[發明專利]一種四結級聯太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010500164.6
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111613689A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 何洋
• 申請（專利權）人: 常州信息職業技術學院
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/0336;H01L31/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 王昊

本發明公開了一種四結級聯太陽電池及其制備方法。該太陽電池包括自上而下依次設置的背面電極、InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽電池、MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結以及正面電極；其中，MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結包括InP導電襯底及覆設于所述導電襯底一端面的二硫化鉬層；四結級聯太陽電池為基于MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結倒置生長的四結級聯太陽電池。本發明一方面結區基本位于器件表面，因此通過前表面電池的設計可以有效提高該四結太陽電池的轉換效率；另一方面MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結使晶片主要靠范德華力結合，鍵合所需要的壓力低，避免直接鍵合工藝引起的電池性能退化。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種基于MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結的四結級聯太陽電池及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種取之不盡用之不竭對環境無污染的清潔能源，而且是可以直接開發和利用的可再生資源。太陽能在發電過程中不會對環境造成污染且不產生溫室效應，它是一種環保的可再生發電方式。

根據Shockley-Quisser模型計算得到的多結電池帶隙組合為1.90/1.44/1.04/0.7eV的四結太陽電池在一個太陽下的轉換效率可超過56％。據報道，基于InP晶格生長的太陽電池是一種很有潛力的III-V族直接帶隙半導體材料，在InP襯底上生長晶格匹配的(1.47eV)InAlAs/(1.06eV)InGaAsP/(0.74eV)InGaAs三結太陽電池，在100倍聚光條件下，該電池的光電轉換效率可超過46％。該三結電池在滿足電流匹配的原則下，可增加第四結帶隙寬度約為1.9eV的晶格匹配電池以增大太陽光譜的吸收范圍，提高太陽電池光電轉換效率。單層二硫化鉬的光致發光光譜的主峰在1.9eV，其吸收系數較高(α＝1～1.5×10⁶cm^-1)，本發明可以通過鍵合二硫化鉬/半導體范德瓦爾斯異質結電池取代傳統的帶隙為1.90eV的半導體太陽電池，可以增加太陽電池的光吸收率，提高光電轉換效率。MoS₂材料和InP組合形成的MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結可作為第四結子電池，這種新穎的結構不僅將二維材料獨特的物理性質和InP半導體材料的特性進行結合，而且還能通過二者之間的相互作用，形成新的物理化學性質，這為二維層狀材料在多結太陽電池的應用提供了可能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種四結級聯太陽電池的設計及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種四結級聯太陽電池，包括自上而下設置的背面電極、InGaAs/InGaAsP/InAlAs三結太陽電池、MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結、正面電極。其中，所述InAlAs/InGaAsP/InGaAs三結太陽電池為PN結型三結電池，所述MoS₂/InP單結電池包括InP導電襯底及覆設于所述導電襯底一端面的二硫化鉬層，所述金屬納米粒子在MoS₂表面；所述四結級聯太陽電池為基于MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結倒置生長的四結級聯太陽電池。

進一步的，所述PN結型三結電池的襯底為P-InP襯底。

進一步的，所述PN結型三結電池的帶隙沿遠離被剝離InP導電襯底的方向逐漸減小，并且所述PN結型三結電池的帶隙小于MoS₂/InP范德瓦爾斯異質結的帶隙。

進一步的，所述三結電池的帶隙大于所述二硫化鉬/半導體單結電池的帶隙。

進一步的，所述二硫化鉬采用單層二硫化鉬。

進一步的，所述二硫化鉬層的厚度不超過20nm。