[實用新型]一種雙面生長的GaAs四結太陽電池

有效

• 申請號: 201420746164.4
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN204315605U
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 張小賓;王雷;陳丙振;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: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0693
• 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GaAs四結太陽電池。

背景技術

目前，傳統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接近中電池和頂電池的兩倍(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，在傳統三結太陽電池的GaInAs子電池和Ge子電池之間插入一層帶隙接近1.0eV的子電池，形成帶隙結構為1.90/1.43/1.04/0.67eV的四結太陽電池，其理論效率能達到58％，結合實際因素后的效率極限能達到47％，遠遠高于傳統三結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，四結電池可以提高開路電壓和填充因子。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GaAs(或Ge)基本匹配，且帶隙在0.8eV—1.4eV之間變化，而當0.02<y<0.03時，其帶隙為1.0eV--1.1eV之間。因此，針對目前傳統的GaInP/GaInAs/Ge三結電池結構，在GaInAs和Ge子電池之間插入一節帶隙接近1.0eV的GaInNAs子電池形成四結電池則可大大提高電池轉換效率。

然而，在制備GaInNAs子電池過程中，需要結合高溫退火過程才能提高GaInNAs電池的光電性能，如果基于Ge襯底制備，則高溫退火同時會對Ge子電池結構造成影響，使其開路電壓降低。因此，如果采用雙面拋光的GaAs襯底，在GaAs襯底的上表面先制備GaInP、GaAs和GaInNAs子電池，經過高溫退火后，再在其下表面制備帶隙約0.7eV的GaInAs子電池，最終形成帶隙結構為1.9/1.42/1.04/0.7eV的GaInP/GaAs/GaInNAs/GaInAs四結電池，則可最大程度地體現出四結電池的優勢，明顯提高GaAs多結太陽電池的開路電壓和整體光電轉換效率。

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GaAs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，同時發揮四結電池的優勢，提高GaAs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，本實用新型所提供的技術方案為：一種雙面生長的GaAs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、GaInNAs子電池和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Ga_xIn_1-xP漸變層和Ga_xIn_1-xAs子電池；所述GaInP子電池與GaAs子電池之間通過第三隧道結連接，所述GaAs子電池與GaInNAs子電池之間通過第二隧道結連接，所述GaInNAs子電池與GaAs緩沖層之間通過第一隧道結連接。