一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極；其中，所述三結(jié)太陽電池單元以半導(dǎo)體Ge單晶片為襯底，按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池，所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GaInNAs太陽電池，頂電池為GaInP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結(jié)連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結(jié)連接。本發(fā)明可以優(yōu)化三結(jié)電池的帶隙組合，提高三結(jié)電池的整體短路電流，并最終提高三結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】—種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能光伏的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的砷化鎵多結(jié)太陽電池由于可充分利用更多的太陽光譜范圍，光電轉(zhuǎn)換效率要比傳統(tǒng)晶硅電池高出很多。目前，GalnP/GalnAs/Ge三結(jié)太陽電池制備技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并已被成熟地應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電(CPV)系統(tǒng)。但是，基于晶格匹配的GaInP/GalnAs/Ge三結(jié)電池的帶隙結(jié)構(gòu)1.85eV/l.40eV/0.66eV并不是最佳的，這種結(jié)構(gòu)下Ge底電池吸收的太陽光譜能量比中電池和頂電池吸收的多出很多，因此Ge電池的短路電流最大可達(dá)到中電池和頂電池的近兩倍之多(V.Sabnis, H.Yuen, and Μ.Wiemer, AIP Conf.Proc.1477(2012) 14)，由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電流限制原因，造成了很大一部分光譜能量不能被充分轉(zhuǎn)換利用，限制了電池性能的提高。
[0003]計(jì)算表明，三結(jié)太陽電池在AM1.光譜下的最佳帶隙組合是1.83eV/l.16eV/0.69eV,該帶隙組合下極限聚光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)66.6 % (A.Marti andA.Luque, Solar Energy Materials and Solar Cells, 43 (1996) 203)。因此，可選擇一種帶隙約1.16eV、晶格常數(shù)與Ge襯底匹配的半導(dǎo)體材料來代替Gaa99InatllAs中電池材料。經(jīng)理論研究與實(shí)驗(yàn)證明，在GaAs材料中同時(shí)摻入少量的In和N形成Gai_xInxNyASl_y四元合金材料，當(dāng)x:y = 2.8、0〈y〈0.06時(shí)，Gai_xInxNyASl_y材料晶格常數(shù)與Ge (或GaAs)基本匹配，且?guī)对?.8eV—1.4eV之間變化，而當(dāng)0.01<y<0.02時(shí)，其帶隙為1.15eV—1.18eV之間。因此，對目前傳統(tǒng)的Gaa5Ina5PAkta99InacilAsAie三結(jié)電池進(jìn)行帶隙優(yōu)化，采用帶隙為1.15eV—1.18eV的GaInNAs子電池取代GaInAs中電池，并調(diào)節(jié)生長條件得到材料帶隙為1.80eV—l.83eV的GaInP項(xiàng)電池，則可形成帶隙組合為1.80—1.83eV/l.15—
1.18eV/0.66eV的GalnP/GalnNAs/Ge三結(jié)電池，非常接近三結(jié)電池在AM1.光譜下的最佳帶隙組合，可以明顯提高三結(jié)太陽電池的短路電流和整體光電轉(zhuǎn)換性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，可以優(yōu)化三結(jié)電池的帶隙組合，提高三結(jié)電池的整體短路電流，并最終提高三結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極；其中，所述三結(jié)太陽電池單元以半導(dǎo)體Ge單晶片為襯底，按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池，所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GaInNAs太陽電池，頂電池為GaInP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結(jié)連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結(jié)連接。
[0006]所述底電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有ρ型Ge襯底、GaInP成核層、GaInAs緩沖層。
[0007]所述中電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有ρ型AlGaAs背場層、P型Ga1-JnxNyAs1I層、η 型 GahInxNyAs1I 層或 η 型 Gaa99InatllAs 層、η 型 AlGaAs 窗口層；其中 x:y = 2.8:1,
0.01<y<0.02。
[0008]所述頂電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有ρ型AlGaInP背場層、P型Gaa5Ina5P層、η型Gaa5Ina5P層、η型AlInP窗口層，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈現(xiàn)部分有序性，其材料帶隙為 1.80eV—1.83eV。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0010]利用GaInNAs四元合金材料的自身特點(diǎn)，以GaInNAs電池取代傳統(tǒng)Gaa5Ina5P/Ga0.99In0.01As/Ge三結(jié)電池中的GaInAs中電池，得到帶隙組合為1.83eV/l.16eV/0.66eV的GalnP/GalnNAs/Ge三結(jié)電池，不僅在整體材料結(jié)構(gòu)上滿足晶格匹配的要求，而且優(yōu)化了三結(jié)電池的帶隙結(jié)構(gòu)，可成功提高三結(jié)電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明所述三結(jié)太陽電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]本實(shí)施例所述的帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極。其中，所述第一金屬電極、第二金屬電極、增透膜均是采用光刻、蒸鍍等方法制備而成，而完成金屬電極和增透膜的制備后，將太陽電池外延片按照所需尺寸劃開，即可得到單體太陽電池芯片。
[0014]如圖1所示，本實(shí)施例所述的三結(jié)太陽電池單元是以4英寸ρ型Ge單晶片為襯底，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)或分子束外延生長技術(shù)按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次生長有底電池1、第一隧道結(jié)2、中電池3、第二隧道結(jié)4、頂電池5。其中，所述底電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型Ge襯底、GaInP成核層、GaInAs緩沖層。所述中電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaAs背場層、ρ型Ga1-JnxNyAs1I層、n型Ga1-JnxNyAs1I層或11型Gaa99InaoiAs 層、η 型 AlGaAs 窗口層；其中 x:y = 2.8:1,0.01<y<0.02。所述頂電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaInP背場層、ρ型Gaa5Ina5P層、η型Ga0 5In0 5Ρ層、η型AlInP窗口層，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈現(xiàn)部分有序性，其材料帶隙為1.80eV—1.83eV。
[0015]以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:包括有三結(jié)太陽電池單元，所述三結(jié)太陽電池單元的上、下表面分別設(shè)置有增透膜和第一金屬電極，所述增透膜的上表面設(shè)置有第二金屬電極；其中，所述三結(jié)太陽電池單元以半導(dǎo)體Ge單晶片為襯底，按照層狀結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有底電池、中電池、頂電池,所述底電池為Ge太陽電池，中電池為GaInNAs太陽電池，頂電池為GaInP太陽電池，所述底電池與中電池之間通過第一隧道結(jié)連接，所述中電池與頂電池之間通過第二隧道結(jié)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:所述底電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型Ge襯底、GaInP成核層、GaInAs緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:所述中電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaAs背場層、ρ型GahInxNyAspy層、η型GahInxNyAspy層或 η 型 Gaa99InaoiAs 層、η 型 AlGaAs 窗口層；其中 x:y = 2.8:1,0.01<y<0.02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化的三結(jié)太陽電池，其特征在于:所述頂電池結(jié)構(gòu)從下至上依次包括有P型AlGaInP背場層、ρ型Gaa5Ina5P層、η型Gaa5Ina5P層、η型AlInP窗口層，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈現(xiàn)部分有序性，其材料帶隙為1.80eV—.1.83eV。
【文檔編號】H01L31/0328GK104241432SQ201410479800
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張小賓, 楊翠柏, 陳丙振, 王雷, 張楊, 張露 申請人:瑞德興陽新能源技術(shù)有限公司