[发明专利]三结太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种采用四元材料BInGaAs和InGaAsN，并且具有优化帯隙组合的GaAs基正装三结太阳电池及其制备方法，该三结太阳电池可实现对太阳光谱的充分利用，并且满足各个子电池电流匹配，具有较高的电池效率。

背景技术

为了对太阳能量进行充分利用，在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的研制过程中，需要对太阳光谱进行划分，采用与之相匹配的不同禁带宽度子电池进行串联。为了得到较高的光电转化效率，各个串联的子电池需要满足电流匹配条件以避免子电池电流失配对能量的浪费。而实际应用中，满足帯隙条件的材料往往受到晶格常数的限制，很难获得理想的材料。在晶格匹配的三结太阳电池中，目前研究较为成熟的体系是GaInP/GaAs/Ge(1.9/1.42/0.7eV)三结电池，其最高转换效率为32-33%(一个太阳)，该电池中Ge子电池的电流约是其他两结电池的2倍，受串联电路的影响，该结电池中转化的太阳能量一部分被浪费掉，影响电池整体效率的提升。

最近的研究表明具有1.93eV/1.39eV/0.94eV帯隙组合的三结太阳电池的效率大于51%(100倍聚光)，然而由于晶格常数对材料的限制，具有该理想帯隙组合且与衬底晶格匹配的材料选择较少，为了得到满足该帯隙组合的太阳电池，一种常用方法是利用晶格异变技术在GaAs衬底上生长与其晶格失配的晶格异变缓冲层，然而该技术增加了生产成本，并对生长技术提出了更高的要求，同时缓冲层的引入也带来了较多的缺陷，影响了电池的性能。另一种方法是将具有优化帯隙的材料进行键合，然而该技术难度较大。

如何实现多结太阳电池合理的带隙组合，减小电流失配同时而又不提高电池制作成本和技术难度成为当前太阳电池亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种三结太阳电池及其制备方法，解决现有技术中为了获得高效三结电池会增加电池的制作成本以及制作工艺复杂度的问题。 

为了解决上述问题，本发明提供了一种三结太阳电池，包括分别采用AlGaInP材料、BInGaAs材料以及InGaAsN材料制成的三结子电池，所有子电池的晶格常数均与GaAs衬底匹配。

进一步，所述三结子电池分别为InGaAsN底电池、BInGaAs中间电池以及AlGaInP顶电池，所述太阳电池包括依次连接的InGaAsN底电池、第一隧道结、BInGaAs中间电池、第二隧道结以及AlGaInP顶电池，所述AlGaInP顶电池和所述GaAs衬底上分别设有电极。

进一步，所述InGaAsN底电池中In的组分范围为10.45%-10.55%，N的组分范围为3.55%-3.65%，所述InGaAsN底电池的带隙宽度为~0.94 eV。

进一步，所述BInGaAs中间电池中B的组分范围为1.45%-1.55%，In的组分范围为2.95%-3.05%，所述BInGaAs中间电池的带隙宽度为~1.39 eV。

进一步，所述AlGaInP顶电池中Al的组分范围为3.65%-3.75%，In的组分范围为48.95%-49.05%，所述AlGaInP顶电池的带隙宽度为~1.93 eV。

为了解决上述问题，本发明还提了一种本发明所述的三结太阳电池的制备方法，包括步骤：1）在GaAs衬底上依次生长InGaAsN底电池、第一隧道结、BInGaAs中间电池、第二隧道结、AlGaInP顶电池以及欧姆接触层；2）分别在所述AlGaInP顶电池和所述GaAs衬底上制备上、下电极，获得目标太阳电池。

进一步，所述三结太阳电池采用MOCVD法或MBE法生长形成。

本发明提供的三结太阳电池及其制备方法，优点在于：

1. 具有理想的带隙组合：~1.93 eV、~1.39 eV、~0.94eV，具有较高的开路电压，各个子电池的电流匹配，具有较高的电池效率；

2. 所有子电池晶格常数与GaAs衬底匹配，避免了晶格异变技术中要求生长较厚的缓冲层对材料的浪费，降低了生产成本；

3. 采用正装生长方法生长，制备工艺简单，避免了倒置生长电池结构需要先与其它支撑衬底材料键合再去除GaAs衬底的复杂工艺，降低了电池的制作难度。

附图说明

图1所示为本发明一具体实施方式提供的三结太阳电池采用正装方式生长的结构示意图；

图2为图1所示的三结太阳电池制成品的结构示意图；

图3所示为本发明一具体实施方式提供的三结太阳电池的制备方法步骤流程图。