[發明專利]一種高效的III-V族/硅兩端疊層太陽電池

在審

• 申請號: 202111359268.0
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114005900A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 張曉丹;李興亮;李仁杰;任寧宇;陳兵兵;許盛之;侯國付;趙穎
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L31/05
• 分類號: H01L31/05;H01L31/0216;H01L31/0236;H01L31/043
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

一種高效的III?V族/硅兩端疊層太陽電池，采用前表面絨面的晶硅電池為底電池，通過透明導電粘合劑與平面III?V頂電池構成兩端的疊層結構。本發明專利開發了一種基于透明導電粘合劑鍵合的III?V族與晶硅的疊層電池技術，采用絨面晶硅電池作為底電池，增加了底電池的長波吸收，解決了晶硅底電池與商業絨面晶硅電池工藝不兼容的難題。即利用含有大粒徑導電顆粒的透明導電粘合劑，實現平面的III?V族頂電池與前表面絨面的晶硅底電池的橋接。且該粘合劑透過率高，縱向導電率高，可以在獲得高效疊層電池的同時，為后續III?V族與晶硅兩端疊層電池的商業化應用打開了新空間。

技術領域

本發明涉及太陽電池的技術領域，特別涉及一種高效的III-V族/硅兩端疊層太陽電池的設計與制備。

背景技術

III-V族與晶硅疊層電池近年來由于其可獲得更高的轉換效率而引起眾多研究者的關注。其中兩端的III-V族與晶硅疊層電池由于其與目前光伏市場中大規模組件制備工藝更加兼容，成為目前III-V族與晶硅疊層電池研究的重點。兩端的III-V族與晶硅疊層電池主要有三種方式：外延生長、晶圓鍵合、機械堆疊。自1985年，制備出第一塊III-V/硅兩端疊層太陽電池至今，疊層電池的轉換效率已由17.6％提高至35.9％。目前已報道的效率超過30％的III-V/硅兩端疊層太陽電池主要研究單位包括德國弗勞恩霍夫實驗室的Dimroth課題組、日本國立先進工業科學技術研究所(AIST)的Makita課題組。值得指出的是，由于硅的晶格常數和GaAs的晶格常數相差4％，熱膨脹系數相差較大(GaAs＝5.73×10^-6℃^-1，Si＝2.6×10^-6℃^-1)，且GaAs為極性材料，Si為非極性材料，因此在Si基底上很難外延生長高質量GaAs材料。目前外延生長兩端的III-V族與晶硅疊層電池最高效率僅為25.9％。德國弗勞恩霍夫實驗室的Dimroth組采用晶圓鍵合的方法，制備出兩端的Ga_0.51In_0.49P/Ga_0.93In_0.07As_0.87P_0.13//Si疊層電池，效率為35.9％。然而，晶圓鍵合需要超凈的實驗環境，原子級的拋光平面(粗糙度0.5nm)，高質量的隧穿結以及昂貴的鍵合設備，因此不適合工業化生產。日本AIST的Makita組采用機械堆疊的方法，采用Pd金屬納米陣列鍵合，制備出了效率為30.8％的兩端Ga_0.51In_0.49P/AlGaAs//Si疊層電池，然而Pd金屬納米陣列的尺寸僅為50nm，粘合強度較低，且只能在平面上旋涂制備，和目前絨面硅電池不兼容。從目前已發表的結果上來看，所有的兩端III-V族與晶硅疊層電池均采用前表面拋光的晶硅電池，這會增加制造成本，導致界面反射，不利于硅電池在長波的吸收的同時造成底電池限流。

綜上所述，可歸納出現有兩端III-V族與晶硅疊層電池技術的不足：1)采用前表面拋光的硅電池作為底電池，導致III-V族和Si界面反射損失嚴重，硅電池近紅外吸收較差，導致底電池限流。2)前表面拋光的硅電池和目前商業絨面的商業晶硅電池不兼容，不僅不利于電池的效率，并且增加了制造成本，不利于電池的實際應用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提出一種采用透明導電粘合劑鍵合的兩端III-V族與晶硅疊層電池，采用絨面的晶硅電池作為底電池，從而獲得更加高效且成本更低的III-V/晶硅疊層電池。此種方法相比于現有技術還具有以下優點：1)解決了目前兩端III-V族與晶硅疊層電池與絨面的商業晶硅電池不兼容的問題，降低了制造成本；2)相較于平面的晶硅電池，絨面的晶硅電池具有更好的近紅外吸收，更高的電流密度；3)該透明導電粘合劑具有較高的透明度，且縱向導電，橫向不導電，避免了分流效應；4)該透明導電粘合劑具有在長波透過性較高的特點，可以有效提高底電池的長波吸收。

本發明的技術方案：