[发明专利]一种高效的III-V族/硅两端叠层太阳电池

说明书

一种高效的III‑V族/硅两端叠层太阳电池，采用前表面绒面的晶硅电池为底电池，通过透明导电粘合剂与平面III‑V顶电池构成两端的叠层结构。本发明专利开发了一种基于透明导电粘合剂键合的III‑V族与晶硅的叠层电池技术，采用绒面晶硅电池作为底电池，增加了底电池的长波吸收，解决了晶硅底电池与商业绒面晶硅电池工艺不兼容的难题。即利用含有大粒径导电颗粒的透明导电粘合剂，实现平面的III‑V族顶电池与前表面绒面的晶硅底电池的桥接。且该粘合剂透过率高，纵向导电率高，可以在获得高效叠层电池的同时，为后续III‑V族与晶硅两端叠层电池的商业化应用打开了新空间。

技术领域

本发明涉及太阳电池的技术领域，特别涉及一种高效的III-V族/硅两端叠层太阳电池的设计与制备。

背景技术

III-V族与晶硅叠层电池近年来由于其可获得更高的转换效率而引起众多研究者的关注。其中两端的III-V族与晶硅叠层电池由于其与目前光伏市场中大规模组件制备工艺更加兼容，成为目前III-V族与晶硅叠层电池研究的重点。两端的III-V族与晶硅叠层电池主要有三种方式：外延生长、晶圆键合、机械堆叠。自1985年，制备出第一块III-V/硅两端叠层太阳电池至今，叠层电池的转换效率已由17.6％提高至35.9％。目前已报道的效率超过30％的III-V/硅两端叠层太阳电池主要研究单位包括德国弗劳恩霍夫实验室的Dimroth课题组、日本国立先进工业科学技术研究所(AIST)的Makita课题组。值得指出的是，由于硅的晶格常数和GaAs的晶格常数相差4％，热膨胀系数相差较大(GaAs＝5.73×10^-6℃^-1，Si＝2.6×10^-6℃^-1)，且GaAs为极性材料，Si为非极性材料，因此在Si基底上很难外延生长高质量GaAs材料。目前外延生长两端的III-V族与晶硅叠层电池最高效率仅为25.9％。德国弗劳恩霍夫实验室的Dimroth组采用晶圆键合的方法，制备出两端的Ga_0.51In_0.49P/Ga_0.93In_0.07As_0.87P_0.13//Si叠层电池，效率为35.9％。然而，晶圆键合需要超净的实验环境，原子级的抛光平面(粗糙度0.5nm)，高质量的隧穿结以及昂贵的键合设备，因此不适合工业化生产。日本AIST的Makita组采用机械堆叠的方法，采用Pd金属纳米阵列键合，制备出了效率为30.8％的两端Ga_0.51In_0.49P/AlGaAs//Si叠层电池，然而Pd金属纳米阵列的尺寸仅为50nm，粘合强度较低，且只能在平面上旋涂制备，和目前绒面硅电池不兼容。从目前已发表的结果上来看，所有的两端III-V族与晶硅叠层电池均采用前表面抛光的晶硅电池，这会增加制造成本，导致界面反射，不利于硅电池在长波的吸收的同时造成底电池限流。

综上所述，可归纳出现有两端III-V族与晶硅叠层电池技术的不足：1)采用前表面抛光的硅电池作为底电池，导致III-V族和Si界面反射损失严重，硅电池近红外吸收较差，导致底电池限流。2)前表面抛光的硅电池和目前商业绒面的商业晶硅电池不兼容，不仅不利于电池的效率，并且增加了制造成本，不利于电池的实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提出一种采用透明导电粘合剂键合的两端III-V族与晶硅叠层电池，采用绒面的晶硅电池作为底电池，从而获得更加高效且成本更低的III-V/晶硅叠层电池。此种方法相比于现有技术还具有以下优点：1)解决了目前两端III-V族与晶硅叠层电池与绒面的商业晶硅电池不兼容的问题，降低了制造成本；2)相较于平面的晶硅电池，绒面的晶硅电池具有更好的近红外吸收，更高的电流密度；3)该透明导电粘合剂具有较高的透明度，且纵向导电，横向不导电，避免了分流效应；4)该透明导电粘合剂具有在长波透过性较高的特点，可以有效提高底电池的长波吸收。

本发明的技术方案：