[發明專利]一種含有復合多光子腔的多結太陽電池

有效

• 申請號: 201610962842.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106449848B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 張瑋;朱凱;李欣益;陸宏波;陳杰;張華輝;張夢炎;楊丞;張建琴;鄭奕
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01L31/0735
• 分類號: H01L31/0735;H01L31/054
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙)31249
• 代理人: 尹兵

技術領域

本發明涉及一種太陽電池，具體涉及一種含有復合垂直光子腔的多結太陽電池。

背景技術

III-V族化合物太陽電池因其轉換效率高、抗輻照能力強、溫度特性好等優點，被公認為是新一代高性能長壽命空間主電源和大規模工業發電的主要選項。隨著化合物半導體生長技術(如金屬有機化合物汽相外延——MOCVD) 的不斷進步，III-V族太陽電池的效率得到了很大提高。目前，單結GaAs電池效率已經超過29%，五結III-V族太陽電池效率已經達到36%。眾所周知的是，每種半導體材料在吸收高于自己帶隙寬度能量的光產生光生載流子（電子空穴對）的同時，這些光生載流子還在不斷通過輻射光的形式又復合回去，這就是所謂的光吸收與自發輻射復合，這些光往往是各向同性呈球面分布向外輻射的。對于純度很高質量很好的化合物半導體材料來說，自發輻射復合直接限制著其開路電壓，進而限制了光電轉換效率。多結太陽電池結構中的自發輻射復合效應還具有另外一個特點，即上面寬帶隙材料輻射出去的光又被后面窄帶隙材料或子電池所吸收利用，導致了不同吸收范圍的子電池性能產生一定程度的相互關聯，即所謂的“熒光耦合效應”（“Solar Cell Current–Voltage Characteristics in the Presence of Luminescent Coupling”, Daniel J. Friedman, John F. Geisz, and Myles A. Steiner, IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, VOL. 3, NO. 4, OCTOBER 2013），并且認為熒光耦合效應打破了傳統在多結太陽電池中所采用的寬帶隙子電池光學減薄策略。

然而在現實中，過高的子電池間熒光耦合效應意味著過多的高能量光子進入了窄帶隙子電池中，造成了載流子能量的損失，限制了整個電池的開路電壓。考慮到太陽電池在橫向尺寸上要比吸收深度大得多，因此抑制熒光耦合影響需要在縱向結構上做一些修改。

在通常的多結太陽電池中，如圖1所示，各個子電池包含在更寬帶隙的窗口層和背場層中，不同的子電池通過隧穿結連接起來，如圖5的a所示，這些結構對抑制熒光耦合效應的作用很弱。

發明內容

本發明提供一種含有復合多光子腔的多結太陽電池，該太陽電池克服了已有多結太陽電池器件結構抑制不同子電池之間熒光耦合效應能力低的缺陷，尤其是對寬帶隙材料近帶邊自發輻射光縱向限制低的問題，能夠提高寬帶隙材料近帶邊自發輻射光的利用效率，提高了電池的開路電壓，進而提高太陽電池的光電轉換效率。

為了達到上述目的，本發明提供了一種含有復合多光子腔的多結太陽電池，該太陽電池包含從上至下依次設置的：

n個寬帶隙垂直光子腔，其中n為自然數，且n≥1，

m個窄帶隙垂直光子腔，其中m為自然數，且m≥1，以及

設置在相鄰垂直光子腔之間的第p隧穿結，其中1≤p≤m+n-1。

其中，所述的寬帶隙垂直光子腔包含從上至下依次設置的：第n前置反射鏡，第n子電池，第n后置反射鏡。

其中，所述的窄帶隙垂直光子腔包含從上至下依次設置的：第m前置反射鏡，第m子電池，第m后置反射鏡。

其中，所述的第n子電池的光學折射率高于所述的第n前置反射鏡與第n后置反射鏡的光學折射率。

其中，所述的第m子電池的光學折射率高于所述的第m前置反射鏡與第m后置反射鏡的光學折射率。

所述的太陽電池還包含：

設置在所述的太陽電池最頂層的減反射膜。

所述的第n前置反射鏡包含從上至下依次設置的：低折射率氧化物層和第n窗口層。

其中，所述的第n窗口層的光學折射率比低折射率氧化物層的光學折射率低0.5~1.0。

所述的低折射率氧化物層的厚度為1~500nm。

所述的第n后置反射鏡包含從上至下依次設置的：第n背場層和第n低折射率層。

其中，所述的第n低折射率層的光學折射率比第n背場層的光學折射率低0~0.5，且所述的第n低折射率層和第n背場層的光學折射率不相等。

所述的第n低折射率層的厚度為10~30nm。

所述的第m前置反射鏡包含從上至下依次設置的：光學反射率調節層和第m窗口層。

其中，所述的光學反射率調節層的光學折射率比第m窗口層的光學折射率低0~0.5，且所述的光學反射率調節層和第m窗口層的光學折射率不相等。

所述的光學反射率調節層的厚度為10~30 nm。