一种带隙结构优化的三结太阳电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带隙结构优化的三结太阳电池，包括有三结太阳电池单元，所述三结太阳电池单元的上、下表面分别设置有增透膜和第一金属电极，所述增透膜的上表面设置有第二金属电极；其中，所述三结太阳电池单元以半导体Ge单晶片为衬底，按照层状结构从下至上依次包括有底电池、中电池、顶电池，所述底电池为Ge太阳电池，中电池为GaInNAs太阳电池，顶电池为GaInP太阳电池，所述底电池与中电池之间通过第一隧道结连接，所述中电池与顶电池之间通过第二隧道结连接。本发明可以优化三结电池的带隙组合，提高三结电池的整体短路电流，并最终提高三结电池的光电转换效率。
【专利说明】—种带隙结构优化的三结太阳电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能光伏的【技术领域】，尤其是指一种带隙结构优化的三结太阳电池。
【背景技术】
[0002]传统的砷化镓多结太阳电池由于可充分利用更多的太阳光谱范围，光电转换效率要比传统晶硅电池高出很多。目前，GalnP/GalnAs/Ge三结太阳电池制备技术已经非常成熟，并已被成熟地应用于聚光光伏发电(CPV)系统。但是，基于晶格匹配的GaInP/GalnAs/Ge三结电池的带隙结构1.85eV/l.40eV/0.66eV并不是最佳的，这种结构下Ge底电池吸收的太阳光谱能量比中电池和顶电池吸收的多出很多，因此Ge电池的短路电流最大可达到中电池和顶电池的近两倍之多(V.Sabnis, H.Yuen, and Μ.Wiemer, AIP Conf.Proc.1477(2012) 14)，由于串联结构的电流限制原因，造成了很大一部分光谱能量不能被充分转换利用，限制了电池性能的提高。
[0003]计算表明，三结太阳电池在AM1.光谱下的最佳带隙组合是1.83eV/l.16eV/0.69eV,该带隙组合下极限聚光转换效率可达66.6 % (A.Marti andA.Luque, Solar Energy Materials and Solar Cells, 43 (1996) 203)。因此，可选择一种带隙约1.16eV、晶格常数与Ge衬底匹配的半导体材料来代替Gaa99InatllAs中电池材料。经理论研究与实验证明，在GaAs材料中同时掺入少量的In和N形成Gai_xInxNyASl_y四元合金材料，当x:y = 2.8、0〈y〈0.06时，Gai_xInxNyASl_y材料晶格常数与Ge (或GaAs)基本匹配，且带隙在0.8eV—1.4eV之间变化，而当0.01<y<0.02时，其带隙为1.15eV—1.18eV之间。因此，对目前传统的Gaa5Ina5PAkta99InacilAsAie三结电池进行带隙优化，采用带隙为1.15eV—1.18eV的GaInNAs子电池取代GaInAs中电池，并调节生长条件得到材料带隙为1.80eV—l.83eV的GaInP项电池，则可形成带隙组合为1.80—1.83eV/l.15—
1.18eV/0.66eV的GalnP/GalnNAs/Ge三结电池，非常接近三结电池在AM1.光谱下的最佳带隙组合，可以明显提高三结太阳电池的短路电流和整体光电转换性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种带隙结构优化的三结太阳电池，可以优化三结电池的带隙组合，提高三结电池的整体短路电流，并最终提高三结电池的光电转换效率。
[0005]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种带隙结构优化的三结太阳电池，包括有三结太阳电池单元，所述三结太阳电池单元的上、下表面分别设置有增透膜和第一金属电极，所述增透膜的上表面设置有第二金属电极；其中，所述三结太阳电池单元以半导体Ge单晶片为衬底，按照层状结构从下至上依次包括有底电池、中电池、顶电池，所述底电池为Ge太阳电池，中电池为GaInNAs太阳电池，顶电池为GaInP太阳电池，所述底电池与中电池之间通过第一隧道结连接，所述中电池与顶电池之间通过第二隧道结连接。
[0006]所述底电池结构从下至上依次包括有ρ型Ge衬底、GaInP成核层、GaInAs缓冲层。
[0007]所述中电池结构从下至上依次包括有ρ型AlGaAs背场层、P型Ga1-JnxNyAs1I层、η 型 GahInxNyAs1I 层或 η 型 Gaa99InatllAs 层、η 型 AlGaAs 窗口层；其中 x:y = 2.8:1,
0.01<y<0.02。
[0008]所述顶电池结构从下至上依次包括有ρ型AlGaInP背场层、P型Gaa5Ina5P层、η型Gaa5Ina5P层、η型AlInP窗口层，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈现部分有序性，其材料带隙为 1.80eV—1.83eV。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0010]利用GaInNAs四元合金材料的自身特点，以GaInNAs电池取代传统Gaa5Ina5P/Ga0.99In0.01As/Ge三结电池中的GaInAs中电池，得到带隙组合为1.83eV/l.16eV/0.66eV的GalnP/GalnNAs/Ge三结电池，不仅在整体材料结构上满足晶格匹配的要求，而且优化了三结电池的带隙结构，可成功提高三结电池的短路电流和光电转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明所述三结太阳电池单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0013]本实施例所述的带隙结构优化的三结太阳电池，包括有三结太阳电池单元，所述三结太阳电池单元的上、下表面分别设置有增透膜和第一金属电极，所述增透膜的上表面设置有第二金属电极。其中，所述第一金属电极、第二金属电极、增透膜均是采用光刻、蒸镀等方法制备而成，而完成金属电极和增透膜的制备后，将太阳电池外延片按照所需尺寸划开，即可得到单体太阳电池芯片。
[0014]如图1所示，本实施例所述的三结太阳电池单元是以4英寸ρ型Ge单晶片为衬底，采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)或分子束外延生长技术按照层状结构从下至上依次生长有底电池1、第一隧道结2、中电池3、第二隧道结4、顶电池5。其中，所述底电池结构从下至上依次包括有P型Ge衬底、GaInP成核层、GaInAs缓冲层。所述中电池结构从下至上依次包括有P型AlGaAs背场层、ρ型Ga1-JnxNyAs1I层、n型Ga1-JnxNyAs1I层或11型Gaa99InaoiAs 层、η 型 AlGaAs 窗口层；其中 x:y = 2.8:1,0.01<y<0.02。所述顶电池结构从下至上依次包括有P型AlGaInP背场层、ρ型Gaa5Ina5P层、η型Ga0 5In0 5Ρ层、η型AlInP窗口层，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈现部分有序性，其材料带隙为1.80eV—1.83eV。
[0015]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种带隙结构优化的三结太阳电池，其特征在于:包括有三结太阳电池单元，所述三结太阳电池单元的上、下表面分别设置有增透膜和第一金属电极，所述增透膜的上表面设置有第二金属电极；其中，所述三结太阳电池单元以半导体Ge单晶片为衬底，按照层状结构从下至上依次包括有底电池、中电池、顶电池,所述底电池为Ge太阳电池，中电池为GaInNAs太阳电池，顶电池为GaInP太阳电池，所述底电池与中电池之间通过第一隧道结连接，所述中电池与顶电池之间通过第二隧道结连接。
2.根据权利要求1所述的一种带隙结构优化的三结太阳电池，其特征在于:所述底电池结构从下至上依次包括有P型Ge衬底、GaInP成核层、GaInAs缓冲层。
3.根据权利要求1所述的一种带隙结构优化的三结太阳电池，其特征在于:所述中电池结构从下至上依次包括有P型AlGaAs背场层、ρ型GahInxNyAspy层、η型GahInxNyAspy层或 η 型 Gaa99InaoiAs 层、η 型 AlGaAs 窗口层；其中 x:y = 2.8:1,0.01<y<0.02。
4.根据权利要求1所述的一种带隙结构优化的三结太阳电池，其特征在于:所述顶电池结构从下至上依次包括有P型AlGaInP背场层、ρ型Gaa5Ina5P层、η型Gaa5Ina5P层、η型AlInP窗口层，其中Gaa5Ina5P材料的原子排列呈现部分有序性，其材料带隙为1.80eV—.1.83eV。
【文档编号】H01L31/0328GK104241432SQ201410479800
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】张小宾, 杨翠柏, 陈丙振, 王雷, 张杨, 张露 申请人:瑞德兴阳新能源技术有限公司