[發(fā)明專利]一種三結太陽電池及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103280483A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 曾徐路;董建榮;李奎龍;孫玉潤;于淑珍;趙勇明;趙春雨;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0693;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

【技術領域】

本發(fā)明涉及半導體太陽電池材料及器件制造領域，尤其涉及一種三結太陽電池及其制備方法。

【背景技術】

目前在Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體太陽電池的研制過程中，為了提高電池的轉換效率，需要對太陽光譜進行劃分，采用與之相匹配的不同帶隙的子電池依次串聯(lián)，以實現對太陽光譜的充分利用。

在三結太陽電池中，目前研究較為成熟的材料體系是與GaAs襯底晶格匹配生長的GaInP/GaAs/Ge三結電池，其帶隙組合為1.9eV、1.42eV、0.7eV，該帶隙組合并未達到最優(yōu)值，其最高轉換效率僅為32%左右。最新研究表明具有帶隙組合1.93eV、1.39eV、0.94eV的三結太陽電池的效率大于51%，然而由于晶格常數對材料的限制，具有該優(yōu)化帶隙組合且與GaAs襯底晶格匹配的材料較少，如一種能實現該帶隙組合的材料體系為AlInAs/InGaAsP/InGaAs，然而該材料體系與GaAs襯底有約2.1%的晶格失配。

為了得到帶隙組合為1.93eV、1.39eV、0.94eV的AlInAs/InGaAsP/InGaAs材料，一種方法是利用晶格異變技術在GaAs襯底上引入晶格失配的晶格異變緩沖層，然而緩沖層的引入將帶來各種材料缺陷，會對電池性能產生不良影響，上述方法不僅增加了生長難度，而且增加了生產成本。

【發(fā)明內容】

為解決現有太陽電池制作工藝中生長難度大、生產成本高的問題，本發(fā)明提出一種三結太陽電池及其制備方法。

本發(fā)明一方面提出一種三結太陽電池，包括依次連接的P型GaAs襯底、InGaAsN底電池、第一隧道結、GaNAsBi中間電池、第二隧道結、AlGaInP頂電池以及N型GaAs歐姆接觸層，其中在所述P型GaAs襯底上設有P型電極、在所述N型GaAs歐姆接觸層上設有N型電極。

本發(fā)明另一方面提出一種三結太陽電池制備方法，包括如下步驟，步驟S1：在P型GaAs襯底上生長InGaAsN底電池；步驟S2：在所述InGaAsN底電池上生長第一隧道結；步驟S3：在所述第一隧道結上生長GaNAsBi中間電池；步驟S4：在所述GaNAsBi中間電池上生長第二隧道結；步驟S5：在所述第二隧道結上生長AlGaInP頂電池；步驟S6：在所述AlGaInP頂電池上生長N型GaAs歐姆接觸層；步驟S7：在所述P型GaAs襯底上制備P型電極，在所述N型GaAs歐姆接觸層上制備N型電極。

本發(fā)明提出的三結太陽電池及其制備方法采用了優(yōu)化的帶隙組合：1.93eV、1.39eV以及0.94eV，同時各個子電池與GaAs襯底晶格匹配，該制備方法充分利用現有GaAs基多結電池工藝，解決了目前采用晶格異變、倒置生長等技術存在的材料消耗大、工藝難度大、成本較高的問題。

【附圖說明】

圖1所示為本發(fā)明一實施例的三結太陽電池結構示意圖；

圖2所示為本發(fā)明一實施例的三結太陽電池制備方法流程圖。

【具體實施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清晰，以下結合具體實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。應當理解，文中所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明的技術方案，而不應當理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，術語“內”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構造和操作，因此不應當理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明一方面提供一種三結太陽電池，如圖所示，所述三結太陽電池包括依次連接的P型GaAs襯底100、InGaAsN底電池200、第一隧道結300、GaNAsBi中間電池400、第二隧道結500、AlGaInP頂電池600以及N型GaAs歐姆接觸層700，其中在所述P型GaAs襯底上設有P型電極800、在所述N型GaAs歐姆接觸層上設有N型電極900。

優(yōu)選地，所述InGaAsN底電池200帶隙值為0.94±0.03eV，其中In摩爾分數可選取9.3%-11.6%范圍內任意一值，N摩爾分數可選取3.2%-4%范圍內任意一值。

優(yōu)選地，所述GaNAsBi中間電池400帶隙值為1.39±0.03eV，其中N摩爾分數可選取0.03%-0.18%范圍內任意一值，Bi摩爾分數可選取0.05%-0.3%范圍內任意一值。