[發(fā)明專利]三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210155004.8
• 申請(qǐng)日: 2012-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN102651418A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于淑珍;董建榮;李奎龍;孫玉潤(rùn);趙勇明;趙春雨;楊輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): H01L31/0687
• 分類號(hào): H01L31/0687;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 上海翼勝專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其涉及三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，相比于占據(jù)大部分民用市場(chǎng)的單晶和多晶Si太陽(yáng)能電池，成本較高的III-V族化合物半導(dǎo)體聚光多結(jié)電池由于可以通過(guò)合適的帶隙組合，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光的寬光譜吸收，因此在轉(zhuǎn)化效率上占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。近些年，高倍聚光技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，為降低其成本提供了一條有效的途徑，并且聚光多結(jié)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)40%，預(yù)期效率能達(dá)到45%-50%。但其襯底的高成本、機(jī)械性能差、面積小以及工藝集成度不高以及電池原材料成本等問(wèn)題，依舊制約其在民用市場(chǎng)中的推廣與發(fā)展。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)力和民用市場(chǎng)的大規(guī)模需求，使人們不斷尋求聚光技術(shù)之外的降低電池成本、提高襯底機(jī)械性能、增大電池面積以及保持高效率的方法與途徑。目前技術(shù)較為成熟、應(yīng)用較多的GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池，在一個(gè)太陽(yáng)下目前達(dá)到的最高轉(zhuǎn)換效率為32%-33%。但是受晶格匹配的制約，該三結(jié)電池中Ge電池覆蓋較寬的光譜，對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)光譜的能量沒(méi)有被充分轉(zhuǎn)換利用，使其短路電流最大可達(dá)到另外兩結(jié)電池的2倍。如果以Si代替Ge襯底制備帶隙組合為1.96、1.48和1.1eV的三結(jié)太陽(yáng)能電池，在實(shí)現(xiàn)電流匹配的同時(shí)可以獲得更高的開路電壓，從而可以進(jìn)一步提高三結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池及其制備方法。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池包括Si子電池，以及在所述Si子電池上依次設(shè)置的漸變過(guò)渡層、第一隧道結(jié)、GaAsP子電池、第二隧道結(jié)、GaInP子電池和GaAsP接觸層。

所述Si子電池包含材料為P型Si的第一基區(qū)、N型Si的第一發(fā)射區(qū)和N型GaP的第一窗口層，所述第一發(fā)射區(qū)、第一窗口層依次按照逐漸遠(yuǎn)離第一基區(qū)方向設(shè)置。

所述漸變過(guò)渡層的材料為?GaAs_xP_1-x和Ga_yIn_1-yP中任意一種或兩種的組合物，x的范圍為0至1，y的范圍為1至0.51，所述漸變過(guò)渡層的帶隙大于GaAsP子電池的帶隙。

所述第一隧道結(jié)、第二隧道結(jié)均包含依次按照逐漸遠(yuǎn)離Si子電池方向設(shè)置的GaInP層、(Al)GaAs層和材料為Al(Ga)?InP的勢(shì)壘層。

所述GaAsP子電池包含依次按照逐漸遠(yuǎn)離Si子電池方向設(shè)置的材料為GaAsP的第二基區(qū)、GaAsP的第二發(fā)射區(qū)和AlInP的第二窗口層。

所述GaInP子電池包含依次按照逐漸遠(yuǎn)離Si子電池方向設(shè)置的材料為GaInP的第三基區(qū)、GaInP的第三發(fā)射區(qū)和AlInP的第三窗口層。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供一種如上述的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的制備方法，包括步驟：(1)、制備Si子電池；(2)、在所述Si子電池上依次生長(zhǎng)漸變過(guò)渡層、第一隧道結(jié)、GaAsP子電池、第二隧道結(jié)、GaInP子電池和GaAsP接觸層。

所述步驟(1)進(jìn)一步包括步驟：(11)、在P型Si襯底上采用擴(kuò)散工藝形成N型Si的第一發(fā)射區(qū)；(12)、在所述第一發(fā)射區(qū)的裸露表面生長(zhǎng)N型GaP的第一窗口層。

所述漸變過(guò)渡層采用As組分線性漸進(jìn)的方法、As組分步進(jìn)的方法、Ga組分線性漸進(jìn)的方法和Ga組分步進(jìn)的方法中任意一種或幾種方法組合生長(zhǎng)。

本發(fā)明提供三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池及其制備方法，優(yōu)點(diǎn)在于：

1.該GaInP/GaAsP/Si三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池帶隙組合為1.96?eV，1.48?eV，1.1?eV，各個(gè)子電池具有合理的帶隙組合，使其電流匹配，可實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光譜的充分利用，提高了電池效率。

2.該三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池中的Si襯底，成本低、機(jī)械強(qiáng)度高、晶片面積大等優(yōu)點(diǎn)，可以降低高效多結(jié)太陽(yáng)能電池的成本。

3.該三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池只需經(jīng)過(guò)一次生長(zhǎng)過(guò)程，器件制作與標(biāo)準(zhǔn)電池工藝兼容，降低了電池的制作難度、從而克服現(xiàn)有太陽(yáng)能電池研究方案中的不足。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的第一具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池第一具體實(shí)施例的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池及其制備方法的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明。

第一具體實(shí)施方式

圖1所示為本發(fā)明所述三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的第一具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。