[发明专利]多结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多结太阳能电池及其制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

在最近几年，太阳电池作为实用的新能源，吸引了越来越多的关注。它是一种利用光生伏打效应，将太阳能转化成电能的半导体器件，这在很大程度上减少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依赖，成为利用绿色能源的最有效方式之一。在所有新能源中，太阳能是最为理想的再生能源之一，充分开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策。近些年来，作为第三代光伏发电技术的聚光多结化合物太阳电池，因其高光电转换效率而倍受关注。

当前高效的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池在聚光条件下已获得超过41.8%光电转换效率。但是由于Ge底电池过多的吸收了低能光子，因而与InGaP和GaAs中顶电池的短路电流不匹配，所以传统的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池结构并不是效率最优化的组合。理想状况下，如果能够寻找禁带宽度为1eV的材料替代Ge，就能够实现三结电池电流匹配。In_0.3Ga_0.7As具有1eV的禁带宽度，是最佳的选择之一，但其与GaAs之间存在2.14%的晶格失配。采用倒装方式生长：先生长与衬底GaAs晶格匹配的In_0.5Ga_0.5P和GaAs中顶电池；然后再通过渐变缓冲层(InGaP、InAlP或InGaAs)过渡到InGaAs底电池；后续的衬底剥离，新衬底键合等工艺逐步实施，实现整个电池的全结构制备。整个制备过程中的主要技术难点在于：克服从GaAs 晶格常数0.5653 nm向In_0.3Ga_0.7As晶格常数0.5775 nm过渡时产生的2.15%的晶格失配，也就是异质结渐变缓冲层的生长。

发明内容

本发明提供了一种获得1eV子电池的思路，其引入同质渐变缓冲层，可以获得位错密度更低，晶体质量更好的子电池。

根据本发明的一个方面，一种多结太阳能电池，至少包括底电池、次底电池和顶电池，底电池与次底电池之间晶格不匹配，在底电池与次底电池之间还包含渐变缓冲层，其与底电池的材料同质。

优先地，所述渐变缓冲层与底电池同质，其材料为GaAs_1-xN_x，x的数值为0~0.0376。GaAs_1-xN_x，x材料中，当N的组分逐步提高至3.76%时，材料的带隙由GaAs的1.42eV降低为1eV（如图1所示）。利用GaAsN作渐变缓冲层和子电池的同质缓冲层技术，能够获得位错密度更低，晶体质量更好的1eV子电池。将此技术应用于倒装多结电池的全结构中，制备出了电流匹配、低位错密度的高效太阳能电池。

在一些实施例中，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，其中底电池的带隙为1.15~0.95eV，次底电池的带隙为1.45~1.36eV，顶电池的带隙为1.95~1.85eV。

在一些实施例中，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池，其中底电池的带隙为1.15~0.95eV，次底电池的带隙为1.45~1.36eV，中电池的带隙为1.65~1.55eV，顶电池的带隙为1.95~1.85eV。

在一些实施例中，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池，其中底电池的带隙为1.15~0.95eV，次底电池的带隙为1.45~1.36eV，中电池的带隙为1.95~1.85eV，顶电池的带隙为2.24~2.05eV。

在一些实施例中，所述多结太阳能电池为五结太阳能电池，其中底电池的带隙为1.15~0.95eV，次底电池的带隙为1.45~1.36eV，中电池的带隙为1.65~1.55eV，次顶电池的带隙为1.95~1.85eV，顶电池的带隙为2.24~2.05eV。

根据本发明的第二个方面，多结太阳能电池的制作方法，其包括步骤：1）倒装生长各结子电池的半导体材料层，其至下而上包括顶电池、次底电、渐变缓冲层和底电池，其中，底电池与次底电池之间晶格不匹配，渐变缓冲层的材料与底电池的材料同质；2）提供一支撑基板，将所述半导体材料层反转安置于所述支撑基板上。