[實用新型]一種雙面生長的硅基四結太陽電池

有效

• 申請號: 201420746162.5
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN204315590U
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 陳丙振;張小賓;王雷;潘旭;張露;張楊;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: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/02;H01L31/04
• 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

本實用新型涉及太陽能光伏的技術領域，尤其是指一種雙面生長的硅基四結太陽電池。

背景技術

當前，晶格匹配性的砷化鎵多結太陽電池因其轉換效率明顯高于晶硅電池而被廣泛地應用于聚光光伏發電(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子電池組成的三結太陽電池，電池結構上保持晶格匹配，帶隙組合在1.85/1.40/0.67eV左右。此外，為獲得更高效率，還有部分多結太陽能電池采用晶格失配的材料進行生長，如無定形結構的GaInP/GaInAs/Ge電池，為彌補晶格失配帶來的應力和材料質量等問題，通過在Ge襯底上生長一個組分漸變GaInAs緩沖層，并增加GaInP、GaInAs電池中的In組分來實現1.8/1.3/0.67eV的帶隙組合。此外，還有的機構在GaAs襯底上，生個兩個不同組分的GaInAs電池，并用兩個組分漸變緩沖層來銜接，實現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，達到了40％甚至更高水平。但是，當這類電池被應用到對成本敏感的地面聚光電站中時，其昂貴的成本往往使得聚光電站的造價提升，競爭力下降。而Ge基、GaAs基多結電池成本高的一個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，不利于多結電池的大規模推廣利用。

而硅襯底由于經歷IC產業和光伏產業數十年的開發和規模生產，具有非常明顯的成本優勢，已被消費品和能源市場廣泛接受。但由Si直接做成晶硅電池，由于硅晶格常數為與GaAs系列的存在4％的晶格失配度，一直以來只以單結電池結構出現，受電池結數和吸收譜限制，其理論效率僅為27％，而晶硅單結電池的實際產品效率一直在15～20％區間徘徊，很難進一步提升。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足與缺點，提供一種雙面生長的硅基四結太陽電池，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換效率，還可充分利用硅的成本優勢，具有良好的產業化前景。

為實現上述目的，本實用新型所提供的技術方案為：一種雙面生長的硅基四結太陽電池，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構從上至下依次設置有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構從上至下依次設置有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子電池的內部結構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發射區，p型GaIn_xP_1-x基區，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區間內，對應GaIn_xP_1-x材料帶隙在1.85eV～2.05eV區間內。