[发明专利]一种晶格失配的五结太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种晶格失配的五结太阳能电池及其制备方法，在Ge衬底上依次设有GaInP成核层、GaInAs缓冲层、AlGaInAs DBR反射层、AlGaInAs晶格渐变缓冲层、第一GaInAs子电池、第二GaInAs子电池、第一GaInP子电池、第二GaInP子电池和GaInAs帽层，GaInP成核层、GaInAs缓冲层、AlGaInAs DBR反射层与Ge衬底晶格匹配，第一GaInAs子电池、第二GaInAs子电池、第一GaInP子电池和第二GaInP子电池的外延层与Ge衬底晶格失配，且各外延层之间保持晶格匹配。本发明可以有效提升子电池载流子收集效率和电池填充因子，从而提升五结太阳能电池的光电转换效率；与大多数五结电池相比，该结构无需生长高质量生长条件苛刻的GaInNAs外延层，产品开发难度和规模化生长成本大幅降低。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其是指一种晶格失配的五结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

从光伏发电技术的发展来看，大体可以将太阳能电池分为三大类：第一代晶硅太阳能电池、第二代薄膜太阳能电池和第三代砷化镓多结太阳能电池。目前，砷化镓多结太阳能电池因其转换效率明显高于晶硅电池而被广泛应用于空间电源系统。传统砷化镓多结电池的主流结构是由GaInP、GaInAs和Ge子电池组成的GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池，电池结构上整体保持晶格匹配，带隙组合为1.85/1.40/0.67eV。

然而，对于太阳光谱来说，这种多结电池的光谱划分远未达到最佳状态，由于GaInAs子电池和Ge子电池之间较大的带隙差距，这种结构下Ge底电池的短路电流最大可接近中电池和顶电池的两倍，由于串联结构的电流限制原因，这种结构造成了很大一部分太阳光能量不能被充分转换利用，限制了电池性能的提高。

为了实现更高的转化效率，人们又设计了晶格匹配的四结和五结太阳能电池，虽然其理论效率具有一定程度的提升，然而这种五结太阳能电池的开发面对着一系列巨大的挑战，例如GaInNAs子电池的高质量生长问题，在现阶段的技术积累和设备条件下，实现GaInNAs材料的高质量生长困难重重，也使得该技术路线的实际进展远远不及预期。

然而与此同时，随着外延生长技术的日渐成熟和设备的持续改进，晶格失配电池的生长取得了长足进展，通过引入晶格渐变的GB缓冲层，在Ge衬底上生长的晶格失配材料的晶体质量得到了巨大的提升。技术的提升允许在提高GaInAs材料的In组分含量的同时，仍然保持较高的晶体生长质量。结合我司新产品研发经验，新型结构产品中，由于底电池富光而导致的电池性能提升瓶颈问题，已经得到大幅改善。

据相关文献报道，通过同种材料多结串联形式制作的多结电池，能够有效提升电池的填充因子，从而有效提升电池总体转换效率。本发明结合我司相关产品研发经验，特提出此晶格失配五结电池结构，与晶格匹配五结电池相比，该结构电池研发难度大大降低，同时由于电池结构顶端材料采用了两节抗辐照性能较强的GaInP子电池，与晶格失配三结太阳能电池相比，其抗辐照性能大幅提升。同时，由于单结子电池厚度减薄，载流子收集效率也将有明显提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出了一种晶格失配的五结太阳能电池及其制备方法，与晶格匹配五结太阳能电池结构相比，该新结构电池研发难度相对降低，同时又能够有效提升电池整体光电转换效率。