CN105247685B - 先进的cpv太阳能电池组件处理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池组件结构(222)，所述太阳能电池组件结构用于支撑聚光光伏电池结构(3420)，并且包括半导体结构和二极管，其中，半导体结构包括：第一半导体区(2800)，所述第一半导体区的至少一部分用于放置聚光光伏电池结构；以及第二半导体区(2200)，所述第二半导体区用于在第二半导体区内或第二半导体区上实现二极管，并且其中，第一半导体区的用于放置聚光光伏电池结构的部分与第二半导体区不垂直交叠。

Description

先进的CPV太阳能电池组件处理
本发明总体涉及光伏发电机领域。具体地，涉及半导体结构和太阳能电池组件。
近年来，由于与从化石燃料发电相关联的成本增加，使得可再生能源技术获得关注。具体地，在多个可再生能源技术中，聚光光伏(CPV)技术是很多研究的主题。CPV相比非聚光光伏技术的优点源于以下事实：CPV可以通过将阳光经由透镜聚焦在较小的有源半导体区域上，来产生与大很多的非聚光光伏电池相同量的电力。由于该方法，因为所使用的材料的量减少，所以可以降低与光伏电池的制造相关联的成本。
然而，通过以这种方式聚集阳光，CPV系统倾向于在操作期间增加系统的温度。这对光伏转换的效率产生不利影响。因此，通常必须将CPV电池定位在能够从电池去除过多的热的结构(诸如无源或有源散热器)的顶部上。
另外，通常串联地放置多个CPV电池。在这种情况下，当仅一些串联连接的电池被阳光照射时，通常还将旁路二极管连接至每个电池以避免反向电压，这可能导致对电池的损坏。
将CPV电池放置在散热器上和将旁路二极管连接到每个CPV电池的这两个要求可以由图4A中表示的结构解决。
具体地，图4A示出太阳能电池组件6000的截面图，同时图4B示出相同太阳能电池组件的俯视图。更具体地，太阳能电池组件6000包括由导热和导电材料制成的散热器6100，在散热器6100的顶部上安装有光伏电池6420。光伏电池6420包括被示意性地表示为叠层6421-6424的多个半导体层，例如，多个p掺杂层和n掺杂层。具体地，光伏电池6420可以是III-V聚光光伏电池。太阳能电池组件6000还包括二极管6220。
二极管6220和光伏电池6420二者分别被定位在从顶部到底部为基板6230、6430、金属触点6240、6440、以及导电和导热胶、焊膏或粘合层6250、6450上。另外，二极管6220和光伏电池6420二者包括分别在其上表面上的前触点6210、6410。二极管6220和光伏电池6420二者的电后触点通过基板6230、6430、金属触点6240、6440、胶层6250、6450形成到导电散热器6100。
在每个二极管-光伏电池对中，二极管6220和光伏电池6420以逆平行方式连接。一个连接经由第一触点6210和6410之间的引线接合连接6300实现。其余连接通过散热器6100实现。散热器6100是导电的，以能够将后触点传递(report)至电接触焊盘6110。作为一个示例，标准Ge/GaAs/InGaP多结太阳能电池利用导电Ge基板，在该导电Ge基板上通过外延生长其它结。另外，二极管6220和光伏电池6420通过引线接合连接6310和6320连接至相邻二极管-光伏电池对。具体地，第一对的点A连接至第二对的点B等，以实现多个二极管-光伏电池对的串联连接。
该布置要求所有层6230-6250和6430-6450都是导电的。另外，所有那些层还必须是导热的，这是因为热必须主要从光伏电池6420经由不同元件消散到散热器6100中。另外，以这种方式实现的太阳能电池组件是昂贵的，这是因为光伏电池6420和二极管6220被提供为单独元件，并且要求很多单独制造步骤，例如，用于每个电池和每个二极管的拾取和放置处理。
专利文献US 2010/0243038公开了(参见图1)一种太阳能电池组件10，其中，基板12被用作多结太阳能电池20的载体。基板12的顶部包括二极管18，并且太阳能电池20经由导电接合材料34(诸如硅树脂、环氧树脂、焊料或铜焊)附接至基板12(参见第[0030]段)。
然而，这不能解决上述问题，因为接合材料34存在，层6230-6250和6430-6450二者为电阻和热阻。另外，二极管18沿着基板12的整个顶表面的定位致使触点42、40和46的放置难以制造。具体地，不能通过标准半导体技术实现触点40从基板12暴露。
另外，到基板12的背面上的触点42的连接很困难。而且，如果基板12被安装在散热器上，则触点42电连接至散热器，这在一些情况下可能是不期望的。
本发明的实施方式可以涉及一种太阳能电池组件结构，所述太阳能电池组件结构用于支撑聚光光伏电池结构，所述太阳能电池组件结构包括半导体结构和二极管，其中，半导体结构包括：第一半导体区，所述第一半导体区的至少一部分用于放置聚光光伏电池结构；以及第二半导体区，所述第二半导体区用于在第二区域内或第二区域上实现二极管，第一半导体区和第二半导体区不垂直交叠。
在一些实施方式中，太阳能电池组件结构还可以包括电接触焊盘，其中，第一半导体区与第二半导体区电接触，用于实现二极管、聚光光伏电池的放置和接触焊盘之间的低阻抗接触。
在一些实施方式中，第一半导体区和第二半导体区可以由半导体材料(特别是Si、Ge、SiGe)制成。
在一些实施方式中，半导体结构还可以包括电连接第一区域和第二区域的导电基板，特别是导电基板由金属材料(特别是Mo或W)制成。
在一些实施方式中，第一半导体区可以进行n型或p型高掺杂，特别是具有大于1E18cm-3的掺杂浓度。
在一些实施方式中，二极管可以包括第一掺杂区和第二掺杂区，并且其中，第一掺杂区和第二掺杂区具有不同的极性。
在一些实施方式中，二极管的极性可以是n型上p型，正极与前触点接触，并且负极与第一半导体区接触。
在一些实施方式中，半导体结构的第一半导体区可以具有与二极管的第二掺杂区相同类型的掺杂。
在一些实施方式中，第一和/或第二掺杂区可以经由扩散掺杂和/或外延生长来实现。
另外，本发明的实施方式可以涉及一种太阳能电池组件，所述太阳能电池组件包括根据任何先前实施方式的太阳能电池组件结构和在其上装配的聚光光伏电池结构，其中，聚光光伏电池结构被装配在第一半导体区的用于放置聚光光伏电池结构的部分上。
在一些实施方式中，聚光光伏电池和二极管可以特别是使用分子接合或者直接接合、热压接合或者金属接合来分别接合在第一半导体区和第二半导体区上。
在一些实施方式中，二极管可以以逆平行方式连接至聚光光伏电池结构。
在一些实施方式中，聚光光伏电池结构可以是由III-V化合物半导体(特别是InGaAs、InGaAsP、GaAs、InGaP)制成的多结电池。
在一些实施方式中，聚光光伏电池结构可以具有小于10μm的厚度。
在一些实施方式中，聚光光伏电池结构可以包括由p掺杂材料制成的底层，并且第一半导体区被p掺杂，并且分子接合被实现在p掺杂底层与第一半导体区之间，并且是p-p接合类型的。
在一些实施方式中，聚光光伏电池结构可以包括由n掺杂材料制成的顶层和由p掺杂材料制成的底层，并且还包括在所述底层上实现的p-n隧道二极管，第一半导体区被n掺杂，并且其中，分子接合被实现在隧道二极管的无n掺杂面与第一半导体区之间，并且是n-n接合类型的。
在一些实施方式中，太阳能电池组件结构和聚光光伏电池结构之间的面积比可以在从1.2比1至10比1的范围内，优选从2比1至4比1。
在一些实施方式中，太阳能电池组件还可以经由粘合剂被安装在散热器上。
本发明的实施方式还可以涉及在晶圆上实现的根据任何先前实施方式的多个太阳能电池组件结构，晶圆具有2”、4”、6”、8”、11”或400cm的优选直径，优选由硅或钼上硅制成。
在下文中，将使用有利的实施方式并参照附图，通过举例的方式更详细地描述本发明。然而，所描述的实施方式仅可能是上述单独特征可以彼此独立实现或者可以被省略的配置。图中所示的相同元件可以被提供有相同的参照标记。与在不同附图中所示的相同元件相关的描述部分可以被省略。在附图中：
图1A至图1C示出根据本发明的实施方式的太阳能电池组件结构111、太阳能电池组件1000和太阳能电池组件结构111的实现；
图2示出根据本发明的又一实施方式的太阳能电池组件2000和太阳能电池组件结构222；
图2A至图2C示出根据本发明的又一实施方式的二极管2220的可能实现；
图3A和图3B示出根据本发明的又一实施方式的太阳能电池组件5000和太阳能电池组件结构333；
图4A和图4B示出根据现有技术的太阳能电池组件6000。
现在将参照特定实施方式描述本发明。对本领域技术人员而言将明显的是，来自任何实施方式的特征和可选方案可以彼此独立地与任何其它实施方式的特征和可选方案组合。
具体地，图1A和图1B分别示出根据本发明的实施方式的太阳能电池组件1000和太阳能电池组件结构111的截面图和俯视图。
更具体地，在图1A中，作为整个二极管或者仅二极管的一部分的二极管6220和光伏电池6420直接接合到半导体结构1800上。直接接合可以通过使用标准半导体技术(诸如分子接合或者直接接合、激光焊接、热压接合、金属接合等)以多种方式实现。对于后者，在光伏电池6420与半导体结构1800之间、以及二极管6220与半导体结构1800之间提供金属层(在图1A中未示出)。具体地，光伏电池接合在半导体结构1800的第一半导体区上。类似地，二极管接合在半导体结构1800的第二半导体区上。这样限定的第一区域和第二区域是由半导体结构1800形成的更宽的半导体区域的一部分，并且不垂直交叠。二极管由此被定位在光伏电池旁边，并且没有布置在光伏电池顶部或下面。太阳能电池组件结构111包括半导体结构1800和二极管6220。
电接触焊盘6110实现在半导体结构1800上而非散热器6100上。例如，接触焊盘6110可以被放置在半导体结构的背面上，然而，更优选地，在前侧实现所有触点，特别是接触焊盘6110，使得到其它太阳能电池组件的连接更容易。类似于触点6210、6410，所述触点可以通过金属沉积、图案化、印刷等被实现。二极管6220用作对可能偶然流过光伏电池6240并且损害光伏电池的反向电流的防护，并且二极管6220和光伏电池6240二者具有相反的极性，或者通常已知以逆平行方式连接。
半导体结构1800或者太阳能电池组件结构111可以具有在从2mm乘2mm到50mm乘50mm范围内的横向尺寸。半导体结构1800或者太阳能电池组件结构111的垂直尺寸可以在0.05mm至2mm的范围内。半导体结构1800可以以硅、SiGe、Ge、或者金属基板或金属化合物基板上任何半导体(特别是钼或钨上硅)，以及其任何组合中的任一种实现，如例如还关于图3A描述的。
这种结构的优点在于，去除了在参照现有技术的图4A中所示的层6240、6250以及6440、6450并由接合替代。这改进了从二极管6220的后触点到光伏电池6420的后触点的导电。另外，还改进了热传输，这是因为热必须经过更少的材料。此外，由于半导体结构1800用作热扩散器，所以改进了热消散，使得热更好地消散到散热器6100中。另外，与类似拾取和放置的制造技术相比，上述接合技术(特别是直接接合)使得光伏电池的处理更谨慎。这在图1A中由基板层6230和6430的不存在示意性地表示。因此，有利实施方式允许使用具有在微米范围内(特别在10μm以下)的厚度的薄的多结太阳能电池，例如，直接接合至半导体结构1800。这些接合技术仅在具有低表面粗糙度的合适目标基板上是可以的，这是因为目标基板是用于上述半导体结构1800的情况，其表面可以通过蚀刻或者抛光技术容易地制备。
如果仅通过半导体结构1800传递热不充分，则可以将半导体结构1800或者太阳能电池组件结构111经由粘合剂1810安装在散热器6100上。然而，与图4A的情况相反，粘合剂1810不一定必须是导电的，而是可以仅是导热的，由此仅必须优化该参数。因此，粘合剂1810可以从更广泛的材料，特别是热粘合剂、胶或润滑脂(例如，类似硅胶热化合物或者含碳胶)中选择，使得进一步改进到散热器6100的热传递，减小热应力，伴随着可靠性的提高和成本的降低。这意味着太阳能电池组件1000可以被实现为使得例如通过使用电绝缘粘合剂1810，在散热器6100与二极管6220和光伏电池6420之间不存在电连接。这提供了又一优点：单个散热器6100可以被用作多个太阳能电池组件1000的基底(basis)。半导体结构1800与光伏电池6420、二极管6220、以及各个触点6210、6410和6110一起作为最终的、电可寻址太阳能电池组件，并且甚至在单独半导体结构1800在图1C中所示的晶圆级分离并且安装到散热器6100之前也会如此。这提供以下优点：这些太阳能电池组件可以在最终安装到散热器6100之前并且在太阳能电池模块中进行电测试，并且能够挑选出特定(特别是有缺陷的)太阳能电池组件，从而提高太阳能电池模块的总体良品率和寿命。
虽然图1A和图1B的实施方式已经示出二极管6220直接接合至半导体结构1800，但是本发明不限于此。另选地或者另外地，在来自二极管6220的热消散相比来自光伏电池6420的热消散较不关键的情况下和/或当到二极管的电连接不关键时，二极管6220可以在如图4A中的叠层6230、6240、6250上实现。光伏电池6420和二极管6220的后触点通过半导体结构1800的掺杂确保，半导体结构1800例如通过在图1A中的电接触焊盘6110下面的延伸部与接触焊盘6110电接触。
还另选地或另外地，二极管可以在半导体结构1800内实现，如参照图2描述的，形成太阳能电池组件结构222。还另选地，二极管可以部分在半导体结构1800内部实现并且部分在半导体结构1800外部实现。例如，这可以通过具有在半导体结构1800外部的第一类型的掺杂，以及在半导体结构1800内部的第二相反类型的掺杂来实现。在半导体结构1800外部实现的二极管的部分可以通过合适的外延生长或者如已经描述的接合技术来实现。而在半导体结构1800内部实现的二极管的部分可以通过合适的掺杂(例如，扩散掺杂)来实现。
本领域技术人员将清楚，太阳能电池结构6420或者二极管6220的极性从p型上n型到n型上p型的任何改变都是可以的，只要保持太阳能电池与旁路二极管的极性相反即可。在太阳能电池结构3420下面或者在二极管2220下面的隧道二极管可以被用于进行n型半导体层和p型半导体层之间的欧姆接触。
图1A和图1B中所示的半导体结构1800可以是如图1C中示意性示出的较大晶圆800(具体地，标准尺寸的硅晶圆，特别是6”、8”或12”硅晶圆)的一部分。半导体技术已知的良好控制处理(类似外延生长或扩散掺杂)的使用允许在成本效益且经济的处理中在这样的晶圆800上同时制造大量的半导体结构1800，而在现有技术的太阳能电池组件制造中这还是无法实现的。图1C示意性地示出切割线700。切割可以通过蚀刻、钻石切割、锯开、激光分离、或者在半导体技术领域中使用的任何其它技术来实现。可以获得多个半导体结构1800或者太阳能电池组件结构111。还可以在晶圆800的切割或分离之前或者之后，例如通过多个传递处理，将光伏电池6420装配在晶圆800上。这种处理允许在晶圆级将光伏电池装配在基于硅的功能性半导体结构上，允许以并行和同时方式制备庞大数量的太阳能电池组件，每个太阳能电池组件都是电完全可寻址的和可测试的。
具体地，图2示出根据本发明的又一实施方式的太阳能电池组件2000和太阳能电池组件结构222的截面图。
具体地，在图2中，图1A的实施方式的光伏电池6420由光伏电池3420替换。光伏电池3420是包括多层3421-3424的多结光伏电池，特别是III-V聚光光伏电池。所述层被层叠以实现串联的多个光敏层或p-n结。光敏层的数量(全部CPV结)优选地包括在3至6的范围内，但是不限于此。层3421-3424可以包括通过足够隧道二极管连接的GaInP、GaAs、AlGaAs、GaInAs以及GaInAsP或者GaInNAS和Ge的光敏层。附加阻挡层可以包括在光敏pn结与隧道二极管之间，作为光伏电池3420的一部分。甚至更具体地，底层3424的掺杂类型被选择为形成到半导体结构2800的低欧姆电阻。例如，如果半导体结构2800是n型硅层，则底层3424的掺杂也可以是n型的。以此方式，改进了底层3424在半导体结构2800上的直接接合。然而，本发明不限于此。例如，如果必要，底层3424可以为p型，并且半导体结构为n型。因此，半导体基板的表面的附加表面激活可以在两个接触表面之间产生合适的隧道二极管行为。另外，在一些实施方式中，如果必要，底层3424的极性可以通过引入附加额外隧道二极管而被选择为p型或n型。半导体结构2800和第一区域与第二区域被充分掺杂，以确保光伏电池3424的背面与二极管2220，还有电接触焊盘6110之间的良好的电接触。
半导体结构2800或者太阳能电池组件结构222可以具有在从2mm乘2mm到50mm乘50mm范围内的横向尺寸。半导体结构2800或者太阳能电池组件结构222的垂直尺寸可以在0.05mm至2mm的范围内。半导体结构2800可以以硅、SiGe、Ge、或者金属基板或金属化合物基板上任何半导体(特别是钼或钨上硅)，以及其任何组合中的任一种来实现，如例如还关于图3A描述的。
更具体地，在图2中，图1A和图1B的二极管6220由二极管2220代替，二极管2220在半导体结构2800内实现。在该情况下，区域2220对应于以上定义的第二半导体区，参照图1A的描述，同时半导体结构2800的至少与光伏电池3420的底侧交叠的部分对应于以上定义的第一半导体区，如以上参照图1A的描述已经定义的。
在此，以及在其余描述中，术语二极管通常将被解释。因此，二极管2220可以通过提供由附图标记2220标识的区域的掺杂(其与其余半导体结构2800的掺杂相反)来实现。例如，半导体结构2800可以掺杂有n型掺杂，同时二极管2220(其可能要求两个极性)可以掺杂有p型掺杂，或者反之亦然。另选地，二极管可以通过提供p型和n型掺杂来实现，从而在由附图标记2220标识的区域中实现p-n结二极管。还另选地或者另外地，二极管可以通过金属半导体触点(例如，通过将金属放置在由附图标记2220标识的区域上)来实现。以下，为了便于说明，所有这些和等效二极管技术替换物都被称为二极管2220。例如，在图2A至图2C中，示出二极管2220的三种可能实现。
在图2A中，二极管包括可以是低p掺杂(具体地，具有达到1E17cm-3的值)或者高p掺杂(具体地，具有大于1E17cm-3的值)的第一掺杂区2220A。与掺杂区2800A的高n掺杂(具体地，具有大于1E18cm-3的值)接触的第一掺杂区2220A提供围绕那个接触区域的二极管2220。高掺杂区2800A另外不仅提供到光伏电池3420的后触点，而且确保到电接触焊盘6110的电接触。低掺杂区的值可以包括在5E15cm-3至1E17cm-3之间，并且高掺杂区的值可以包括在1E17cm-3与5E20cm-3之间。实际使用的值取决于在太阳能电池组件结构222中电池与二极管之间所涉及的距离，并且还取决于电池的电特性。仿真被用于预先确定用于设想的架构的这些值。
在图2B中，低n掺杂区2220B围绕p掺杂区2220A。用于该掺杂的值可以类似于参照图2A公开的那些。区域2220A和2220B的接触区提供二极管2220。在此，作为第一半导体区的导电部分的第三掺杂区2800B可以进行高n掺杂，具体地，具有大于1E18cm-3的值，确保到电接触焊盘6110和光伏电池3420的低欧姆后触点。这种构造的优点在于，掺杂区2220B的低n掺杂提供二极管2220的低反向电流，并且电池的性能不受二极管影响。在此，以上定义的第二区域是掺杂区2220B和掺杂区2220A的组合。
图2C示出又一实施方式，其中，除了在与光伏电池3420和电接触焊盘6110主要交互的表面上的、用作将第一半导体区和第二半导体区电接触的第一半导体区的导电部分的第三掺杂区2800C的存在之外，掺杂区2220B被扩大到在半导体结构2800上方延伸的掺杂区2220C中，并且因此，掺杂区2800C用作掺杂区2800B。用于掺杂的值可以类似于参照图2A公开的那些值。在此，以上定义的第一半导体区对应于掺杂区2800C的与光伏电池3420的底侧交叠的部分，同时第二半导体区对应于掺杂区2220A和2220C之间的接触区域。
在图2A至图2C的三种实现中，光伏电池3420的最顶层3421可以被n掺杂。这将使得最底层3424被p掺杂。为了避免层3424与掺杂区2800A、2800B、2800C之间的p-n连接，在本发明的附加实施方式中，可以在层3424中使用附加隧道二极管(未示出)，以将底层3424的极性更改为n型。具体地，具有面对光伏电池3420的p掺杂面和面对掺杂区2800A、2800B、2800C的n掺杂面的隧道二极管导致在掺杂区2800A、2800B、2800C一侧的n-n接合。与具有不同类型掺杂的层的接合相比，相同类型掺杂的层之间的直接接合受欢迎。而且，当被放在光敏pn结的背面上时，附加隧道二极管不引入光学损耗，并且具有材料的更多选择，所述材料可以在任何范围的波长(特别是光敏层将吸收的范围)内用作光吸收，并且不再被避免。通常，建立电池和二极管之间的逆平行连接，例如，通过使用p掺杂区2220A以及n掺杂区2800A、2800B、2800C、2220B或者2220C获得的。
本领域技术人员将清楚，光伏电池3420或者二极管2220内部的极性从n/p到p/n的任何改变都是可以的，只要保持太阳能电池和旁路二极管的极性相反即可。在光伏电池3420下面的隧道二极管可以被用于进行n型半导体层与p型半导体层之间的欧姆接触。
本领域技术人员将清楚，所有上述实现可以按照多种方式进行组合。
通常，二极管2220可以通过以5E15cm-3至5E20cm-3的范围内的浓度，使用P、Sb、As(例如，对于Si中的n型)或者B、Ga、In(例如，对于Si中的p型)掺杂半导体结构2800来实现。二极管2220在半导体结构2800内的实现可以通过半导体技术处理来实现，在将半导体结构2800结合到太阳能电池组件2000的其它元件之前，通过单独处理半导体结构2800来实现。
因此，代替独立地实现二极管6220并且然后将其装配在散热器上(如图4A中)或者半导体结构1800上(如图1A中)，二极管2220可以直接实现在半导体结构2800上或者作为半导体结构2800的一部分。这提供了例如在较大晶圆800(在图1C中示意性地示出)上实现大量并联二极管的可能性，从而提高制造处理的效率和输出并且降低成本。
另外，如图2中所示，二极管2220被放置在光伏电池3420的一侧上。换句话说，二极管2200和光伏电池3420可以不垂直交叠。这对在参照图2A至图2C描述的实施方式中的定义二极管2200的接触区域也是有效的。更普遍地，二极管2220被放置为使得二极管2220的顶表面与光伏电池3420的顶表面之间的连接例如经由触点6210和6410以及引线接合连接6300成为可能。与以上识别的现有技术相比，这提供了在半导体结构2800的背面上不要求电连接的有利优点。另一方面，到相邻太阳能电池组件2000的电连接可以通过电连接到太阳能电池组件2000的正表面上的触点6110和6210来实现。
而且，二极管2220放置在光伏电池3420的一侧上提供了二极管不在光伏电池3420的热消散路径中的又一优点。
半导体结构1800和2800可以有利地用作光伏电池6420和3420的载体，由于小厚度，导致其可能另外仅对于随后的拾取和放置处理不稳定。具体地，光伏电池6420或者3420可以使用已经描述的拾取和放置方法放置，或者晶圆接合。光伏电池6420或3420与半导体结构1800和2800之间的面积比可以在从1.2比1至10比1的范围内，尤其是在2比1至4比1的范围内。这导致半导体结构比光伏电池6420和3420大很多，这使得能够实现二极管6220或者2220以及电接触焊盘6110，并且便于随后制造处理，例如，实现针对拾取和放置处理的更好的处理。例如，较大半导体结构1800和2800在散热器6100上的胶合比较小光伏电池6420或3420的胶合更容易，降低了损坏例如电池的敏感元件的风险。
图3A和图3B分别示出根据本发明的又一另选实施方式的太阳能电池组件5000和太阳能电池组件结构333的截面图和俯视图。在此，第一半导体区和第二半导体区的定义符合针对图2的实施方式提供的定义。
具体地，图3A和图3B不同于图2中所示的实施方式，这是因为半导体结构5800在至少两个掺杂区5820和5830中掺杂有不同等级的掺杂，并且通过区域5821示意性地示出分离。两个掺杂区5820和5830的这种分离可以例如通过掩蔽各个区域，局部限制扩散掺杂来获得。例如，参见图3A，区域5820和5830可以被更严格地限制在光伏电池6420的交叠区域或者二极管的区域2220周围。这由图3A中的围绕区域2220、光伏电池6420、电接触焊盘6110的虚线表示。区域5821不如其它区域5820和5830更具传导性。二极管2220和光伏电池6420之间的后触点通过经由掺杂区5820和5830被进一步包括在半导体结构5800中的导电基板5810来确保，掺杂区5820和5830电连接至导电基板5810。总体(ensemble)5800和5810可以是例如钼(Mo)或钨(W)上硅(Si)结构，Mo或W确保二极管2220、光伏电池6420与电接触焊盘6110之间的后触点，然而Si层可以被容易地处理，以获得掺杂区5820、5830、2220等。这提供以下优点：获得由具有良好导电性的很便宜的Mo基板上Si的薄层提供的相对低成本的基板，Si的薄层具有集成功能，例如，二极管与电池和二极管的后触点经由高掺杂区5820和5830到Mo基板。另外，掺杂区可以被形成在例如围绕光伏电池的位置的更小范围。这由图3A中的虚线框5840示意性地示出。从而通过便宜很多的背基板确保了后触点，而通过结构5800的半导体处理获得功能化前。
更具体地，掺杂区5820经由导电基板5810电连接，其中，掺杂区5820包括以上定义的第二半导体区，并且掺杂区5820可以具有比掺杂区5830更低的掺杂，掺杂区5830包括以上定义的第一半导体区。由于这种布置，可以实现用于二极管2220的低反向电流，同时仍然具有经过掺杂区5830的低电阻路径。低反向电流是有利的，这是因为当二极管2220在光伏电池的正常操作期间被反向偏置时，二极管222通过减小流过二极管的电流而降低损耗。
在一些实施方式中，掺杂区5820的掺杂可以在5E15cm-3至5E17cm-3的范围内，同时掺杂区5830的掺杂可以在1E18cm-3至5E20cm-3的范围内。在Si或者SiGe的情况下，用于掺杂区5820和/或5830的掺杂的材料可以是B、Ga、P、Sb、As、In。
虽然掺杂区5830被示出为延伸到半导体结构5800的底部并且延伸到其边界，但是本发明不限于此。另选地，掺杂区5830可以被成形，以便提供围绕太阳能电池6420的300nm至2mm范围内的厚度的掺杂层。类似地，掺杂区5820还可以被局部限制在2220周围。
虽然图3A和图3B的另选实施方式已经参照图2的实施方式被实现，但是本发明不限于此。另选地或者另外地，图3A和图3B的实施方式还可以与图1A、图1B和图2A至图2C的实施方式组合来实现。
上述实施方式中提到的所有触点都可以由类似Au、Ag、Ti、Pd、Pt、Zn、Ge、Ni等的材料构成，或者更普遍地，可以被镀覆以实现更好的传导性。
在上述实施方式中提到的任何掺杂区都可以经由扩散掺杂和/或外延生长来实现。
而且，本领域技术人员将清楚，就具有相同掺杂极性的面对区域而言，上述n-p极性可以相互颠倒，同时仍然获得相同有利效果。
本领域技术人员还将清楚，不同实施方式仅是本发明的示例，并且来自实施方式的特征可以根据实施方式以多种有利方式组合。

Claims (23)

1.一种太阳能电池组件结构(111、222、333)，所述太阳能电池组件结构(111、222、333)用于支撑聚光光伏电池结构(3420、6420)，所述太阳能电池组件结构(111、222、333)包括半导体结构(1800、2800、5800)和二极管(6220、2220)，
其中，所述半导体结构包括：
第一半导体区(1800、2800、2800A、2800B、2800C、5830)，所述第一半导体区的至少一部分用于放置所述聚光光伏电池结构，以及
第二半导体区(2200、2220A、2220B、2220C、5820)，所述第二半导体区用于在第二区域内或第二区域上实现所述二极管，
所述第一半导体区和所述第二半导体区不垂直交叠，
其中，所述聚光光伏电池结构和所述二极管分别导电地接合在所述第一半导体区和所述第二半导体区上，
并且其中，所述第一半导体区被n型或p型高掺杂，具有大于1E18cm-3的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池组件结构(111、222、333)，所述太阳能电池组件结构还包括电接触焊盘(6110)，其中，所述第一半导体区与所述第二半导体区电接触，用于实现所述二极管、所述聚光光伏电池的放置和接触焊盘(6110)之间的低电阻接触。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池组件结构(111、222、333)，其中，所述第一半导体区和所述第二半导体区由半导体材料制成。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池组件结构(111、222、333)，其中，所述半导体材料是Si、Ge、或SiGe。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池组件结构(111、222、333)，所述半导体结构还包括将第一区域和所述第二区域电连接的导电基板(5810)，所述导电基板由金属材料制成。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池组件结构(111、222、333)，其中，所述金属材料是Mo或W。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池组件结构，其中，所述二极管包括第一掺杂区(2220A)和第二掺杂区(2800A、2220B、2220C)，并且其中，所述第一掺杂区和所述第二掺杂区具有不同的极性。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池组件结构，其中，所述二极管的极性是n型上p型，正极与前触点(6210)接触，并且负极与所述第一半导体区接触。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池组件结构，其中，所述半导体结构的所述第一半导体区具有与所述二极管的所述第二掺杂区相同类型的掺杂。
10.根据权利要求7所述的太阳能电池组件结构，其中，所述第一掺杂区和/或第二掺杂区经由扩散掺杂和/或外延生长来实现。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的多个太阳能电池组件结构，所述多个太阳能电池组件结构在晶圆(800)上实现，所述晶圆(800)具有2”、4”、6”、8”、11”或400cm的直径。
12.根据权利要求11所述的多个太阳能电池组件结构，所述晶圆(800)由硅或者钼上硅制成。
13.一种太阳能电池组件(1000、2000、5000)，所述太阳能电池组件(1000、2000、5000)包括根据前述权利要求中的任一项所述的太阳能电池组件结构和在所述太阳能电池组件结构上装配的聚光光伏电池结构(3420、6420)，其中，所述聚光光伏电池结构被装配在所述第一半导体区的用于放置所述聚光光伏电池结构的部分上。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，其中，所述聚光光伏电池和所述二极管使用分子接合或直接接合、热压接合、或者金属接合分别接合在所述第一半导体区和所述第二半导体区上。
15.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，其中，所述二极管(2220，6220)以逆平行方式连接至所述聚光光伏电池结构。
16.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，其中，所述聚光光伏电池结构是由III-V化合物半导体制成的多结电池。
17.根据权利要求16所述的太阳能电池组件，其中，所述聚光光伏电池结构是由InGaAs、InGaAsP、GaAs、或InGaP制成的多结电池。
18.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，其中，所述聚光光伏电池结构具有小于10μm的厚度。
19.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，其中，所述聚光光伏电池结构包括由p掺杂材料制成的底层，并且所述第一半导体区被p掺杂，并且分子接合被实现在p掺杂底层与所述第一半导体区之间，并且是p-p接合类型。
20.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，其中，所述聚光光伏电池结构包括由n掺杂材料制成的顶层和由p掺杂材料制成的底层，并且还包括在所述底层上实现的p-n隧道二极管，所述第一半导体区被n掺杂，
并且其中，分子接合被实现在所述隧道二极管的无n掺杂面与所述第一半导体区之间，并且是n-n接合类型。
21.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件结构与所述聚光光伏电池结构之间的面积比在从1.2比1到10比1的范围内。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件结构与所述聚光光伏电池结构之间的面积比在2比1到4比1的范围内。
23.根据权利要求13所述的太阳能电池组件，所述太阳能电池组件还经由粘合剂(1810)被安装在散热器(6100)上。
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