[发明专利]多结叠层电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及多结叠层电池及其制备方法。

背景技术

随着能源问题的不断加剧，人类对于太阳能这种取之不尽用之不竭的清洁能源寄予厚望，成为当前广泛接受的研究热点。在众多太阳能电池中，传统GaInP/GaAs/Ge三结电池已成功应用于空间和地面光伏领域，但进一步提升转换效率遇到瓶颈。根据带隙组成和与太阳光谱的匹配，顶电池的禁带宽度达到2.4eV~2.7eV时可显著提升多结电池的转换效率，但这么高的带隙宽度在已经采用的电池材料体系内是较难办到的。InGaN材料通过调节In的组分即可在0.7 eV ~3.4eV的范围内控制其禁带宽度，是极有可能满足多结高效太阳能电池的材料之一。采用MBE或者MOCVD技术直接在III-V族电池顶部生长InGaN顶电池，由于生长条件的差异，不仅要涉及衬底在腔室之间的转移导致污染；而且，由于InGaN材料与传统III-V族材料存在较大的晶格失配和热失配，获得的InGaN顶电池材料质量极差，而且容易发生龟裂、脱落等现象。另外，使用分光的方法虽可避免材料连续生长的问题，但由于采用平行结构且分光，会导致体积较大以及分光损失等。

另外，InGaN电池禁带宽度大，输出开路电压较高，但电流密度相对较低。若采用双端电极，顶电池可能会成为制约电流输出的瓶颈，影响电池效率的提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供多结叠层电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种多结叠层电池，包括一衬底、一InGaN基电池膜层与一III-V族多结电池膜层，所述衬底置于所述III-V族多结电池膜层的裸露表面，所述InGaN基电池膜层与III-V族多结电池膜层之间通过键合方式连接。

所述InGaN基电池膜层与III-V族多结电池膜层均采用双层台面结构，且所述InGaN基电池膜层与III-V族多结电池膜层中每层台面结构裸露表面均设置一电极。

所述III-V族多结电池膜层为Ge/Ge/GaAs/GaAs/GaAs/GaAs/GaAs/GaInP/GaInP/GaInP/AlInP、InGaAs/InGaAs/GaInP/InGaAs/GaAs/GaAs/GaInP/AlGaAs/GaInP/GaInP/AlInP与Ge/Ge/GaAs/GaAs/InGaAs/InGaAs/GaAs/GaInP/AlGaAs/AlGaAs/AlInP中任意一种。

为了解决上述问题，本发明还提供一种如上述的多结叠层电池的制备方法，包括步骤：

1）提供一第一衬底、一第二衬底；

2）在所述第一衬底生长InGaN基电池膜层，在第二衬底上生长III-V族多结电池膜层；

3）从InGaN基电池膜层上剥离第一衬底，剩下InGaN基电池膜层；

4）将InGaN基电池膜层的任意裸露表面键合至III-V族多结电池膜层的裸露表面。

所述的多结叠层电池的制备方法，进一步包括步骤：

5）图形化所述InGaN基电池膜层与III-V族多结电池膜层，使得上述两膜层均形成双层台面结构；

6）在所述InGaN基电池膜层与III-V族多结电池膜层中每层台面结构裸露表面均设置一电极。

所述步骤4）中键合的方式包括采用共熔、过渡层、高温处理以及静电键合中任意一种。

所述过渡层的材料为铝、钛、硅化铂中任意一种或多种。

本发明提供多结叠层电池及其制备方法，优点在于：

1. 本发明中InGaN顶电池带隙宽度为2.4eV~2.7eV，能与太阳光谱匹配的更好，实现超高效率。

2. InGaN顶电池和常规III-V族电池可以在不同衬底上、不同腔室和不同生长条件下生长，生长过程方便可控，更有利于提升InGaN顶电池的材料质量。

3. 采用键合技术有效避免了因晶格失配和热失配造成的龟裂和脱落，增加了成品率。

4. 采用多端电极分别输出InGaN电池和常规III-V多结电池，可避免电流不匹配的问题，有利于多结电池效率的提升。

附图说明

图1是本发明提供的在第一衬底上生长的InGaN基电池膜层的结构图；

图2是本发明提供的在第二衬底上生长的III-V族多结电池膜层的结构图；

图3是本发明提供的多结叠层电池的结构图；

图4是本发明提供的带电极的多结叠层电池的结构图。

具体实施方式