[发明专利]三结级联太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及三结级联太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在太阳能电池领域，相比于占据大部分民用市场的单晶和多晶Si太阳能电池，成本较高的III-V族化合物半导体聚光多结电池由于可以通过合适的带隙组合，实现太阳光的宽光谱吸收，因此在转化效率上占有绝对的优势。近些年，高倍聚光技术的应用与发展，为降低其成本提供了一条有效的途径，并且聚光多结太阳能电池的光电转换效率已经超过40%，预期效率能达到45%-50%。但其衬底的高成本、机械性能差、面积小以及工艺集成度不高以及电池原材料成本等问题，依旧制约其在民用市场中的推广与发展。

社会经济发展动力和民用市场的大规模需求，使人们不断寻求聚光技术之外的降低电池成本、提高衬底机械性能、增大电池面积以及保持高效率的方法与途径。目前技术较为成熟、应用较多的GaInP/GaAs/Ge三结电池，在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32%-33%。但是受晶格匹配的制约，该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用，使其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍。如果以Si代替Ge衬底制备带隙组合为1.96、1.48和1.1eV的三结太阳能电池，在实现电流匹配的同时可以获得更高的开路电压，从而可以进一步提高三结电池的转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供三结级联太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种三结级联太阳能电池包括Si子电池，以及在所述Si子电池上依次设置的渐变过渡层、第一隧道结、GaAsP子电池、第二隧道结、GaInP子电池和GaAsP接触层。

所述Si子电池包含材料为P型Si的第一基区、N型Si的第一发射区和N型GaP的第一窗口层，所述第一发射区、第一窗口层依次按照逐渐远离第一基区方向设置。

所述渐变过渡层的材料为 GaAs_xP_1-x和Ga_yIn_1-yP中任意一种或两种的组合物，x的范围为0至1，y的范围为1至0.51，所述渐变过渡层的带隙大于GaAsP子电池的带隙。

所述第一隧道结、第二隧道结均包含依次按照逐渐远离Si子电池方向设置的GaInP层、(Al)GaAs层和材料为Al(Ga) InP的势垒层。

所述GaAsP子电池包含依次按照逐渐远离Si子电池方向设置的材料为GaAsP的第二基区、GaAsP的第二发射区和AlInP的第二窗口层。

所述GaInP子电池包含依次按照逐渐远离Si子电池方向设置的材料为GaInP的第三基区、GaInP的第三发射区和AlInP的第三窗口层。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种如上述的三结级联太阳能电池的制备方法，包括步骤：(1)、制备Si子电池；(2)、在所述Si子电池上依次生长渐变过渡层、第一隧道结、GaAsP子电池、第二隧道结、GaInP子电池和GaAsP接触层。

所述步骤(1)进一步包括步骤：(11)、在P型Si衬底上采用扩散工艺形成N型Si的第一发射区；(12)、在所述第一发射区的裸露表面生长N型GaP的第一窗口层。

所述渐变过渡层采用As组分线性渐进的方法、As组分步进的方法、Ga组分线性渐进的方法和Ga组分步进的方法中任意一种或几种方法组合生长。

本发明提供三结级联太阳能电池及其制备方法，优点在于：

1.该GaInP/GaAsP/Si三结级联太阳能电池带隙组合为1.96 eV，1.48 eV，1.1 eV，各个子电池具有合理的带隙组合，使其电流匹配，可实现对太阳光谱的充分利用，提高了电池效率。

2.该三结级联太阳能电池中的Si衬底，成本低、机械强度高、晶片面积大等优点，可以降低高效多结太阳能电池的成本。

3.该三结级联太阳能电池只需经过一次生长过程，器件制作与标准电池工艺兼容，降低了电池的制作难度、从而克服现有太阳能电池研究方案中的不足。

附图说明

图1是本发明提供的三结级联太阳能电池的第一具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明提供的三结级联太阳能电池第一具体实施例的产品结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的三结级联太阳能电池及其制备方法的具体实施方式做详细说明。

第一具体实施方式

图1所示为本发明所述三结级联太阳能电池的第一具体实施方式的结构示意图。