[發明專利]一種疊層并聯太陽能電池

在審

• 申請號: 201810540682.3
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN110556445A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 喬秀梅;劉琦;童翔
• 申請（專利權）人: 東泰高科裝備科技(北京)有限公司
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 11002 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 王文君;陳征

本發明涉及一種疊層并聯太陽能電池，其改進之處為，用單層石墨烯將雙結或多結III?V族太陽能子電池進行并聯。該雙結電池在石墨烯上可以直接外延生長另一個子電池，避免了傳統III?V族疊層電池為避免晶格失配而采取的鍵合技術，大大簡化了制備工藝，還避免了傳統晶格匹配的疊層串聯的電池因電流不匹配而導致的效率損失，同時有利于提高開路電壓。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，特別是涉及一種基于石墨烯的雙結或多結疊層并聯太陽能電池。

背景技術

III-V族化合物半導體材料是繼硅之后應用最為廣泛的半導體材料之一，上世紀70年代就開始了光伏應用領域的開發。多結III-V化合物太陽電池通過匹配不同帶隙的半導體材料，可實現對太陽光的寬光譜吸收，目前雙結電池的世界效率已超過30％。

常規的III-V族疊層串聯太陽能電池是以隧道結連接的pn結串聯形式，它要求每個pn結所產生的電流匹配。對于晶格匹配電池可能會發生電流在各結層的失配，而導致效率下降。采用并聯結構可避免考慮上述串聯結構所引起的電池失配問題。

對于上下疊加的并聯電池，中間電極的透明性和導電性至關重要。常見的中間電極采用金屬電極或透明導電氧化物材料，但對于III-V族材料來說，直接外延生長要求上層材料晶格和下層材料晶格匹配，對于上述透明導電氧化物或金屬材料，無法在其上面直接外延生長III-V族半導體電池，復雜化了制備工藝。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于石墨烯的疊層并聯太陽能電池，其主要改進點為，用單層石墨烯將雙結或多結III-V族太陽能子電池進行并聯，具體要結構為：包括雙結或多結層疊設置的III-V族子電池，相鄰的子電池間通過單層石墨烯進行并聯。

研究發現，單層石墨烯的透光率可達97.7％，電子遷移率可達10000～250000cm²/vs，用作透明電極，不影響下面子電池對光照的吸收，且可快速收集電流。而且單層石墨烯具有遠程同質外延功能，對于III-V族電池而言，可直接外延生長上面子電池，制備得到晶格匹配的上面子電池和下面子電池。

優選的，所述單層石墨烯通過直接生長法或轉移生長法設置于兩個子電池之間。所述直接生長法是指直接在下面子電池上生長單層石墨烯層，所述轉移生長法是指單層石墨烯層進行生長后再轉移到下面子電池上。

優選的，本申請所述的疊層并聯太陽能電池由如下方法制備得到：

1)通過外延生長方法，生長底層子電池；

2)在所述底層子電池上通過轉移生長法設置單層石墨烯層；

3)在所述單層石墨烯層上通過外延生長方法生長上面子電池，得雙結太陽能電池；

或，重復步驟2)和3)制備多結太陽能電池。

作為一種優選的方案，本發明提供一種疊層并聯GaAs/GaInP太陽能電池，從下至上依次包括GaAs子電池、石墨烯和GaInP子電池。GaAs材料能隙為1.42eV，與太陽光譜較為匹配，吸收系數較高，GaInP能隙為1.89eV，是與GaAs晶格匹配的頂電池材料的理想選擇，禁帶寬度組合合理。

優選的，所述GaAs子電池從下至上依次包括GaAs基底、背場層、GaAs基極、GaAs發射極和GaInP窗口層；

優選的，所述GaInP子電池從下至上包括依次形成于所述單層石墨烯上的背場層、GaInP基極、GaInP發射極和AlInP窗口層。

本申請中基極或發射極的n或p型的具體選擇本領域技術人員可根據需要靈活進行。