[實用新型]GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920367133.0
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN209880626U
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱明星;吳慧哲;李華;王偉明
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇宜興德融科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/0445;H01L31/0735
• 代理公司: 11021 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張宇園

本公開提供一種GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池，包括：按光入射方向依次布置的GaInP頂電池、GaAs中電池和InGaAs底電池；其中，所述GaInP頂電池與GaAs中電池布置有第一隧穿結(jié)；所述GaAs中電池和InGaAs底電池之間依次設(shè)置有第二隧穿結(jié)和晶格漸變緩沖層(Crystal Graded Buffer,CGB)。所述GaInP頂電池、GaAs中電池和InGaAs底電池均采用nP⁺異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)采用N⁺p結(jié)構(gòu)的GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池，可減少GaInP頂電池表面金屬柵線面積，降低CGB中缺陷對InGaAs底電池pn結(jié)區(qū)材料質(zhì)量的影響，有效提高電池的短路電流(J_sc)和開路電壓(V_oc)，從而具有更高的轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及太陽電池領(lǐng)域，尤其涉及一種GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

以GaAs為代表的III-V族化合物半導(dǎo)體太陽電池可以通過外延后剝離方法制備成薄膜型電池，相比于Ge基/Si基太陽電池，具備更高的功率/ 質(zhì)量比以及柔性可彎曲優(yōu)勢，在航天航空、長滯空無人機(jī)、便攜式電源等應(yīng)用領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。理論上，III-V族化合物太陽電池可設(shè)計成1～n結(jié)(n＞4)的多種結(jié)構(gòu)，但從效率/成本比角度出發(fā)，GaInP/GaAs/InGaAs 三結(jié)薄膜太陽電池是目前應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)之一。

GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池三個子電池的傳統(tǒng)設(shè)計是采用 n型重?fù)桨l(fā)射區(qū)位于基區(qū)上方(入光側(cè))，低摻p型基區(qū)作為光吸收層位于下方，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的電池V_oc和轉(zhuǎn)換效率離理論值有較大差距。對比單結(jié)電池和其它類型的三結(jié)太陽電池，為了提高GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池的性能，需要對常規(guī)的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

實用新型內(nèi)容

有鑒于此，本公開的目的在于提供一種GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池，以至少部分解決上述技術(shù)問題。

本公開提供一種GaInP/GaAs/InGaAs三結(jié)薄膜太陽電池，包括：按光入射方向順序布置的采用nP⁺異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的GaInP頂電池、GaAs中電池和 InGaAs底電池；其中，所述GalnP頂電池與GaAs中電池布置有第一隧穿結(jié)；所述GaAs中電池和lnGaAs底電池之間依次設(shè)置有第二隧穿結(jié)和晶格漸變緩沖層(Crystal Graded Buffer，CGB)，其中，所述GalnP頂電池采用nP⁺異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，頂電池的表面柵線占頂電池表面面積的2％-4％；所述lnGaAs 底電池亦采用nP⁺異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，使pn結(jié)區(qū)遠(yuǎn)離CGB層。

在進(jìn)一步的實施方案中，晶格漸變緩沖層的晶格常數(shù)從GaAs中電池材料體系過渡到InGaAs底電池材料體系；所述InGaAs底電池的nP⁺異質(zhì)結(jié)包括發(fā)射區(qū)和基區(qū)，按照光入射方向，發(fā)射區(qū)作為光吸收層位于基區(qū)之前，該發(fā)射區(qū)厚度在1000nm至2000nm之間。

在進(jìn)一步的實施方案中，所述發(fā)射區(qū)材料中In組份為0.3的InGaAs 材料，摻雜質(zhì)為Si，摻雜濃度在1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之間。

在進(jìn)一步的實施方案中，所述InGaAs底電池的基區(qū)厚度在30nm到 100nm，與發(fā)射區(qū)組成nP⁺異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；所述基區(qū)材料為AlGaInAs，其中 In組份為0.3，摻雜質(zhì)為Zn或Mg，摻雜濃度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3之間。