[发明专利]一种叠层串联太阳能电池

说明书

本发明涉及一种叠层串联太阳能电池，其主要改进之处为，通过单层石墨烯将双结或多结III‑V族太阳能子电池进行串联。本发明中的双结或多结电池采用石墨烯连接两个子电池，避免了传统隧穿结的采用，减少了隧穿结中重掺杂向上下子电池中的扩散，简化了电池的制作工艺，降低成本。本发明的电池中所采用的石墨烯具有较好的导电性和透光性，减少了对光的无用吸收和对电子的额外消耗，有助于提高效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种基于石墨烯的双结或多结叠层串联太阳能电池。

背景技术

III-V族化合物半导体材料是继硅之后应用最为广泛的半导体材料之一，上世纪70年代就开始了光伏应用领域的开发。多结III-V化合物太阳电池通过匹配不同带隙的半导体材料，可实现对太阳光的宽光谱吸收，目前双结电池的世界效率已超过30％。

在常规的III-V族双结或多结串联太阳电池中采用隧道结将不同子电池串接起来。隧道结的性能直接影响到多结太阳电池的性能，要想获得高性能的太阳电池，隧道结应具有高透光率(宽带隙，结薄)、阻抗小以及减小多结电池的电学损失(高掺杂)等特点。所以对隧穿结结构的设计及材料的选择及其严格，工艺复杂。且常规的隧穿结作为一种III-V半导体材料总会对光照有一定的吸收，且有一定的电阻性能，在一定程度上影响电流的有效输运。为了解决上述问题，本专利提出了一种新型的电池串联方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种用石墨烯替代普通隧道结的III-V族叠层太阳能电池，其主要改进之处为，通过单层石墨烯将双结或多结III-V族太阳能子电池进行串联。

其结构具体为：包括双结或多结层叠设置的III-V族子电池，相邻的子电池间通过单层石墨烯进行联结，实现串联。

III-V族电池在制备的过程中需要晶格匹配，因此联结子电池的材料既需要考虑其导电性，还需考虑晶格匹配的问题。本发明采用单层石墨烯来替代传统的隧道结材料既可实现理想地导电，还可解决上下子电池晶格匹配的问题，而且可简化选材和制备工艺，降低生产成本。

优选的，所述单层石墨烯通过直接生长法或转移生长法设置于两个子电池之间。所述直接生长法是指直接在下面子电池上生长单层石墨烯层，所述转移生长法是指单层石墨烯层进行生长后再转移到下面子电池上。

本发明的另一个目的是提供一种基于石墨烯的双结叠层串联太阳能电池，从下至上依次包括层叠设置的GaAs子电池、单层石墨烯和GaInP子电池。GaAs材料能隙为1.42eV，与太阳光谱较为匹配，吸收系数较高，GaInP能隙为1.89eV，是与GaAs晶格匹配的顶电池材料的理想选择，上述两种子电池的禁带宽度组合合理，可获得较高效率。

优选的，所述GaAs子电池从下至上包括GaAs子电池的背场层、p(n)型GaAs基极、n(p)型GaAs发射极和GaAs子电池的窗口层。

进一步优选的，所述GaAs子电池的背场层下还依次设有GaAs基底和GaAs子电池背电极。

优选的，所述GaInP子电池从下至上包括依次形成于所述石墨烯层上GaInP子电池的背场层、p(n)型GaInP基极、n(p)型GaInP发射极、GaInP子电池的窗口层。

进一步优选的，所述GaInP子电池的GaInP子电池的窗口层上还依次设有减反膜和正面电极。

本申请中基极或发射极的n或p型的具体选择本领域技术人员可根据需要灵活进行。

优选的，所述GaAs子电池的厚度为2.5～3.5微米。

优选的，所述GaInP子电池的厚度为0.5～1.0微米。

优选的，叠层串联GaAs/GaInP太阳能电池的制备方法包括如下步骤：