專利名稱：聚光太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種砷化鎵(GaAs)基、Ge基單結(jié)或多結(jié)聚光太陽電池的制作方法。
背景技術(shù)：
近年來迅速發(fā)展的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，為空間衛(wèi)星電源系統(tǒng)、地面光伏發(fā)電系統(tǒng)以及未來能源的解決，均提供了廣闊前景；但也面臨著太陽電池材料緊缺、昂貴等問題。為減少太陽電池材料片的實際用量、提高轉(zhuǎn)換效率、減小電池批產(chǎn)的資金投入，使用聚光技術(shù)一直是提高太陽電池的效率的必要手段。
聚光太陽電池，可將光強集中若干倍，這不僅有助于提高轉(zhuǎn)換效率，而且高的光強還可以提高電池的填充因子，同時廉價的聚光材料極大地提高了單位電池片產(chǎn)生的電量，大大降低了發(fā)電成本，提高了太陽能發(fā)電的競爭力。多結(jié)GaAs太陽電池因其高效率、高電壓和高溫特性好等優(yōu)點，在聚光光伏發(fā)電領(lǐng)域具有現(xiàn)實廣闊的應(yīng)用潛力。目前高效率的三結(jié)Ga0.5In0.5P/GaAs/Ge聚光太陽電池的最高效率已達(dá)到34％(AM1.5，210個太陽常數(shù))，批產(chǎn)效率已達(dá)到28％(AM1.5，100-300個太陽常數(shù))。近幾年來，美國的NERL的Olson小組按照美國能源部的光伏計劃，一直對這一課題進(jìn)行研究，并與ENTECH公司合作，優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和聚光系統(tǒng)的設(shè)計；美國的Spectrolab、TECSTAR、Varian、Spire等公司投巨資開展聚光太陽電池的研究工作。但是，主要的難題是對日跟蹤機構(gòu)非常復(fù)雜，空間散熱非常困難，而且目前少部分用于空間的聚光太陽電池，聚光倍數(shù)均較低，成本相應(yīng)較高。針對這一系列問題，本發(fā)明提供一種單結(jié)或多結(jié)聚光太陽電池的器件結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法，該發(fā)明對于提高聚光太陽電池的太陽能利用率、抗輻射性能、更高的效率以及降低成本、改善散熱系統(tǒng)性能等均具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種單結(jié)或多結(jié)聚光太陽電池的制作方法，該聚光太陽電池具有更高的太陽能利用率、更好的抗輻射性能、以及更高的效率等特點，且在低倍聚光條件下，采用自然冷卻，高倍(大于100倍)聚光下采用水冷或者風(fēng)冷，從而大大降低了散熱系統(tǒng)的投資，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的平衡構(gòu)件形成批量生產(chǎn)規(guī)模提供一種可行性技術(shù)。
本發(fā)明一種聚光太陽電池的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以砷化鎵或鍺單晶片為襯底；步驟2利用金屬有機化合物氣相沉積法、分子束外延和液相外延生長技術(shù)，生長太陽電池外延片；步驟3在外延片上制作上電極，在襯底的下面制作下電極；步驟4腐蝕上表面、蒸鍍減反射膜、對電池組件封裝；
步驟5利用一支架在電池的正面安裝聚光裝置，在電池的背面安裝冷卻裝置；步驟6安裝對日跟蹤裝置，完成電池的制作。
其中電池外延片的結(jié)構(gòu)是單結(jié)砷化鎵/砷化鎵(GaAs/GaAs)、砷化鎵/鍺(GaAs/Ge)，或是雙結(jié)鎵銦磷/砷化鎵/砷化鎵(GaInP/GaAs/GaAs)、鎵銦磷/砷化鎵/鍺(GaInP/GaAs/Ge)，或是三結(jié)鎵銦磷/砷化鎵/鍺/鍺(GaInP/GaAs/Ge/Ge)。
其中聚光裝置采用反射式或折射式聚光鏡。
其中反射式或折射式聚光鏡的聚光倍數(shù)為2-1000倍。
其中所述的冷卻裝置在小于100倍的聚光條件下，電池采用自然冷卻；在大于100倍的聚光條件下，電池采用風(fēng)冷或水冷。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽電池的制備方法，其特征在于，其中所述的對日跟蹤裝置是對于小于100倍的低倍聚光裝置，要求進(jìn)行一維跟蹤；對于大于100倍的高倍聚光裝置，進(jìn)行二維跟蹤。實現(xiàn)發(fā)明所具有的有意義采用金屬有機化合物氣相沉積法(MOCVD)成功的生長性能良好的GaAs基或Ge基單結(jié)和多結(jié)太陽電池外延片，采取反射式或折射式聚光鏡，同時為提高聚光效果，可進(jìn)行二維跟蹤或一維跟蹤；該聚光太陽電池具有更高的太陽能利用率、更好的抗輻射性能、以及更高的效率等特點，且在低倍聚光條件下，采用自然冷卻，高倍(大于100倍)聚光下采用水冷或者風(fēng)冷，從而大大降低了散熱系統(tǒng)的投資，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的平衡構(gòu)件形成批量生產(chǎn)規(guī)模提供一種可行性技術(shù)。
具體實施例方式
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例詳細(xì)說明如后本發(fā)明一種聚光太陽電池的制作方法，包括如下步驟步驟1以砷化鎵(GaAs)或鍺(Ge)單晶片為襯底；步驟2利用金屬有機化合物氣相沉積法、分子束外延和液相外延生長技術(shù)，生長太陽電池外延片；該電池外延片的結(jié)構(gòu)是單結(jié)砷化鎵/砷化鎵(GaAs/GaAs)、砷化鎵/鍺(GaAs/Ge)，或是雙結(jié)鎵銦磷/砷化鎵/砷化鎵(GaInP/GaAs/GaAs)、鎵銦磷/砷化鎵/鍺(GaInP/GaAs/Ge)，或是三結(jié)鎵銦磷/砷化鎵/鍺/鍺(GaInP/GaAs/Ge/Ge)；步驟3在外延片上制作上電極，在襯底的下面制作下電極；步驟4腐蝕上表面、蒸鍍減反射膜、對電池組件封裝；步驟5利用一支架在電池的正面安裝聚光裝置，該聚光裝置采用反射式或折射式聚光鏡；該反射式或折射式聚光鏡的聚光倍數(shù)為2-1000倍；在電池的背面安裝冷卻裝置，所述的冷卻裝置是在低倍聚光條件小于100倍，電池采用自然冷卻；在高倍聚光條件下大于100倍，電池采用風(fēng)冷或水冷；步驟6安裝對日跟蹤裝置，該對日跟蹤裝置是對于小于100倍的低倍聚光條件下要求進(jìn)行一維跟蹤，對于大于100倍的高倍聚光條件下進(jìn)行二維跟蹤，完成電池的制作。
實現(xiàn)發(fā)明的最好方式1.實現(xiàn)發(fā)明的主要設(shè)備MOCVD、MBE或LPE設(shè)備；光學(xué)刻蝕設(shè)備；濺射系統(tǒng)；真空蒸發(fā)設(shè)備；器件封裝設(shè)備。
2、按照生長工藝，并根據(jù)生長設(shè)備的個體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如襯底的晶向、導(dǎo)電類型、電阻率、源的純度、III/V比率、反應(yīng)源的流速等。
3、按照器件制作工藝，制作上、下電極，腐蝕周邊、蒸鍍減反射膜、檢驗測試、對電池組件封裝，設(shè)計安裝聚光裝置、對日跟蹤裝置，制成聚光太陽電池。
4、按照器件制作工藝，制作上、下電極，腐蝕周邊、蒸鍍減反射膜、檢驗測試、對電池組件封裝，設(shè)計安裝聚光裝置、對日跟蹤裝置，制成聚光太陽電池。
實施例(1)以砷化鎵(GaAs)或鍺(Ge)單晶片為襯底；(2)利用金屬有機化合物氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)和液相外延(LPE)生長技術(shù)，生長太陽電池外延片；(3)制備電池片上下電極；
(4)制備電池片上表面減反射膜；(5)焊接、檢測、組裝、封裝，封裝后對太陽電池組件進(jìn)行綜合測試；(6)聚光器可采取反射式或折射式聚光鏡，聚光倍數(shù)為2-1000倍；(7)低倍聚光條件(小于100倍)下，電池背面的散熱器可采用自然冷卻；而在高倍聚光條件下(100倍以上)采用風(fēng)冷或者水冷設(shè)備。
(8)對于低倍聚光(小于100倍)要求進(jìn)行一維跟蹤，對于高倍聚光(大于100倍)進(jìn)行二維跟蹤。
權(quán)利要求
1.一種聚光太陽電池的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以砷化鎵或鍺單晶片為襯底；步驟2利用金屬有機化合物氣相沉積法、分子束外延和液相外延生長技術(shù)，生長太陽電池外延片；步驟3在外延片上制作上電極，在襯底的下面制作下電極；步驟4腐蝕上表面、蒸鍍減反射膜、對電池組件封裝；步驟5利用一支架在電池的正面安裝聚光裝置，在電池的背面安裝冷卻裝置；步驟6安裝對日跟蹤裝置，完成電池的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽電池的制備方法，其特征在于，其中電池外延片的結(jié)構(gòu)是單結(jié)砷化鎵/砷化鎵、砷化鎵/鍺，或是雙結(jié)鎵銦磷/砷化鎵/砷化鎵、鎵銦磷/砷化鎵/鍺，或是三結(jié)鎵銦磷/砷化鎵/鍺/鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽電池的制備方法，其特征在于，其中聚光裝置采用反射式或折射式聚光鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚光太陽電池的制備方法，其特征在于，其中反射式或折射式聚光鏡的聚光倍數(shù)為2-1000倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽電池的制備方法，其特征在于，其中所述的冷卻裝置在小于100倍的聚光條件下，電池采用自然冷卻；在大于100倍的聚光條件下，電池采用風(fēng)冷或水冷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光太陽電池的制備方法，其特征在于，其中所述的對日跟蹤裝置是對于小于100倍的低倍聚光裝置，要求進(jìn)行一維跟蹤；對于大于100倍的高倍聚光裝置，進(jìn)行二維跟蹤。
全文摘要
一種聚光太陽電池的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1以砷化鎵或鍺單晶片為襯底；步驟2利用金屬有機化合物氣相沉積法、分子束外延和液相外延生長技術(shù)，生長太陽電池外延片；步驟3在外延片上制作上電極，在襯底的下面制作下電極步驟4腐蝕上表面、蒸鍍減反射膜、對電池組件封裝；步驟5利用一支架在電池的正面安裝聚光裝置，在電池的背面安裝冷卻裝置；步驟6安裝對日跟蹤裝置，完成電池的制作。
文檔編號H01L31/04GK1825632SQ200510009540
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月21日
發(fā)明者陳諾夫, 白一鳴, 王曉暉, 梁平, 陸大成 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所