[發明專利]一種帶隙結構優化的三結太陽電池

無效

• 申請號: 201410479800.6
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104241432A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 張小賓;楊翠柏;陳丙振;王雷;張楊;張露
• 申請（專利權）人: 瑞德興陽新能源技術有限公司
• 主分類號: H01L31/074
• 分類號: H01L31/074;H01L31/0352;H01L31/0328
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明涉及太陽能光伏的技術領域，尤其是指一種帶隙結構優化的三結太陽電池。

背景技術

傳統的砷化鎵多結太陽電池由于可充分利用更多的太陽光譜范圍，光電轉換效率要比傳統晶硅電池高出很多。目前，GaInP/GaInAs/Ge三結太陽電池制備技術已經非常成熟，并已被成熟地應用于聚光光伏發電(CPV)系統。但是，基于晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge三結電池的帶隙結構1.85eV/1.40eV/0.66eV并不是最佳的，這種結構下Ge底電池吸收的太陽光譜能量比中電池和頂電池吸收的多出很多，因此Ge電池的短路電流最大可達到中電池和頂電池的近兩倍之多(V.Sabnis,H.Yuen,and?M.Wiemer,AIP?Conf.Proc.1477(2012)14)，由于串聯結構的電流限制原因，造成了很大一部分光譜能量不能被充分轉換利用，限制了電池性能的提高。

計算表明，三結太陽電池在AM1.5D光譜下的最佳帶隙組合是1.83eV/1.16eV/0.69eV，該帶隙組合下極限聚光轉換效率可達66.6％(A.Marti?and?A.Luque,Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells,43(1996)203)。因此，可選擇一種帶隙約1.16eV、晶格常數與Ge襯底匹配的半導體材料來代替Ga_0.99In_0.01As中電池材料。經理論研究與實驗證明，在GaAs材料中同時摻入少量的In和N形成Ga_1-xIn_xN_yAs_1-y四元合金材料，當x:y＝2.8、0<y<0.06時，Ga_1-xIn_xN_yAs_1-y材料晶格常數與Ge(或GaAs)基本匹配，且帶隙在0.8eV—1.4eV之間變化，而當0.01<y<0.02時，其帶隙為1.15eV--1.18eV之間。因此，對目前傳統的Ga_0.5In_0.5P/Ga_0.99In_0.01As/Ge三結電池進行帶隙優化，采用帶隙為1.15eV--1.18eV的GaInNAs子電池取代GaInAs中電池，并調節生長條件得到材料帶隙為1.80eV--1.83eV的GaInP項電池，則可形成帶隙組合為1.80--1.83eV/1.15—1.18eV/0.66eV的GaInP/GaInNAs/Ge三結電池，非常接近三結電池在AM1.5D光譜下的最佳帶隙組合，可以明顯提高三結太陽電池的短路電流和整體光電轉換性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提供一種帶隙結構優化的三結太陽電池，可以優化三結電池的帶隙組合，提高三結電池的整體短路電流，并最終提高三結電池的光電轉換效率。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種帶隙結構優化的三結太陽電池，包括有三結太陽電池單元，所述三結太陽電池單元的上、下表面分別設置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設置有第二金屬電極；其中，所述三結太陽電池單元以半導體Ge單晶片為襯底，按照層狀結構從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池，所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GaInNAs太陽電池，頂電池為GaInP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結連接。

所述底電池結構從下至上依次包括有p型Ge襯底、GaInP成核層、GaInAs緩沖層。

所述中電池結構從下至上依次包括有p型AlGaAs背場層、p型Ga_1-xIn_xN_yAs_1-y層、n型Ga_1-xIn_xN_yAs_1-y層或n型Ga_0.99In_0.01As層、n型AlGaAs窗口層；其中x:y＝2.8:1，0.01<y<0.02。