[实用新型]一种叠层并联太阳能电池及其GaAs/GaInP叠层并联太阳能电池

说明书

本实用新型涉及一种叠层并联太阳能电池，其改进之处为，用单层石墨烯将双结或多结III‑V族太阳能子电池进行并联。该双结电池在石墨烯上可以直接外延生长另一个子电池，避免了传统III‑V族叠层电池为避免晶格失配而采取的键合技术，大大简化了制备工艺，还避免了传统晶格匹配的叠层串联的电池因电流不匹配而导致的效率损失，同时有利于提高开路电压。

技术领域

本实用新型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并联太阳能电池。

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％。

常规的双结GaAs/GalnP串联太阳能电池是以隧道结连接的pn 结串联形式，它要求每个pn结所产生的电流匹配。对于晶格匹配电池可能会发生电流在各结层的失配，而导致效率下降。采用并联结构可避免考虑上述串联结构所引起的电池失配问题。

对于上下叠加的并联电池，中间电极的透明性和导电性至关重要。常见的中间电极采用金属电极或透明导电氧化物材料，但对于III-V 族材料来说，直接外延生长要求上层材料晶格和下层材料晶格匹配，对于上述透明导电氧化物或金属材料，无法在其上面直接外延生长 III-V族半导体电池，复杂化了制备工艺。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于石墨烯的叠层并联太阳能电池，其主要改进点为，用单层石墨烯将双结或多结III-V族太阳能子电池进行并联，具体要结构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并联。

研究发现，单层石墨烯的透光率可达97.7％，电子迁移率可达 10000～250000cm²/vs，用作透明电极，不影响下面子电池对光照的吸收，且可快速收集电流。而且单层石墨烯具有远程外延功能，可直接外延生长上面子电池，且对于III-V族电池而言，制备得到晶格匹配的上面子电池和下面子电池。

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。

优选的，本申请所述的叠层并联太阳能电池由如下方法制备得到：

1)通过外延生长方法，生长底层子电池；

2)在底层子电池上通过转移生长法设置单层石墨烯层；

3)在单层石墨烯层上通过外延生长方法生长上面子电池；

或，重复步骤2)和3)制备多结太阳能电池。

作为一种优选的方案，本实用新型提供一种叠层并联 GaAs/GalnP太阳能电池，从下至上依次包括GaAs子电池、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，禁带宽度组合合理。

优选的，所述GaAs子电池从下至上依次包括GaAs基底，背场层，n(p)型GaAs基极，n(p)型GaAs发射极和p(n)+型GaInP窗口层。

优选的，所述GaInP子电池从下至上包括依次形成于所述单层石墨烯层上的背场层，p(n)型GaInP基极、n(p)型GaInP发射极和n(p)+型 AlInP窗口层。

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。