[發明專利]一種含量子結構的雙面生長四結太陽電池

有效

• 申請號: 201410705349.5
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104465846A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 張小賓;陳丙振;楊翠柏
• 申請（專利權）人: 瑞德興陽新能源技術有限公司
• 主分類號: H01L31/078
• 分類號: H01L31/078;H01L31/0352
• 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，尤其是指一種含量子結構的雙面生長四結太陽電池。

背景技術

光伏電池技術從材料類型來區分，主要可以分為三種：一是以晶硅電池為代表的第一代太陽電池，主要包括單晶硅電池和多晶硅電池等，目前技術已經非常成熟，效率接近理論極限，提升空間不大；一是以薄膜電池為代表的第二代太陽電池，成本較低，然后轉換效率不高；最后一種是砷化鎵多結太陽電池，轉換效率較高，還有很大發展空間，可用于聚光光伏發電(CPV)系統和空間電源系統。砷化鎵多結電池的主流結構是由GaInP、GaInAs和Ge子電池組成的GaInP/GaInAs/Ge三結太陽電池，電池結構上整體保持晶格匹配，帶隙結構為1.85/1.40/0.67eV。然而，對于太陽光光譜，由于GaInAs子電池和Ge子電池之間較大的帶隙差距，這種三結電池的帶隙組合并不是最佳的，這種結構下Ge底電池的短路電流遠遠大于中電池和頂電池(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，這種結構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。

理論分析表明，帶隙結構為1.90/1.43/1.04/0.67eV的四結太陽電池理論效率能達到58％，結合實際因素后的效率極限達47％，遠高于傳統三結42％的極限效率(R.R.King,D.C.Law,K.M.Edmondson?et?al.,Advances?in?OptoElectronics，2007(2007)29523)，這主要是因為相比于三結電池，四結電池可以減少熱損失，提高電池對太陽光譜的利用率，同時提高開路電壓和填充因子。經理論研究與實驗證明，In_xGa_1-xAs/GaAs量子點結構層可以調節材料的吸收帶隙，當0.4<x<1.0時，通過調節In_xGa_1-xAs量子點的周期、尺寸等參數，利用量子點超晶格結構的微帶效應可以將In_xGa_1-xAs/GaAs量子點結構層的光學帶隙調節為1.0eV--1.1eV之間；同樣，當0.7<x<1.0時，可以將其光學帶隙調節為0.6eV—0.8eV之間。因此，基于GaAs雙面生長襯底引入量子結構后可形成理想的四結太陽電池結構，能大大提高電池轉換效率。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提供一種含量子結構的雙面生長四結太陽電池，可以使電池的帶隙結構與太陽光譜更加匹配，充分發揮四結電池的優勢，提高電池對太陽光譜的利用率，提高多結電池的整體開路電壓和填充因子，并最終提高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：一種含量子結構的雙面生長四結太陽電池，包括有GaAs襯底，所述GaAs襯底為雙面拋光的n型GaAs單晶片；在所述GaAs襯底的上表面按照層狀疊加結構從上至下依次設置有GaInP子電池、GaAs子電池和第一GaAs緩沖層；在所述GaAs襯底的下表面按照層狀疊加結構從上至下依次設置有第二GaAs緩沖層、第一量子點子電池和第二量子點子電池；所述GaInP子電池和GaAs子電池之間通過第三隧道結連接，所述GaAs子電池與第一GaAs緩沖層之間通過第二隧道結連接，所述第一量子點子電池與第二量子點子電池之間通過第一隧道結連接。

所述第一量子點子電池為p-i-n結構的InGaAs/GaAs量子點太陽電池，從上至下依次包括有n型AlGaAs窗口層、n型GaAs層、非摻雜的In_xGa_1-xAs/GaAs量子點結構層、p型GaAs層、p型AlGaAs背場層；其中0.4<x<1.0，In_xGa_1-xAs/GaAs量子點結構層光學帶隙為1.0eV—1.1eV。

所述第二量子點子電池為p-i-n結構的InGaAs/GaAs量子點太陽電池，從上至下依次包括有n型AlGaAs窗口層、n型GaAs層、非摻雜的In_xGa_1-xAs/GaAs量子點結構層、p型GaAs層、p型AlGaAs背場層；其中0.7<x<1.0，In_xGa_1-xAs/GaAs量子點結構層光學帶隙為0.6eV—0.8eV。

本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：