[發明專利]一種雙結薄膜太陽能電池組件及其制作方法

有效

• 申請號: 201510809748.0
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN106784127B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 顧世海;張慶釗
• 申請（專利權）人: 北京創昱科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/078;H01L31/0336
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 尹學清;彭秀麗

本發明公開了一種雙結薄膜太陽能電池組件及其制作方法，電池組件由多個電池單元串聯而成，每個電池單元包括選擇性生長襯底、底電池和頂電池，頂電池上設有正面金屬電極層，選擇性生長襯底包括金屬基底、圖形化的絕緣層和N型微晶鍺籽晶層，絕緣層形成于金屬基底上，N型微晶鍺籽晶層位于絕緣層所形成的圖形中；底電池為多晶鍺底電池層，頂電池為GaAs電池，多晶鍺底電池至頂電池間依次生長有N型的擴散層、N型的緩沖層、隧道結N型區和隧道結P型區，正面金屬電極層上形成有減反射層。本發明采用兩次選擇性生長工藝在金屬基底上生長多晶鍺/砷化鎵薄膜電池結構，合理的禁帶匹配設計可使電池轉化效率達到32％(AM1.5)，實現太陽能電池的低成本和柔性化。

技術領域

本發明涉及一種III-V族雙結薄膜電池的制作方法，更具體地講，涉及一種具有選擇性生長襯底的雙結薄膜太陽能電池組件及其制作方法。

背景技術

1954年世界上首次發現GaAs材料具有光伏效應，20世紀60年代，Gobat等研制了第1個摻鋅GaAs太陽能電池，轉化率僅為9％～10％，遠低于27％的理論值。最早的單結晶體GaAs電池的做法和現在的單晶硅做法基本相同，但是作為直接禁帶半導體，吸收層厚度只需要幾個微米，晶體GaAs無疑是巨大的浪費。

20世紀70年代，IBM公司和前蘇聯Ioffe技術物理所等為代表的研究單位，采用LPE(液相外延)技術引入GaAlAs異質窗口層，降低了GaAs表面的復合速率，使GaAs太陽電池的效率達16％。不久，美國的HRL(Hughes Research Lab)及Spectrolab通過改進LPE技術使得電池的平均效率達到18％，并實現批量生產，開創了高效率砷化鎵太陽電池的新時代。

從上世紀80年代后，GaAs太陽能電池技術經歷了從LPE到MOCVD，從同質外延到異質外延，從單結到多結疊層結構，從LM結構到IMM結構等幾個發展階段，其發展速度日益加快，效率也不斷提高。目前最高效率已達到單結28.8％(alta devices)，三結44.4％(SharpIMM)，四結實驗室最高接近50％(Fhg-ISE)

目前鍺襯底的三結GaAs電池是研究的重點，雙結GaAs電池的研究比較少，通常雙結電池都采用GaAs和InGaP作為底電池和頂電的雙結電池，用電學和光學低損耗的隧道結連接而成。雙結必須要考慮底電池和頂電池的禁帶寬度匹配問題，對于AM0來說，最佳的禁帶寬度是1.23eV和1.97eV，理論效率可以達到35.8％。目前技術上比較可行的是采用晶格匹配的材料從而放寬了對禁帶寬度Eg的要求，而且由于底電池的禁帶寬度是1.42eV，頂電池是1.9eV左右，兩者的差值只有0.48eV左右，并且底電池的禁帶寬度過大，不能吸收900nm以上波長的光線、最終的是造成底電池的光生電流密度小于頂電池的電流密度，導致二者的光生電流不匹配，會嚴重降低了電池的內量子效率。

雙結GaAs電池通常都是GaAs作為襯底、GaAs和InGaP分別作為底電池和頂電池的雙結電池，這種雙結電池成本比單結GaAs電池高，外延的成本幾乎是單結的兩倍，但效率比單結的稍微高一點，目前單結最高效率28.8％、雙結最高效率30.8％，還需要使用大量的銦作為原材料。

另外，雙結GaAs和GaInP的吸收層厚度都比較大，導致電池整體厚度大于10個μm。而柔性薄膜電池的厚度一般要求在1-10μm之間，此類雙結電池無法實現電池柔性。

發明內容

為此，本發明為了實現雙結III-V族電池的柔性化，降低雙結電池的制造成本，提高電池的發電效率。本發明提供了一種具有選擇性生長襯底的雙結薄膜太陽能電池組件及其制作方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：