[發明專利]一種含有InAs量子點結構的多結太陽電池

無效

• 申請號: 201110417483.1
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102437227A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 張小賓;袁小武;李愿杰;江瑜;張中偉;胡蘊成
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01L31/076
• 分類號: H01L31/076;H01L31/0725
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 方強

技術領域

本發明屬于太陽能光伏技術領域，具體涉及一種含有InAs量子點結構的多結太陽電池。

背景技術

隨著現代工業的發展，全球能源危機和大氣污染問題日益突出，太陽能作為理想的可再生能源受到了許多國家的重視，開展太陽能電池研究、發展光伏產業對國家能源的可持續發展具有非常重要的意義。目前，太陽能電池的發展和利用中所遇到的一個主要問題就是光電轉換效率較低，太陽電池的性價比不高，尚且不能滿足大規模民用的需求。目前，已商用化的太陽能電池主要分為單晶硅、多晶硅、非晶硅和CdTe等薄膜電池。其中，單晶硅和多晶硅電池占了大約90％的市場份額，然而，它們的光電轉換效率不高，商用單晶硅電池的轉化效率約為16％到20%，多晶硅電池約為14％到16％。另外，由于硅材料本身性質的限制，硅電池的光電轉換效率很難再有較大的提高。因此，開發高效率的新型太陽能電池顯得尤為重要。

近些年來，國際上提出了第三代高效太陽電池的概念，并有很多科研單位進行了基礎性研究。第三代高效太陽電池主要包括多結太陽電池、量子阱電池、多能帶電池、熱載流子電池和量子點電池等。其中，多結太陽電池是第三代太陽電池的典型代表，其理論極限效率高達70%，遠遠高于以晶硅電池為代表的第一代電池和以硅基薄膜、CdTe、CIGS電池等為代表的第二代薄膜電池，未來發展潛力巨大。在實驗室研究方面，GaAs系疊層電池的光電轉換效率已達到43.5%（美國Solar?Junction公司）。

同時，量子點結構本身的很多優點使其在新型電池的研究中得到了廣泛的重視，除了可以在應用于量子點電池之外，還可以在多能帶電池和熱載流子電池等新型電池中起到關鍵作用。通過在p-i-n型太陽電池的i層中引入量子點超晶格結構，由于微帶效應，可以形成多能帶電池，從而有效利用不同波段的太陽光，提高電池轉換效率。其中，最簡單的就是量子點中間帶隙電池，根據理論預測，其極限效率高達63.2％（A.?Luque?and?A.?Marti,?Phys.?Rev.?Lett,?78?(1997)?5014）。目前，已經有相關學者開始在實驗室研究InAs/GaAs量子點太陽電池，并取得了相應的研究成果（A.?Marti,?Thin?Solid?Films,?511-512?(2006)?638-644）。

國際上對于多結太陽電池的研究主要集中在Ga_0.5In_0.5P/Ga_0.98In_0.02As/Ge三結電池上面，其子電池帶寬搭配為1.86/1.39/0.67eV，然而Geisz等人經過計算表明當三結電池的子電池帶寬搭配為1.86/1.34/0.93eV時，其聚光時光電轉換效率達到最高（J.?F.?Geisz,?et?al.?Appl.?Phys.?Lett.?93?(2008)?123505）。因此，選擇帶寬為0.67eV的Ge電池作為底電池在一定程度上限制了三結電池性能的進一步提高。而p-i-n型InAs/GaAs量子點太陽電池以非摻雜的InAs量子點周期結構作為吸收層，可以通過調節InAs量子點的周期、尺寸等參數，通過量子點超晶格的微帶效應來調節其有效吸收帶寬。Laghumavarapu等人的研究結果表明InAs/GaAs量子點太陽電池的有效吸收帶寬完全可以調節至0.9eV左右（R.?B.?Laghumavarapu,?et?al.?Appl.?Phys.?Lett.?91?(2007)?243115）。

那么，如果可以將InAs/GaAs量子點太陽電池應用的多結電池中，則可以大大提高多結電池的性能。

發明內容

本發明的目的在于提出一種含有InAs量子點結構的多結太陽電池，在其結構上選擇InAs/GaAs量子點太陽電池作為底電池，可以優化多結電池的子電池帶寬搭配，最終提高整體電池的光電轉換性能。

本發明的目的是由以下技術方案實現的：

一種含有InAs量子點結構的多結太陽電池，其特征在于：包括電極、多結太陽電池材料和減反射膜，所述多結太陽電池材料的上表面設置有減反射膜，減反射膜上方設置有電極，同時多結太陽電池材料的下表面也設置有電極；

所述多結太陽電池材料按照層狀結構從下至上包括有襯底、底電池、中間電池、頂層電池，所述襯底為半導體單晶片，底電池是p-i-n結構的InAs/GaAs量子點太陽電池，中間電池為GaInAs太陽電池，頂層電池為GaInP太陽電池，底電池與中間電池之間通過隧道結連接，中間電池與頂層電池之間通過隧道結連接。