[發(fā)明專利]一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410718143.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN104465809A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳丙振;張小賓;王雷;潘旭;張露;張楊;楊翠柏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瑞德興陽新能源技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/0304
• 分類號(hào): H01L31/0304;H01L31/02;H01L31/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 黃磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能光伏的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池。

背景技術(shù)

當(dāng)前，晶格匹配性的砷化鎵多結(jié)太陽電池因其轉(zhuǎn)換效率明顯高于晶硅電池而被廣泛地應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電(CPV)系統(tǒng)和空間電源系統(tǒng)。砷化鎵多結(jié)電池的主流結(jié)構(gòu)是由GaInP、GaInAs和Ge子電池組成的三結(jié)太陽電池，電池結(jié)構(gòu)上保持晶格匹配，帶隙組合在1.85/1.40/0.67eV左右。此外，為獲得更高效率，還有部分多結(jié)太陽能電池采用晶格失配的材料進(jìn)行生長，如無定形結(jié)構(gòu)的GaInP/GaInAs/Ge電池，為彌補(bǔ)晶格失配帶來的應(yīng)力和材料質(zhì)量等問題，通過在Ge襯底上生長一個(gè)組分漸變GaInAs緩沖層，并增加GaInP、GaInAs電池中的In組分來實(shí)現(xiàn)1.8/1.3/0.67eV的帶隙組合。此外，還有的機(jī)構(gòu)在GaAs襯底上，生個(gè)兩個(gè)不同組分的GaInAs電池，并用兩個(gè)組分漸變緩沖層來銜接，實(shí)現(xiàn)1.85/1.3/0.9eV的帶隙組合。

迄今為止，以上電池在效率方面均取得了一定突破，達(dá)到了40％甚至更高水平。但是，當(dāng)這類電池被應(yīng)用到對(duì)成本敏感的地面聚光電站中時(shí)，其昂貴的成本往往使得聚光電站的造價(jià)提升，競爭力下降。而Ge基、GaAs基多結(jié)電池成本高的一個(gè)主要原因在于襯底所采用的Ge或者Ga、As在地殼中含量很少，且很難直接提取和加工，因此成本高，使得僅襯底就占電池成本的1/3～1/2，不利于多結(jié)電池的大規(guī)模推廣利用。

而硅襯底由于經(jīng)歷IC產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)數(shù)十年的開發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)，具有非常明顯的成本優(yōu)勢，已被消費(fèi)品和能源市場廣泛接受。但由Si直接做成晶硅電池，由于硅晶格常數(shù)為與GaAs系列的存在4％的晶格失配度，一直以來只以單結(jié)電池結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，受電池結(jié)數(shù)和吸收譜限制，其理論效率僅為27％，而晶硅單結(jié)電池的實(shí)際產(chǎn)品效率一直在15～20％區(qū)間徘徊，很難進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，通過組分漸變緩沖層，在作為襯底的Si電池的兩面分別生長Ge電池和GaAs_xP_1-x/Ga_xIn_1-xP電池，不僅可以有效提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率，還可充分利用硅的成本優(yōu)勢，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種雙面生長的硅基四結(jié)太陽電池，包括作為襯底的Si子電池，在所述Si子電池的上表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依次設(shè)置有GaIn_xP_1-x子電池、GaAs_xP_1-x子電池、GaAs_xP_1-x組分漸變緩沖層；在所述Si子電池的下表面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)從上至下依次設(shè)置有Si_xGe_1-x組分漸變緩沖層和Ge子電池；其中，所述GaIn_xP_1-x子電池和GaAs_xP_1-x子電池之間通過第三隧道結(jié)連接，所述GaAs_xP_1-x子電池和Si子電池之間通過位于GaAs_xP_1-x組分漸變緩沖層之上的第二隧道結(jié)連接，所述Si子電池和Ge子電池之間通過位于Si_xGe_1-x組分漸變緩沖層之上的第一隧道結(jié)連接；所述GaIn_xP_1-x子電池和GaAs_xP_1-x子電池晶格匹配。

所述GaIn_xP_1-x子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從上至下依次包括有晶格匹配的n型AlGaInP或AlInP窗口層，n型GaIn_xP_1-x發(fā)射區(qū)，p型GaIn_xP_1-x基區(qū)，p型AlGaInP或AlInP背場層；其中，所述GaIn_xP_1-x子電池中，x值在0.5～0.65區(qū)間內(nèi)，對(duì)應(yīng)GaIn_xP_1-x材料帶隙在1.85eV～2.05eV區(qū)間內(nèi)。