[發明專利]五結太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201510670555.1
• 申請日: 2015-10-13
• 公開（公告）號: CN106571408B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 代盼;陸書龍;譚明;吳淵淵;季蓮;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司44304
• 代理人: 孫偉峰

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體地講，涉及一種五結太陽能電池及其制備方法。

背景技術

多結III-V化合物半導體太陽能電池通過其多種帶隙寬度不同的半導體材料吸收與其帶隙寬度相匹配的那部分太陽光，從而實現對太陽光的寬光譜吸收，這已成為太陽能電池研究的一個熱點。

目前太陽能電池較為成熟的材料體系是GaInP/GaAs/Ge三結電池，其在一個太陽下的最高光電轉換效率為32％～33％，在聚光下的光電轉換效率大于41％。為進一步提高太陽能電池的光電轉換效率，一般需要更多結的帶隙組合，以有效地利用太陽光譜。四結太陽能電池依賴于1eV材料的生長，一般需利用GaInNAs材料，而GaInNAs材料的缺陷較多、載流子壽命低，從而導致擴散長度小，不利于載流子的收集，且直接影響了四結太陽能電池的光電轉換效率的進一步提高。目前多采用將InP襯底上的InGaAs/InGaAsP雙結太陽能電池和GaAs襯底上的GaInP/GaAs雙結太陽能電池進行鍵合，以形成單片串聯四結太陽能電池；但這種四結太陽能電池的帶隙組合并不能完美地實現全光譜的吸收，尤其是不能將短波段部分的光有效地轉換成電能。

因此，研究人員致力于開發更多結的太陽能電池，以獲得更高的光電轉換效率；但在制備五結以上太陽能電池的過程中，如何兼顧晶格匹配與合理的帶隙組合，成為亟需解決的一個問題。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種五結太陽能電池，其包括InP襯底、以及在所述InP襯底上依次疊層設置的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池和GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池。

進一步地，所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池包括：在所述InP襯底上依次疊層設置的InGaAs子電池、第一隧道結、InGaAsP子電池、第二隧道結以及InAlAs子電池；其中，所述第一隧道結的材料為InGaAs，所述第二隧道結的材料為InGaAs。

進一步地，所述GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池包括：在所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池上依次疊層設置的GaInP子電池、第三隧道結以及AlGaInP子電池；其中，所述第三隧道結的材料為GaAs。

進一步地，所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池和GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池通過所述InAlAs子電池與所述GaInP子電池之間的晶片鍵合作用連接起來。

進一步地，所述五結太陽能電池的帶隙組合為0.73eV/1.05eV/1.47eV/1.89eV/2.2eV。

本發明的另一目的還在于提供了一種五結太陽能電池的制備方法，其包括：在InP襯底上制備InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池；在GaAs襯底上制備GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池；將所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池與所述GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池進行晶片鍵合，從而得到InGaAs/InGaAsP/InAlAs/GaInP/AlGaInP五結太陽能電池。

進一步地，在所述InP襯底上制備InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池的具體方法包括：在所述InP襯底上依次疊層制備InGaAs子電池、第一隧道結、InGaAsP子電池、第二隧道結及InAlAs子電池；在所述GaAs襯底上制備GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池的具體方法包括：在所述GaAs襯底上依次疊層制備AlGaInP子電池、第三隧道結及GaInP子電池；其中，所述第一隧道結的材料為InGaAs，所述第二隧道結的材料為InGaAs，所述第三隧道結的材料為GaAs。

進一步地，將所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池與所述GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池進行晶片鍵合的具體方法包括：在所述InAlAs子電池上制備第一鍵合層；在所述GaInP子電池上制備第二鍵合層；將所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽能電池和所述GaInP/AlGaInP雙結太陽能電池置于真空鍵合機中，且用Ar離子槍轟擊所述第一鍵合層和所述第二鍵合層，在二者表面產生懸掛鍵，將所述第一鍵合層與所述第二鍵合層接觸并加壓壓合。