[发明专利]三结太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三结太阳能电池，包括Si子电池、以及在Si子电池上依次叠层设置的过渡层组、第一隧道结、AlGaAs子电池、第二隧道结、AlGaInP子电池。本发明还公开了三结太阳能电池的制备方法，包括：制备Si子电池；在Si子电池上依次叠层制备过渡层组、第一隧道结以及AlGaAs子电池；在AlGaAs子电池上依次叠层制备第二隧道结以及AlGaInP子电池。根据本发明的三结太阳能电池能够有效拓宽Si子电池的光谱覆盖范围，提高电池的开路电压，从而提高电池效率；同时，本发明的三结太阳能电池通过激活硅衬底形成Si子电池，以硅片为衬底，利用了其成本低、机械强度高和有利于大面积集成等优点，也为大规模制造提供了可能。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体地讲，涉及一种三结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

市场上的单晶硅和多晶硅太阳电池，其平均光电转换效率较低，主要是因为其带隙是固定的，能够吸收的太阳光谱有限，从而导致85％的太阳能被转化为热能，没能转化成有效的电能。而多结III-V化合物半导体太阳能电池以其多种带隙宽度不同的半导体材料吸收与其带隙宽度相匹配的那部分太阳光，从而实现对太阳光的宽光谱吸收。目前，直接生长的双结电池的光电转换效率已超过了30％；GaInP/GaAs/Ge三结电池能电池在一个太阳下的最高光电转换效率也已达到32％-33％。但是，基于锗衬底的三结电池能电池的光电转换效率的进一步提高仍面临晶格匹配和电流匹配两个重要难题；另外，锗衬底价格较贵，且目前可以制备出的锗晶片相对较小，使得基于锗衬底电池的制造成本较高，难以进行大规模的生产制造。

低成本和大面积集成的需要驱使人们寻找在硅衬底上制作III-V化合物半导体太阳能电池的方法。除了经济因素以外，硅衬底的机械强度大，热导性好，既可以做支撑衬底又能做底层电池等优势，因此将这种环保型材料与能够取得高效率的III-V化合物半导体进行结合，无论是从成本还是从环保和效率方面，都是值得研究的；但如何制备晶格匹配单片级联又能够覆盖全光谱的硅基电池是急需解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种三结太阳能电池，其包括Si子电池、以及在所述Si子电池上依次叠层设置的过渡层组、第一隧道结、AlGaAs子电池、第二隧道结、AlGaInP子电池；其中，所述Si子电池、过渡层组、第一隧道结、AlGaAs子电池、第二隧道结和AlGaInP子电池依次晶格匹配。

进一步地，所述Si子电池包括按照远离所述过渡层组的方向依次叠层设置的n型扩散层、p型层及第一背场；其中，所述n型扩散层的材料为磷化镓，所述p型层的材料为p型单晶硅片，所述第一背场的材料为硼。

进一步地，所述AlGaAs子电池包括在所述第一隧道结上依次叠层设置的第二背场、第一基极、第一发射极及第一窗口层；其中，所述第二背场的材料为p型重掺杂AlGaInP；所述第一基极的材料为p型掺杂AlGaAs；所述第一发射极的材料为n型重掺杂AlGaAs；所述第一窗口层的材料为n型重掺杂AlInP；n型掺杂源和p型掺杂源分别为硅和铍。

进一步地，所述AlGaInP子电池包括在所述第二隧道结上依次叠层设置的第三背场、第二基极、第二发射极及第二窗口层；其中，第三背场的材料为p型重掺杂AlGaInP；第二基极的材料为p型掺杂AlGaInP；第二发射极的材料为n型重掺杂AlGaInP；第二窗口层的材料为n型重掺杂AlInP；其中，n型掺杂源和p型掺杂源分别为硅和铍。

进一步地，所述过渡层组包括若干依次叠层设置在所述Si子电池上的过渡层Ga1-x(i)Inx(i)P，其中，i的取值按照远离所述Si子电池的方向依次为1、2、3、4、……；铟的含量x(i)的取值范围是0＜x(i)≤0.48。