иллюстрирующий ширину запрещенной зоны некоторых двухкомпонентных материалов и их постоянных решетки. Ширина запрещенной зоны и постоянные решетки трехкомпонентных материалов расположены на линиях, проведенных между типичными связанными с ними двухкомпонентными материалами (таких как трехкомпонентный материал AlGaAs, расположенный на графике между точками GaAs и AlAs с шириной запрещенной зоны трехкомпонентного материала, находящейся между 1,42 эВ для GaAs и 2,16 эВ для AlAs в зависимости от относительного количества отдельных составляющих элементов). Таким образом, в зависимости от желательной ширины запрещенной зоны материалы, входящие в состав трехкомпонентных материалов, могут быть соответствующим образом подобраны для выращивания.[125] Figure 7 is a graph illustrating the band gap of some bicomponent materials and their lattice constants. The bandgap and lattice constants of ternary materials are located on lines drawn between typical associated bicomponent materials (such as the ternary AlGaAs material, plotted between the dots of GaAs and AlAs, with a ternary material band gap between 1.42 eV for GaAs and 2.16 eV for AlAs, depending on the relative amount of the individual constituent elements). Thus, depending on the desired band gap, the materials included in the ternary materials can be appropriately selected for growth.
[126] На фиг.8 показан вид в увеличенном масштабе части графика, показанного на фиг.7, иллюстрирующий различные соединения GaInAs и GaInP с различными долями галлия и индия и местоположения конкретных соединений на графике.[126] FIG. 8 is an enlarged view of a portion of the graph of FIG. 7 illustrating various GaInAs and GaInP compounds with different gallium and indium fractions and specific compound locations on the graph.
[127] Настоящее раскрытие предусматривает многопереходный солнечный элемент, который придерживается правила проектирования, согласно которому для достижения цели повышения КПД при высоких температурах EOL следует включать как можно больше подэлементов с высокими значениями ширины запрещенной зоны. Например, подэлементы с высокими значениями ширины запрещенной зоны позволяют сохранять более высокий процент напряжения элемента при повышении температуры, тем самым обеспечивая уменьшение потерь мощности при повышении температуры. В результате, можно ожидать, что как производительность и HT-BOL, так и производительность HT-EOL примерного многопереходного солнечного элемента согласно настоящему раскрытию будет больше, чем у традиционных элементов.[127] The present disclosure provides for a multi-junction solar cell that adheres to the design rule that as many subcells with high bandgap values should be included in order to achieve the goal of improving efficiency at high EOL temperatures. For example, subcells with high bandgap values allow a higher percentage of cell voltage to be maintained as the temperature rises, thereby reducing power loss as the temperature rises. As a result, both the performance of both the HT-BOL and the HT-EOL of the exemplary multi-junction solar cell according to the present disclosure can be expected to be greater than that of conventional cells.
[128] Для примерного солнечного элемента, описанного в данном документе, может потребоваться использование алюминия в полупроводникой композиции каждого из крайних верхних двух подэлементов. Включение алюминия широко известно в полупроводниковой промышленности для соединений элементов III-V групп для снижения производительности подэлемента BOL из-за дефектов доноров глубокого уровня более высокой компенсации легирования, более короткого времени жизни неосновных носителей, более низкого напряжения элемента и увеличенной метрики Eg/q - Voc BOL. Короче говоря, увеличение Eg/q - Voc BOL может быть самым проблемным недостатком подэлементов, содержащих алюминий; другие ограничения могут быть смягчены путем модификации графика легирования или уменьшения толщины базы.[128] The exemplary solar cell described herein may require the use of aluminum in the semiconductor composition of each of the uppermost two subcells. The inclusion of aluminum is widely known in the semiconductor industry for compounds of Group III-V elements to reduce the performance of the BOL subcell due to deep level donor defects, higher doping compensation, shorter minority carrier lifetimes, lower cell voltage, and increased Eg / q - Voc metric. BOL. In short, the increase in Eg / q - Voc BOL may be the most problematic deficiency of subcells containing aluminum; other limitations can be mitigated by modifying the alloying schedule or reducing the base thickness.
[129] Принимая во внимание различные требования к спутникам и космическим кораблям с точки зрения эксплутационной рабочей температуры, радиационного облучения и срока эксплуатации, можно обеспечить ряд проектов подэлементов с использованием принципов проектирования настоящего раскрытия, удовлетворяя конкретные определенные требования заказчика и программы полета, и несколько иллюстративных вариантов осуществления изложены ниже наряду с вычислением их КПД в конце срока службы для целей сравнения. Как описано более подробно ниже, производительность солнечных элементов после облучения излучением были экспериментально измерены с использованием флюенса электронов 1 МэВ на квадратный сантиметр (в тексте сокращенно упоминается как э/см2) с тем, чтобы можно было провести сравнение между современными коммерческими устройствами и вариантами осуществления солнечных элементов, обсужденных в настоящем раскрытии.[129] Taking into account the different requirements for satellites and spacecraft in terms of operational operating temperature, radiation exposure and service life, a number of sub-element designs can be achieved using the design principles of this disclosure, satisfying specific customer and flight program specific requirements, and several illustrative the embodiments are set out below along with calculating their end-of-life efficiency for comparison purposes. As described in more detail below, the performance of solar cells after irradiation with radiation was experimentally measured using an electron fluence of 1 MeV per square centimeter (abbreviated as e / cm 2 in the text) so that comparisons can be made between current commercial devices and embodiments. solar cells discussed in this disclosure.
[130] В качестве примера различных требований к программе полета, спутник на низкой околоземной орбите (LEO) будет, как правило, испытывать радиацию, эквивалентную флюенсу электронов 5×1014 на квадратный сантиметр (в дальнейшем используется запись "5E14 э/см2") в течение пятилетнего срока службы. Спутник на геосинхронной околоземной орбите (GEO) будет, как правило, испытывать радиацию в диапазоне 5×1014 э/см2-1×1015 э/см2 в течение пятнадцатилетнего срока службы.[130] As an example of various flight program requirements, a LEO satellite will typically experience radiation equivalent to an electron fluence of 5 × 10 14 per square centimeter (hereinafter referred to as "5E14 e / cm 2 " ) over a five-year service life. A satellite in geosynchronous low-earth orbit (GEO) will typically experience radiation in the range of 5 × 10 14 e / cm 2 - 1 × 10 15 e / cm 2 over a fifteen-year service life.
[131] Например, КПД (%) элемента, измеренный при комнатной температуре (RT) 28°C и высокой температуре (HT) 70°C в начале срока службы (BOL) и в конце срока службы (EOL), для стандартного коммерческого солнечного элемента с тремя переходами (ZTJ) представлен в таблице 1:[131] For example, cell efficiency (%) measured at room temperature (RT) 28 ° C and high temperature (HT) 70 ° C at the beginning of life (BOL) and at the end of life (EOL), for a standard commercial solar element with three transitions (ZTJ) is presented in table 1:
Таблица 1Table 1
[132] Для солнечного элемента, первоначально описанного в родственной заявке на патент США серийный номер 14/828,206, поданной 17 августа 2015 г. (и в соответствующей опубликованной европейской заявке на патент EP 3133650 A1), соответствующие данные представлены в таблице 2: [132] For a solar cell originally described in related US patent application Serial No. 14 / 828,206, filed August 17, 2015 (and corresponding published European patent application EP 3133650 A1), the corresponding data are presented in Table 2:
Таблица 2table 2
[133] Солнечный элемент, описанный в более ранних заявлениях заявителя, имеет несколько более высокий КПД элемента, чем стандартный коммерческий солнечный элемент (ZTJ) при BOL при температуре 70°C. Однако солнечный элемент, описанный в одном варианте осуществления раскрытия, демонстрирует значительно повышенный КПД (%) элемента по сравнению со стандартным коммерческим солнечным элементом (ZTJ) при переносе электронов энергией 1 МэВ, эквивалентном флюенсу 5×1014 э/см2, и значительно повышенный КПД (%) элемента по сравнению со стандартным коммерческим солнечным элементом (ZTJ) при переносе электронов энергией 1 МэВ, эквивалентном флюенсу 1×1015 э/см2.[133] The solar cell described in earlier claims by the applicant has a slightly higher cell efficiency than the standard commercial solar cell (ZTJ) at BOL at 70 ° C. However, the solar cell described in one embodiment of the disclosure exhibits significantly improved cell efficiency (%) over a standard commercial solar cell (ZTJ) with 1 MeV electron transfer equivalent to a fluence of 5 × 10 14 e / cm 2 , and significantly improved Efficiency (%) of the cell compared to a standard commercial solar cell (ZTJ) with 1 MeV electron transfer equivalent to a fluence of 1 × 10 15 e / cm 2 .
[134] Самый простой способ представить различные варианты осуществления настоящего раскрытия и их КПД по сравнению с КПД стандартного солнечного элемента, описанного выше, состоит в том, чтобы перечислить варианты осуществления с описанием состава каждого последующего подэлемента и их соответствующей ширины запрещенной зоны и затем расчетного КПД.[134] The simplest way to present the various embodiments of the present disclosure and their efficiencies as compared to the efficiency of the standard solar cell described above is to list the embodiments describing the composition of each subsequent subcell and their respective band gap and then the calculated efficiency ...
[135] Таким образом, для солнечного элемента с четырьмя переходами, который выполнен и описан в настоящем раскрытии, четыре варианта осуществления и их соответствующие данные по КПД в конце срока службы (EOL) представлены следующим образом:[135] Thus, for a four-junction solar cell that is made and described in the present disclosure, the four embodiments and their corresponding EOL data are represented as follows:
КПД при температуре 70°C после облучения при флюенсе 5E14 э/см2: 24,5%Efficiency at 70 ° C after irradiation with a fluence of 5E14 e / cm 2 : 24.5%
КПД при температуре 70°C после облучения при флюенсе 1E15 э/см2: 23,5%Efficiency at 70 ° C after irradiation with a fluence of 1E15 e / cm 2 : 23.5%
КПД при температуре 70°C после облучения при флюенсе 1E15 э/см2: 24,9%Efficiency at 70 ° C after irradiation with a fluence of 1E15 e / cm 2 : 24.9%
КПД при температуре 70°C после облучения при флюенсе 1E15 э/см2: 25,3%Efficiency at 70 ° C after irradiation with a fluence of 1E15 e / cm 2 : 25.3%
КПД при температуре 70°C после облучения при флюенсе 1E15 э/см2: 25,7%Efficiency at 70 ° C after irradiation with a fluence of 1E15 e / cm 2 : 25.7%
[136] Хотя различия в значениях ширины запрещенной зоны среди различных вариантов осуществления, описанных выше, то есть порядка 0,1-0,2 эВ, могут показаться относительно небольшими, такие корректировки приводят к удивительному и неожиданному увеличению КПД солнечного элемента EOL от 24,4%, о котором сообщалось в родственной заявке на патент США серийный номер 14/828,206, поданной 17 августа 2015 г. (и в соответствующей опубликованной европейской заявке на патент EP 3133650 A1) до 25,7% для солнечного элемента варианта 4 осуществления, описанного выше. Такое удивительное и неожиданное улучшение, вызванное относительно небольшим изменением ширины запрещенной зоны, подразумевает осознанный понятный изобретательский уровень по сравнению с родственной конфигурацией, описанной в родственной заявке и в публикации европейской патентной заявки, поскольку в области устройств солнечных элементов для космических применений даже небольшое повышение КПД обычно считается очень важными.[136] Although the differences in bandgap values among the various embodiments described above, i.e., on the order of 0.1-0.2 eV, may appear relatively small, such adjustments result in a surprising and unexpected increase in the efficiency of an EOL solar cell from 24, 4%, as reported in related US patent application Serial No. 14 / 828,206, filed August 17, 2015 (and in the corresponding published European patent application EP 3133650 A1) to 25.7% for the solar cell of embodiment 4 described above. Such a surprising and unexpected improvement, due to the relatively small change in band gap, implies a perceived understandable inventive step compared to the related configuration described in the related application and in the publication of the European patent application, since in the field of solar cell devices for space applications, even a small increase in efficiency is usually considered very important.
[137] Хотя в описанных вариантах осуществления настоящего раскрытия используется вертикальная стопа из четырех подэлементов, различные аспекты и признаки настоящего раскрытия могут применяться к стопам с меньшим или большим количеством подэлементов, то есть к элементам с двумя переходами, элементам с тремя переходами, элементам с пятью, шестью, семью и т.д. переходами.[137] Although the described embodiments of the present disclosure utilize a vertical stack of four sub-elements, various aspects and features of the present disclosure may apply to stacks with fewer or more sub-elements, i.e., two-jump members, three-jump members, five-jump members. , six, family, etc. transitions.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107300A RU2755630C2 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Four-junction solar cell for space applications |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107300A RU2755630C2 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Four-junction solar cell for space applications |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018107300A RU2018107300A (en) | 2019-08-28 |
| RU2018107300A3 RU2018107300A3 (en) | 2021-07-07 |
| RU2755630C2 true RU2755630C2 (en) | 2021-09-17 |
Family
ID=67903332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107300A RU2755630C2 (en) | 2018-02-28 | 2018-02-28 | Four-junction solar cell for space applications |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2755630C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120138130A1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-06-07 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Tunnel diodes comprising stress-compensated compound semiconductor layers |
| US20130118546A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-16 | Solar Junction Corporation | High Efficiency Multijunction Solar Cells |
| US20150034142A1 (en) * | 2012-04-12 | 2015-02-05 | Azur Space Solar Power Gmbh | Solar cell stack |
| RU2642524C1 (en) * | 2014-03-13 | 2018-01-25 | АЦУР СПЭЙС Золяр Пауер ГмбХ | Multijunction solar cell |
-
2018
- 2018-02-28 RU RU2018107300A patent/RU2755630C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120138130A1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-06-07 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Tunnel diodes comprising stress-compensated compound semiconductor layers |
| US20130118546A1 (en) * | 2011-11-15 | 2013-05-16 | Solar Junction Corporation | High Efficiency Multijunction Solar Cells |
| US20150034142A1 (en) * | 2012-04-12 | 2015-02-05 | Azur Space Solar Power Gmbh | Solar cell stack |
| RU2642524C1 (en) * | 2014-03-13 | 2018-01-25 | АЦУР СПЭЙС Золяр Пауер ГмбХ | Multijunction solar cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018107300A (en) | 2019-08-28 |
| RU2018107300A3 (en) | 2021-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11670728B2 (en) | Multijunction metamorphic solar cells | |
| US20140182667A1 (en) | Multijunction solar cell with low band gap absorbing layer in the middle cell | |
| US20180240922A1 (en) | Four junction solar cell and solar cell assemblies for space applications | |
| US20200027999A1 (en) | Multijunction solar cell and solar cell assemblies for space applications | |
| EP3514838B1 (en) | Four junction solar cell and solar cell assemblies for space applications | |
| EP3159942B1 (en) | Multijunction metamorphic solar cell assembly for space applications | |
| US20150357501A1 (en) | Four junction inverted metamorphic solar cell | |
| US10361330B2 (en) | Multijunction solar cell assemblies for space applications | |
| CN110047954B (en) | Quadruple-junction solar cells for space applications | |
| EP3159943B1 (en) | Multijunction metamorphic solar cell for space applications | |
| US20200274016A1 (en) | MULTIJUNCTION SOLAR CELLS ON BULK GeSi SUBSTRATE | |
| US11145776B2 (en) | Multijunction metamorphic solar cell for space applications | |
| EP3301727B1 (en) | Lattice matched multijunction solar cell assemblies for space applications and manufacturing method therefor | |
| EP3091583B1 (en) | Multijunction inverted metamorphic solar cell | |
| RU2755630C2 (en) | Four-junction solar cell for space applications | |
| US20220320358A1 (en) | Multijunction solar cells with shifted junction | |
| EP4235817A1 (en) | Multijunction metamorphic solar cells | |
| US20180226532A1 (en) | METHOD FOR FABRICATING MULTIJUNCTION SOLAR CELLS ON BULK GeSi SUBSTRATE | |
| US20220393055A1 (en) | Multijunction metamorphic solar cells | |
| EP4170732A1 (en) | Multijunction metamorphic solar cell | |
| US20230178679A1 (en) | Method of fabricating metamorphic multijunction solar cells for space applications | |
| EP3876291A1 (en) | Distributed bragg reflector structures in multijunction solar cells | |
| US11563133B1 (en) | Method of fabricating multijunction solar cells for space applications |