一种双面生长的硅基四结太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及太阳能光伏的技术领域，尤其是指一种双面生长的硅基四结太阳 电池。
【背景技术】
[0002] 当前，晶格匹配性的砷化镓多结太阳电池因其转换效率明显高于晶硅电池而被广 泛地应用于聚光光伏发电（CPV)系统和空间电源系统。砷化镓多结电池的主流结构是由 GalnP、GaInAs和Ge子电池组成的三结太阳电池，电池结构上保持晶格匹配，带隙组合在 1. 85/1. 40/0. 67eV左右。此外，为获得更高效率，还有部分多结太阳能电池采用晶格失配的 材料进行生长，如无定形结构的GalnP/GalnAs/Ge电池，为弥补晶格失配带来的应力和材 料质量等问题，通过在Ge衬底上生长一个组分渐变GaInAs缓冲层，并增加GalnP、GaInAs 电池中的In组分来实现1. 8/1. 3/0. 67eV的带隙组合。此外，还有的机构在GaAs衬底上， 生个两个不同组分的GaInAs电池，并用两个组分渐变缓冲层来衔接，实现1. 85/1. 3/0. 9eV 的带隙组合。
[0003] 迄今为止，以上电池在效率方面均取得了一定突破，达到了 40 %甚至更高水平。但 是，当这类电池被应用到对成本敏感的地面聚光电站中时，其昂贵的成本往往使得聚光电 站的造价提升，竞争力下降。而Ge基、GaAs基多结电池成本高的一个主要原因在于衬底所 采用的Ge或者Ga、As在地壳中含量很少，且很难直接提取和加工，因此成本高，使得仅衬底 就占电池成本的1/3?1/2,不利于多结电池的大规模推广利用。
[0004] 而硅衬底由于经历IC产业和光伏产业数十年的开发和规模生产，具有非常明显 的成本优势，已被消费品和能源市场广泛接受。但由Si直接做成晶硅电池，由于硅晶格常 数为5.43A，与GaAs系列的5.65A存在4%的晶格失配度，一直以来只以单结电池结构出 现，受电池结数和吸收谱限制，其理论效率仅为27%，而晶硅单结电池的实际产品效率一直 在15?20%区间徘徊，很难进一步提升。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种双面生长的硅基 四结太阳电池，通过组分渐变缓冲层，在作为衬底的Si电池的两面分别生长Ge电池和 GaAsxP1VGaxIrvxP电池，不仅可以有效提升电池的光电转换效率，还可充分利用硅的成本 优势，具有良好的产业化前景。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种双面生长的硅基四结太 阳电池，包括作为衬底的Si子电池，在所述Si子电池的上表面按照层状叠加结构从上至下 依次设置有GaInxPh子电池、GaAsJh子电池、GaAsJh组分渐变缓冲层；在所述Si子电 池的下表面按照层状叠加结构从上至下依次设置有SixGei_x组分渐变缓冲层和Ge子电池； 其中，所述GaInxPh子电池和GaAsJh子电池之间通过第三隧道结连接，所述GaAsxPh子 电池和Si子电池之间通过位于GaAsxPh组分渐变缓冲层之上的第二隧道结连接，所述Si 子电池和Ge子电池之间通过位于SixGei_x组分渐变缓冲层之上的第一隧道结连接；所述GaInxPpj^电池和GaAsJiPpx子电池晶格匹配。
[0007] 所述GaInxPpx子电池的内部结构从上至下依次包括有晶格匹配的n型AlGaInP或 AlInP窗口层，n型GaInxPpj^射区，p型Gain基区，p型AlGaInP或AlInP背场层；其 中，所述GaInxP^子电池中，X值在0. 5?0. 65区间内，对应GaInxP^材料带隙在I. 85eV? 2. 05eV区间内。
[0008] 所述GaAsxPh子电池的内部结构从上至下依次包括有晶格匹配的n型GaInP窗 口层，n型GaInP或GaAsxP1-^射区，p型GaAs基区，p型GaInP背场层；其中，所述GaInxP^子电池中，X值在0. 85?1区间内，对应GaAsxP^材料带隙在I.42eV?I.6eV区 间内。
[0009] 所述GaAsxPh组分渐变缓冲层，从上往下其X值在1?0区间渐变，对应的晶格常 数从与GaAsxPh匹配渐变为与Si匹配，亦即是在5.65?5.43A区间的渐变。
[0010] 所述SixGei_x组分渐变缓冲层，从上往下其X值在1?0区间渐变，对应的晶格常 数从与GaAsxPh匹配渐变为与Si匹配，亦即是在5.43?5.65A区间的渐变。
[0011] 所述Si子电池从上到下依次包括有窗口层、n型P扩散层、P型层、背场层，作为衬 底使用前需进行双面抛光处理。
[0012] 所述Ge子电池从上到下依次包括有窗口层、n型层、P型层、背场层。
[0013] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0014]利用Si子电池作为双面衬底，并引入组分渐变缓冲层，在Si衬底之上设置有GaInxPh和GaAsxPh子电池，在Si衬底之下设置带隙约0. 67eV的Ge子电池，最终可得到 带隙结构在1. 95/1. 5/1. 12/0. 67eV左右的GaInxP1VGaAsxP1VSiAie四结电池，不仅可满 足太阳光谱下的四结电池最佳带隙组合，有望得到较高的电池效率，还可显著降低电池的 制造成本，为高效率电池的广泛应用创造了条件。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型所述双面生长的硅基四结太阳电池结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0017] 如图1所示，本实施例所述的双面生长的硅基四结太阳电池，包括有作为衬底的 Si子电池，在所述Si子电池的上表面按照层状叠加结构从上至下依次设置有GaInxPh子 电池、GaAsxPh子电池、GaAsxPh组分渐变缓冲层，在所述Si子电池的下表面按照层状叠 加结构从上至下依次设置有SixGei_x组分渐变缓冲层和Ge子电池；所述GainxPh子电池和 GaAsxPh子电池之间通过第三隧道结连接，所述GaAs子电池和Si子电池之间通过位于 GaAsxPh组分渐变缓冲层之上的第二隧道结连接，所述Si子电池和Ge子电池之间通过位 于SixGei_x组分渐变缓冲层之上的第一隧道结连接；所述Gain丨^子电池和GaAs子电 池晶格匹配。
[0018] 所述Si子电池，从上到下依次包括有窗口层、n型P扩散层、p型层、背场层，作为 衬底使用前需进行双面抛光处理。
[0019] 所述GaInxPh子电池的内部结构从上至下依次包括有晶格匹配的n型AlGaInP或 AlInP窗口层（在本实施例中，具体选择n型AlGaInP窗口层），n型GaInxPpx*射区，p型 GaInxPpx基区，p型AlGaInP或AlInP背场层（在本实施例中，具体选