[發明專利]GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310223613.7
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103346191B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 趙勇明;董建榮;李奎龍;孫玉潤;曾徐路;于淑珍;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;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司44304
• 代理人: 楊林,馬翠平

技術領域

本發明涉及太陽能光伏技術領域，尤其涉及一種GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯太陽電池以及該電池的制備方法。

背景技術

在太陽電池領域，目前研究較多而且技術較為成熟的體系是GaInP/GaAs/Ge三結電池，該材料體系在太陽電池領域中目前達到的最高轉換效率為32-33%。但是該體系仍然存在一個主要問題是受晶格匹配的制約，該三結電池中Ge電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流最大可達到兩結電池的2倍，由于受三結電池串聯的制約，Ge電池對應的太陽光譜的能量沒有被充分轉換利用，所以該三結電池的效率還有改進的空間。最直觀的想法是在GaAs和Ge電池中間插入一帶隙為～1.00eV的InGaAsN材料，在保持短路電流不變的情況下，將開路電壓提高約0.60V，將原來三結電池轉換效率提高約20%，四結電池可望達到約39%的轉換效率。

但是，由于很難制備少子壽命足夠長的InGaAsN材料，吸收太陽光產生的電子-空穴對沒有足夠的時間被分離和收集從而產生有效的電流輸出，使得用InGaAsN制作的高效太陽電池的技術難度很大。研究人員在尋求別的途徑來獲得高效太陽能轉換，一種方法是采用晶片鍵合的方法將晶格失配的具有合理帶隙組合的電池鍵合在一起，實現電流匹配，提高電池效率。但是晶片鍵合電池往往存在兩個主要問題：以GaInP/GaAs和InGaAsP/InGaAs雙結電池的鍵合為例，晶片鍵合電池需要GaAs和InP兩個襯底，這大大增加了電池的制作成本；二是晶片鍵合電池的鍵合部分需要良好的歐姆接觸和良好的透光率，這給工藝帶來很大的挑戰，增加了電池的制作難度。

如何實現多結太陽電池合理的帶隙組合，減小電流失配同時而又不提高電池制作成本和難度成為當前Ⅲ-Ⅴ族太陽電池亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯太陽電池，該四結級聯太陽電池帶隙組合為1.90eV，1.42eV，～1.03eV，0.73eV，各個子電池的電流失配小，減小了光電轉換過程中的熱能損失，提高了電池效率。

為了實現上述的目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯太陽電池，包括GaAs襯底以及GaInP/GaAs雙結電池和InGaAsP/InGaAs雙結電池，其中，所述GaAs襯底具有雙面生長結構;所述GaAs襯底的第一面設置有GaInP/GaAs雙結電池，第二面設置有一漸變過渡層，并通過該漸變過渡層與所述InGaAsP/InGaAs雙結電池級聯。

優選地，所述漸變過渡層包括Al_xIn_1-xAs漸變過渡層，其中x=1～0.48；所述Al_xIn_1-xAs漸變過渡層的帶隙大于1.42eV。

優選地，所述GaAs襯底與所述漸變過渡層之間設置有第二隧道結，所述第二隧道結包括按照遠離GaAs襯底方向依次連接的P++GaAs材料層和N++GaAs材料層。

優選地，所述InGaAsP/InGaAs雙結電池包括按照遠離所述漸變過渡層的方向依次連接InGaAsP子電池、第一隧道結以及InGaAs子電池；所述InGaAsP子電池包括按照遠離所述漸變過渡層的方向依次連接的N++InP或In(Ga)AlAs窗口層、N-InGaAsP發射區、P-InGaAsP基區以及P++InGaAsP背場；所述第一隧道結包括按照遠離所述InGaAsP子電池的方向依次連接的P++InGaAs材料層和N++InGaAs材料層；所述InGaAs子電池包括按照遠離所述第一隧道結的方向依次連接的N++InP或InGaAsP窗口層、N-InGaAs發射區、P-InGaAs基區、P++InGaAsP背場以及P+InGaAs接觸層。

優選地，所述GaInP/GaAs雙結電池包括按照遠離所述GaAs襯底的方向依次連接GaAs子電池、第三隧道結以及GaInP子電池；所述GaAs子電池包括按照遠離所述GaAs襯底的方向依次連接的GaAs緩沖層、P++AlGaAs背場、P-GaAs基區、N-GaAs發射區以及N++AlInP窗口層；所述第三隧道結包括按照遠離所述GaAs子電池的方向依次連接的N++GaInP材料層和P++AlGaAs材料層；所述GaInP子電池包括按照遠離所述第三隧道結的方向依次連接的P++AlGaInP背場、P-GaInP基區、N-GaInP發射區、N++AlInP窗口層以及N+GaAs接觸層。