[發明專利]一種含嵌入式背場結構的多結太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710550320.8
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107403850B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 黃珊珊;張小賓;馬滌非;毛明明;劉建慶;潘旭;張露;劉雪珍
• 申請（專利權）人: 中山德華芯片技術有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種含嵌入式背場結構的多結太陽能電池及其制備方法，包括一個p型襯底以及三個或三個以上串聯設置的子電池，且在所有的子電池中至少有一個子電池為含嵌入式背場結構的GaInNAs子電池，該GaInNAs子電池包括由下至上按層狀結構疊加的p型背場、非有意摻雜的GaInNAs基區、n型發射區、n型窗口層，所述非有意摻雜的GaInNAs基區在靠近p型背場方向含有嵌入式背場結構，該嵌入式背場結構為與p型背場所用材料及摻雜條件一致的圓柱陣列，該圓柱陣列為遠離空間電荷區而無法被有效收集的少子提供勢壘，將少子反射回空間電荷區，從而提高少子收集效率，進而提高短路電流密度和多結電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及太陽能光伏發電的技術領域，尤其是指一種含嵌入式背場結構的多結太陽能電池及其制備方法。

背景技術

由于太陽光光譜的能量分布較寬，現有的任何一種半導體材料都只能吸收其中能量比其禁帶寬度值高的光子。太陽光中能量較小的光子將透過電池被背電極金屬吸收，轉變成熱能；而高能光子超出禁帶寬度的多余能量，則通過光生載流子的能量熱釋作用傳給電池材料本身的點陣原子，使材料本身發熱。這些能量都不能通過光生載流子傳給負載，變成有效電能。基于III-V族化合物半導體材料制備而成的高效多結太陽能電池是利用MBE或MOCVD技術從下至上連續生長具有不同禁帶寬度的p-n結子電池，并在各子電池之間插入超薄隧穿結，讓波長最短的光被最上邊的寬帶隙材料電池利用，波長較長的光能夠透射進去讓較窄禁帶寬度材料電池利用，這就有可能最大限度地將光能變成電能，其轉換效率遠遠超過了目前已知的其他各種光伏電池。

提高疊層太陽電池轉換效率的方法主要有兩種：一種是增加子電池的結數，盡量使每結子電池吸收的太陽光光譜接近實際太陽光的光譜，從而增加輸出電壓；另一種方法是使每一結子電池的輸出電流達到匹配，并使限流結的電流盡量達到最高。近年來，很多機構也在開發新型結構的多結太陽電池以改善多個子電池之間的電流匹配，提升效率。這些新型結構的多結太陽電池針對其電流分配不合理的880～1800nm波段進行電池帶隙的重新分配和組合，以便更加合理的利用長波波段太陽能光譜，從而到更高的光電轉換效率。稀氮化合物GaInNAs材料能夠通過控制材料中In原子與N原子的含量，可在GaAs或Ge基底上晶格匹配外延生長，并實現禁帶寬度在0.8～1.4eV之間連續可調，是提升新一代疊層太陽電池效率最有潛力的材料之一。基于稀氮化合物的晶格匹配材料體系太陽電池，可實現電池全結構的晶格匹配一次生長，提高太陽電池外延片質量的同時降低了器件工藝的難度與復雜度。

MOCVD具有低成本，高產量的優點，適用于規模化生產，是目前太陽電池外延片的主要生產手段。然而，利用MOCVD技術制備GaInNAs材料的過程中主要的問題在于：由于GaInNAs需要低溫生長才能保證N原子的有效并入，材料中會同時引入大量的C原子，GaInNAs材料中過多的缺陷以及p型GaInNAs摻雜問題將造成材料載流子壽命較短、遷移率低，電池內部光生載流子的分離能力與輸運收集受到極大的制約，這導致GaInNAs子電池成為多結電池中的限流結。此時，若GaInNAs材料層太厚，并不能形成對光生載流子的有效收集；若GaInNAs材料太薄則造成電池吸收率太低，不能將相應波段的光子完全吸收。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供了一種含嵌入式背場結構的多結太陽能電池及其制備方法，通過在加厚的GaInNAs子電池中引入嵌入式背場結構，在遠離空間電荷區的基區內部形成勢壘產生一個輔助電場，將少子反射回去，從而提高GaInNAs子電池的短路電流密度。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案如下：