[发明专利]Si衬底三结级联太阳电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用的光伏技术领域，尤其涉及一种Si衬底支撑的三结级联太阳电池及其制作方法。

背景技术

作为一种理想的绿色能源材料，太阳电池成为各国的研究热点，为了促进太阳电池的进一步实用化，提高其光电转换效率是其降低发电成本的一种有效手段。叠层电池采用不同禁带宽度的子电池串联能极大的提高太阳光的利用率，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，该材料体系在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32～33%。然而该三结电池中Ge底电池覆盖较宽的光谱，其短路电流较大，为了实现与其他子电池的电流匹配必然会降低太阳光利用率。为了进一步提高转换效率，需要对底电池进行拆分，如在GaAs和Ge电池中间插入一带隙为1.00eV的InGaAsN材料，做成四结级联太阳电池，实现光电流匹配，提高电池效率。但目前制备的InGaAsN材料缺陷多、载流子迁移率低，影响了电池性能的提高。因此研究人员积极寻求别的途径来获得高效的太阳能电池，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难度成为当前Ⅲ-Ⅴ族太阳电池亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述以InGaP/（In）GaAs/Ge三结级联太阳能电池为代表的光伏技术仍无法达到与太阳光谱的最佳匹配，以及制作三结及三结以上的太阳能电池存在的半导体材料间晶格失配的客观困难，本发明提供一种Si衬底三结级联太阳电池，其包括从下至上依次设置在Si衬底上的第一过渡层、GeSi底电池、第二过渡层、第一隧道结、GaAs中间电池、第二隧道结、GaInP顶电池、GaAs接触层。

优选地，所述GeSi底电池、GaAs中间电池、GaInP顶电池的禁带宽度分别为1.89eV、1.42eV、1.0eV。

优选地，所述第一过渡层是的材质是Si_xGe_1-x，0.8≤x＜1。

优选地，所述第一过渡层中所述x含量按照远离Si衬底的方向呈线性或台阶式降低，所述第一过渡层厚度不大于2μm。

优选地，所述第二过渡层的材质为GaAs_yP_1-y，0.098≤y≤1。

优选地，所述第二过渡层中所述y含量按照远离Si衬底的方向呈线性或台阶式降低，所述第二过渡层厚度不大于3μm。

优选地，还包括分别设置在所述Si衬底底部、GaAs接触层顶部的背电极和栅电极，以及设置在所述栅电极表面的抗反膜。

本发明还提供这种根Si衬底三结级联太阳电池的制作方法，包括如下步骤：

步骤A、采用金属有机化学气相沉淀法或分子束外延法按照远离Si衬底的方向依次在Si衬底上生长第一过渡层、GeSi底电池、第二过渡层、第一隧道结、GaAs中间电池、第二隧道结、GaInP顶电池、GaAs接触层；

步骤B、分别在所述Si衬底底部、所述GaAs接触层顶部蒸镀背电极和栅电极，以及在所述栅电极表面蒸镀抗反膜。

有益效果：本发明的三结级联太阳能电池在继承以往两结级联太阳电池光电转换效率相对较高、稳定、寿命长的基础上，实现了在Si衬底生长GeSi、GaAs及GaInP子电池，形成1.89eV/1.42eV/1.0eV的带隙组合。本发明采用低廉的Si材料作为衬底，不但减少GaAs的消耗量，也降低了电池的制作成本，同时还提高了电池的机械强度。本发明的三结级联太阳能电池能获得高电压、低电流输出，从而有效降低超高倍聚光太阳电池中的电阻损失，实现较高的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明实施例三结级联太阳能电池的结构示意图。

图2为本发明实施例三结级联太阳能电池的第一过渡层结构示意图。

图3为本发明实施例三结级联太阳能电池的第二过渡层结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易理解，下面特结合本发明具体实施例，详细说明如下：

本发明基于晶格异变渐变过渡层技术，通过两次生长晶格异变过渡层，实现了Si衬底10生长GeSi、GaAs及GaInP子电池并获得三结级联太阳能电池。