[發明專利]多結太陽能電池及其制造方法

無效

• 申請號: 201210007015.1
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102593229A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王偉明;朱忻;楊軍
• 申請（專利權）人: 朱忻
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/028;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及一種多結太陽能電池及其制造方法。

背景技術

作為一種清潔能源，太陽能電池一直是最有活力的研究領域。太陽能電池大致可分為三代。第一代為硅晶電池，可大致分為單晶硅和多晶硅兩種，其商業應用的歷史最長。第二代為薄膜太陽能電池，主要構成材料為非晶硅與二六族化合物半導體，常被運用于建筑一體化光伏發電。第三代即為以砷化鎵太陽能電池為代表的高效多結太陽能電池，其運用于太空領域已有較長的歷史，但由于砷化鎵電池的價格相對高昂，因此過去很少被用于地面及家庭消費。

為了降低砷化鎵的高昂價格所帶來的成本壓力，近年來提出在砷化鎵電池上搭配聚光光學單元而構成高倍聚光光伏組件，以利用較少面積的砷化鎵電池吸收較大面積的太陽光(一般大于100∶1)。

此外，為了獲得更高的對太陽光的轉化效率，使用覆蓋不同光譜的多結材料體系來形成電池。其中，出于晶格匹配的原因，技術較為成熟的一種多結砷化鎵電池由GaInP(磷化鎵銦，或稱鎵銦磷)、GaAs(砷化鎵，或稱鎵砷)和Ge組成。

如圖1所示，主流的在產技術三結砷化鎵電池中具有三個子電池，分別為GaInP、GaInAs和Ge子電池。各子電池覆蓋太陽光譜的不同波段，其中Ge對應0.67eV(因此能吸收太陽光譜中的波長較長的波段而發電)，GaInAs對應1.42eV(因此能吸收太陽光譜中的波長在中間的波段而發電)，而GaInP對應1.85eV(因此能吸收太陽光譜中的波長較短的波段而發電)。由于Ge的帶隙較低，對應1eV附近的太陽光譜波段(即，從右至左數第三個陰影區域)未被有效利用，因此，在標準的AM1.5太陽光譜(該光譜標準由ASTM制定，大約相當于晴天時太陽在水平面上方41.81度入射時所得到的太陽光譜)下，目前GaInP/GaInAs/Ge三結電池能實現的轉化效率約為32％。

因此，如圖1所示，雖然還未達到商業生產，但已經提出對上述三結砷化鎵結構的改進。其中構思一為使用對應1.25eV的新材料代替1.42eV的GaAs，使得未被有效利用的波段減少。而構思二則直接在Ge子電池與GaAs子電池之間插入帶隙約等于1.0eV的新材料。由此，構思二的各子電池對應吸收圖1左側部分所示的太陽光譜的從0.7eV到4eV左右的各個波段：GaInP層吸收1.85-4eV波段，然后GaAs層吸收透過來的1.42-1.85eV波段，然后Y材料層吸收透過來1.0-1.42eV波段，最后Ge層吸收透過來的0.67-1.0eV波段光線的能量。

盡管有上述的改進，本申請的發明人注意到上述改進均旨在提高整個電池的轉化效率，而基本未涉及成本的降低。

具體地說，無論是現在已在生產的由GaInP、GaAs和Ge組成的三結電池，還是已提出構思的理論上可獲得更高轉化效率的兩種改進方案，它們均在底部使用Ge子電池，即由較厚的Ge晶片襯底制成Ge子電池，然后依次氣相沉積出GaAs以及GaInP。但由于Ge資源本身的稀少，以及少數公司(比利時的Umicore以及美國的AXT)壟斷鍺晶片的生產，使得Ge晶片的價格十分昂貴，導致上述的三種方案的電池的成本難以下降。

因此，在CN101859814中，提出在硅襯底上生長InGaP/GaAs/Ge三結太陽能電池的方法以避開對較厚的Ge襯底的使用。但是正如該文獻所述，由于要處理由于Si和Ge之間的晶格失配問題，該方案的生長技術相當復雜，需要生長出應力過渡層和應力完全馳豫層。

因此，替代地，本申請的發明人想到用價格較低的硅材料直接替代上述Ge子電池，以機械壓合形成的導電連接代替基于氣相沉積技術的需要晶格匹配的接觸層，從而在工藝不明顯復雜的情況下消除對Ge晶片的使用，而顯著地降低電池的成本。同時Si子電池對應1.12eV的波段，對太陽光譜中位于1.42eV和1.12eV的波段的光子的利用也比Ge子電池更加充分。

發明內容

本發明旨在克服現有技術中存在的缺陷和問題的至少一個方面。

相應地，本發明的目的之一在于提供一種多結太陽能電池，包括：由GaAs子電池和GaInP子電池構成的雙結電池，并且GaAs子電池上具有第一金屬圖案；Si子電池，其具有第二金屬圖案，所述第二金屬圖案與所述第一金屬圖案至少部分對應；通過機械壓合由所述第一金屬圖案與所述第二金屬圖案構成的導電粘結層，所述導電粘結層使所述Si子電池與所述GaAs子電池形成的導電連接。