[发明专利]一种三结太阳电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体太阳电池材料及器件制造领域，尤其涉及一种三结太阳电池及其制备方法。

【背景技术】

目前在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的研制过程中，为了提高电池的转换效率，需要对太阳光谱进行划分，采用与之相匹配的不同带隙的子电池依次串联，以实现对太阳光谱的充分利用。

在三结太阳电池中，目前研究较为成熟的材料体系是与GaAs衬底晶格匹配生长的GaInP/GaAs/Ge三结电池，其带隙组合为1.9eV、1.42eV、0.7eV，该带隙组合并未达到最优值，其最高转换效率仅为32%左右。最新研究表明具有带隙组合1.93eV、1.39eV、0.94eV的三结太阳电池的效率大于51%，然而由于晶格常数对材料的限制，具有该优化带隙组合且与GaAs衬底晶格匹配的材料较少，如一种能实现该带隙组合的材料体系为AlInAs/InGaAsP/InGaAs，然而该材料体系与GaAs衬底有约2.1%的晶格失配。

为了得到带隙组合为1.93eV、1.39eV、0.94eV的AlInAs/InGaAsP/InGaAs材料，一种方法是利用晶格异变技术在GaAs衬底上引入晶格失配的晶格异变缓冲层，然而缓冲层的引入将带来各种材料缺陷，会对电池性能产生不良影响，上述方法不仅增加了生长难度，而且增加了生产成本。

【发明内容】

为解决现有太阳电池制作工艺中生长难度大、生产成本高的问题，本发明提出一种三结太阳电池及其制备方法。

本发明一方面提出一种三结太阳电池，包括依次连接的P型GaAs衬底、InGaAsN底电池、第一隧道结、GaNAsBi中间电池、第二隧道结、AlGaInP顶电池以及N型GaAs欧姆接触层，其中在所述P型GaAs衬底上设有P型电极、在所述N型GaAs欧姆接触层上设有N型电极。

本发明另一方面提出一种三结太阳电池制备方法，包括如下步骤，步骤S1：在P型GaAs衬底上生长InGaAsN底电池；步骤S2：在所述InGaAsN底电池上生长第一隧道结；步骤S3：在所述第一隧道结上生长GaNAsBi中间电池；步骤S4：在所述GaNAsBi中间电池上生长第二隧道结；步骤S5：在所述第二隧道结上生长AlGaInP顶电池；步骤S6：在所述AlGaInP顶电池上生长N型GaAs欧姆接触层；步骤S7：在所述P型GaAs衬底上制备P型电极，在所述N型GaAs欧姆接触层上制备N型电极。

本发明提出的三结太阳电池及其制备方法采用了优化的带隙组合：1.93eV、1.39eV以及0.94eV，同时各个子电池与GaAs衬底晶格匹配，该制备方法充分利用现有GaAs基多结电池工艺，解决了目前采用晶格异变、倒置生长等技术存在的材料消耗大、工艺难度大、成本较高的问题。

【附图说明】

图1所示为本发明一实施例的三结太阳电池结构示意图；

图2所示为本发明一实施例的三结太阳电池制备方法流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合具体实施例及附图，对本发明作进一步详细说明。应当理解，文中所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

本发明一方面提供一种三结太阳电池，如图所示，所述三结太阳电池包括依次连接的P型GaAs衬底100、InGaAsN底电池200、第一隧道结300、GaNAsBi中间电池400、第二隧道结500、AlGaInP顶电池600以及N型GaAs欧姆接触层700，其中在所述P型GaAs衬底上设有P型电极800、在所述N型GaAs欧姆接触层上设有N型电极900。

优选地，所述InGaAsN底电池200带隙值为0.94±0.03eV，其中In摩尔分数可选取9.3%-11.6%范围内任意一值，N摩尔分数可选取3.2%-4%范围内任意一值。

优选地，所述GaNAsBi中间电池400带隙值为1.39±0.03eV，其中N摩尔分数可选取0.03%-0.18%范围内任意一值，Bi摩尔分数可选取0.05%-0.3%范围内任意一值。