[發(fā)明專利]高效三結太陽能電池及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210038878.5
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN103258872A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設計）人: 畢京鋒;林桂江;劉建慶;王良均;熊偉平;宋明輝
• 申請（專利權）人: 廈門市三安光電科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/078;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種高效應變補償三結太陽能電池及其制作方法，屬半導體材料技術領域。

背景技術

近年來，太陽能電池作為實用的新能源，吸引了越來越多的關注。它是一種利用光生伏打效應將太陽能轉化成電能的半導體器件，這在很大程度上減少了人們生產(chǎn)生活對煤炭、石油及天然氣的依賴，成為利用綠色能源的最有效方式之一。隨著聚光光伏技術的發(fā)展，Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體太陽能電池因其高光電轉換效率而越來越受到關注。

目前，制約Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙之一是其組件成本高，最終導致太陽能發(fā)電的成本較高。降低太陽能電池發(fā)光成本的最關鍵在于進一步提高太陽電池的光電轉換效率。影響多三結III-V族太陽能電池的光電轉換效率的主要因素包括：晶格匹配、電流匹配和能帶隙分布。多結Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池各子電池短路電流越接近（匹配程度越高），對光譜的利用程度也就越高，對于三結或三結以上的太陽能電池，最高效率材料組合均需要帶隙在1.0eV附近的材料來滿足電流匹配條件。

對于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體領域來言，在Ge襯底上外延生長晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge?三結太陽能電池是一項比較成熟的技術，其在無聚光條件下光電轉換效率最大達41%。在晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge三結太陽電池中，Ge底電池帶隙為0.66eV，AM1.5D條件下，其光電流密度Jph≈27.0mA/cm2，為GaInP/GaAs/Ge三結疊層太陽電池光電流的兩倍，而多結電池的工作電流由各子電池中短路電流最小的電池決定，因此電流不匹配使得Ge底電池效率降低。解決這一問題的方法就是尋找?guī)稙??eV的子電池來取代Ge子電池，實現(xiàn)三結電池電流匹配。普遍采用的候選材料是In_0.3Ga_0.7As（1eV），但其晶格常數(shù)與GaAs襯底或者Ge襯底不匹配，為了克服這一晶格失配要引入漸變緩沖層，但是漸變緩沖層的晶體質量極大地影響著電池效率。中國專利申請公開案“一種電流匹配和晶格匹配的高效率三結太陽電池”（申請?zhí)朇N200910019869.X）提出了應用應變補償超晶格作為子電池實現(xiàn)了電流匹配和晶格匹配，但其各子池的能帶隙分布為1.65~1.75eV/1.0eV/0.67eV，僅為捕獲太陽光譜的次佳選擇，太陽能電池轉換率有限，且用昂貴的Ge襯底，成本較高。

理論上，三結太陽能電池的能帶隙分布為?1.8~1.9eV/1.2~1.5eV/0.9~1.0eV為捕獲太陽能光譜的最佳選擇，其轉化效率會更高。安科太陽能公司（Emcore?Solar?Power,?Inc）提出了倒裝變形多結太陽能電池InGaP/GaAs/InGaAs，其滿足了上述能帶隙分布，但倒裝生長過程復雜，后續(xù)的工藝更加復雜，大大限制了這項技術在工業(yè)上的應用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)在技術中的上述問題，本發(fā)明提出了一種高效三結太陽能電池及其制作方法。該三結太陽能電池的能帶隙分布滿足了捕獲太陽能光譜的最佳選擇，且電流匹配和晶格匹配，有效提高了三結太陽能電池的光電轉換效率；其制作方法采用生長襯底雙面生長的方式，克服倒裝生長后期帶來的繁瑣工藝，提高了產(chǎn)品良率。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種高效三結太陽能電池，其包括：生長襯底，其具有兩個拋光表面；底電池，由應變補償超晶格結構構成，倒裝生長于生長襯底的背面，具有一第一帶隙，其等效晶格常數(shù)與生長襯底的晶格常數(shù)匹配；中電池，形成于生長襯底正面上，其具有大于第一帶隙的第二帶隙，其晶格常數(shù)與生底襯底匹配；頂電池，形成于中電池之上，其具有一大于第二帶隙的第三帶隙，且晶格常數(shù)與中電池晶格常數(shù)匹配。

在本發(fā)明中，生長襯底為經(jīng)雙面拋光處理的超薄襯底，可選用p型厚度為200~250微米的GaAs襯底。所述中電池以生長襯底為基區(qū)，其帶隙為1.4~1.5eV。頂電池的材料為InGaP，其帶隙為1.8~1.9eV。底電池的帶隙為0.9eV～1.1?eV,?等效晶格常數(shù)為5.65??～5.66??；發(fā)射區(qū)的材料為GaAs，基區(qū)由應變補償GaAsP/GaAs/GaInAs超晶格構成，等效晶格常數(shù)與GaAs匹配。應變補償GaAsP/GaAs/GaInAs超晶格中，勢壘層GaAsP的厚度為5～10nm；中間的GaAs隔離層很薄，其厚度小于5nm，起到緩沖應力，調整晶格常數(shù)的作用；GaInAs電池的In組份為0.3～0.4，優(yōu)選值為0.3。進一步地，可在底電池的下方設置分布式布拉格反射層。前述高效三結太陽能電池的下方（即底電池的下方）可鍵合一支撐襯底，用以增加電池的機械強度。