[发明专利]具有锥形背散射层的GaAs薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种具有锥形背散射层的GaAs薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

作为当今世界最具发展前景的一种能源，太阳能具有取之不尽、功率巨大、使用安全等优点。但是，目前太阳能电池的发展和利用中遇到的主要问题是光电转换效率较低，太阳能电池的性价比不高。太阳能电池是一种能量转换的光电元件，它是经由太阳光照射后，把光的能量转换成电能。太阳能电池的种类繁多，目前在光伏市场上薄膜太阳能电池的产品类型主要有Si基薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池和CdTe薄膜太阳能电池等。与厚度约为180～200微米的普通晶体Si太阳能电池相比，薄膜太阳能电池的薄膜材料厚度不超过50微米，大大减少了材料的用量，降低电池成本，提高了重量比功率。

GaAs材料具有直接能带隙，带隙宽度为1.42eV(300K)，其具有以下特点：1、转换效率高：GaAs基太阳能电池满足太阳光谱匹配所需的材料与结构，具有陡峭的吸收系数曲线，可以在几个微米之内就将太阳光基本吸收，其单结光电转换效率是最高的。2、温度特性好。3、抗辐照性强：GaAs是直接带隙材料，少数载流子寿命较短，在离结几个扩散度外产生损伤，对光电流和暗电流均无影响，因此，GaAs太阳能电池具有较好的抗辐照性能。4、作为多结叠层太阳能电池的材料，可与III-V族三、四元化合物(GaInP、AlGaInP、GaInNAs等)和Ge等组成多结电池。

尽管GaAs电池有很多优点，但GaAs太阳能电池具有单晶材料成本高、机械强度较差等不足之处，不符合空间电源低成本、高可靠的要求。为克服这一缺点，如果我们能获得吸收光子的超薄有源层，同时实现衬底的重复利用，这样可显著降低电池成本。中国专利申请(CN1941422A)公开了一种具有布拉格反射器的n/p型高抗辐射GaAs太阳电池，在缓冲层与一基区制作一层布拉格反射器结构，该布拉格反射器使用7个周期的AlGaAs/GaAs材料，共生长约0.9μm厚，能对光子进行重新吸收而产生新的电子空穴对，增加转化效率，但是使用这种布拉格反射层对低能级的光子不能反射，全部被衬底吸收，增大了工作温度，减少了太阳能电池的寿命。因此，需要研究在制作过程中得到可重复使用的衬底的薄膜电池制备方法，且可以有效地提高Ⅲ-Ⅴ族半导体太阳能电池的转换效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有锥形背散射层的GaAs薄膜太阳电池及其制备方法，以提高GaAs薄膜太阳电池的光电转换效率，并降低电池的成本。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种具有锥形背散射层的GaAs薄膜太阳电池，其包括依次叠层设置于廉价衬底上的底电极、AlInP背散射层、GaInP背场层、p-GaAs基层、n-GaAs发射层、GaInP窗口层、GaAs接触层以及顶电极；其中，所述AlInP背散射层朝向所述底电极的一侧具有多个凸起的锥形结构。

其中，所述多个凸起的锥形结构为不规则的锥形结构，以使所述AlInP背散射层在该侧的表面为不平整的表面。

其中，所述AlInP背散射层的厚度为1～3μm。

其中，所述廉价衬底为硅衬底、铜衬底、玻璃衬底或聚酰亚胺衬底。

其中，所述底电极包括依次设置于所述廉价衬底上的第一电极层和第二电极层；其中，所述第一电极层和第二电极层通过键合结合。

其中，所述GaAs接触层中还设置有减反膜。

如上所述的具有锥形背散射层的GaAs薄膜太阳电池的制备方法，包括步骤：

S101、应用MOCVD工艺或MBE工艺在GaAs衬底上依次生长GaAs衬底保护层、AlGaAs牺牲层、GaAs接触层、GaInP窗口层、n-GaAs发射层、p-GaAs基层、GaInP背场层以及AlInP背散射层；其中，所述AlInP背散射层的上表面具有多个凸起的锥形结构；

S102、在具有多个凸起的锥形结构的AlInP背散射层上制备第二电极层；

S103、提供一廉价衬底并在该廉价衬底上制备第一电极层；

S104、应用键合工艺将所述第二电极层与所述第一电极层键合结合；其中，所述第二电极层与所述第一电极层共同形成一底电极；

S105、腐蚀所述AlGaAs牺牲层，剥离所述GaAs衬底；

S106、在所述GaAs接触层上制备顶电极，获得所述具有锥形背散射层的GaAs薄膜太阳电池。

进一步地，该方法还包括在所述GaAs接触层中制备减反膜的步骤。