[发明专利]一种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技术领域，尤其是一种三结级联太阳能电池的结构及其制作方法。

背景技术

在III-V族太阳能电池领域，通常采用多结体系实现对太阳光谱的分段吸收利用，以获得较高的转换效率。目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GaInP/GaAs/Ge三结电池。该电池目前达到的最高转换效率为32-33%。但是该体系仍然存在一个主要问题是Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍，由于受三结电池串联的制约，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用。计算表明具有1.93eV/1.39eV/0.94eV帯隙组合的三结太阳能电池在100倍聚光下的转换效率大于51%。

一种能实现该帯隙组合的材料为AlInAs/InGaAsP/InGaAs，然而该材料的晶格常数与GaAs衬底有约2.5%的失配，而且目前尚缺乏与上述材料晶格常数匹配的衬底。为了得到1.93eV/1.39eV/0.94eV帯隙组合的AlInAs/InGaAsP/InGaAs材料，一种常用方法是利用晶格异变技术在GaAs衬底上生长晶格异变缓冲层，实现晶格常数的过渡，然而该技术对材料生长提出了更高的要求，同时缓冲层的引入也带来了较多的缺陷，降低了电池的性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种三结级联太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

采用有机金属化学气相沉积方法在GaAs衬底上依次生长GaAs_1-x-yN_xBi_y底电池层、第一隧道结、In_mGa_1-mAs_1-nN_n中间电池层、第二隧道结、Al_pGa_1-p-qIn_qP顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs衬底底部及所述GaAs接触层顶部制作欧姆电极。

优选地，所述GaAs_1-x-yN_xBi_y底电池层、所述In_mGa_1-mAs_1-nN_n中间电池层、所述Al_pGa_1-p-qIn_qP顶电池层均各包括上下层叠的N型发射区和P型基区。

优选地，所述N型发射区掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3的，生长厚度为0.2微米；所述P型基区的掺杂浓度为3×10¹⁷cm^-3的，生长厚度为3.0微米。

优选地，所述GaAs_1-x-yN_xBi_y底电池层的禁带宽度为0.94±0.01eV；所述GaAs_1-x-yN_xBi_y底电池层的x、y分别为1.45%、2.56%。

优选地，所述In_mGa_1-mAs_1-nN_n中间电池层的禁带宽度为1.39±0.01eV；所述In_mGa_1-mAs_1-nN_n中间电池层的m、n分别为1.0%、0.30%。

优选地，所述Al_pGa_1-p-qIn_qP顶电池层的禁带宽度为1.93±0.01eV；所述Al_pGa_1-p-qIn_qP顶电池层的p、q分别为3.6%、49.0%。

优选地，所述第一隧道结和/或第二隧道结包括上下层叠的P型层以及N型层，所述N型层的材质为N型GaInP、N型InGaAs或N型GaAs；所述P型层的材质为P型GaAs或者P型AlGaInP；所述N型层或P型层的掺杂浓度均不小于1×10¹⁹cm^-3，生长厚度均为0.015微米。