双结太阳能电池及其制备方法、太阳能电池外延结构技术

本发明专利技术公开一种双结太阳能电池，依次包括：下电极金属层；下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；上欧姆接触层图形；上电极金属层图形，和在上层子电池表面上且位于上电极金属层图形和上欧姆接触层图形之间的减反射膜；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配。本发明专利技术还涉及一种制造双结太阳能电池的方法和一种太阳能电池外延结构。本发明专利技术的双结太阳能电池具有高光电转换效率和稳定、可靠的使用性能。

【技术实现步骤摘要】
双结太阳能电池及其制备方法、太阳能电池外延结构
本专利技术属于化合物半导体薄膜太阳能电池的外延生长领域，具体涉及一种双结太阳能电池及其制备方法及太阳能电池外延结构。
技术介绍
目前，在高效率的III-V族太阳能电池结构中，利用倒装变质技术(IMM，InvertedMetamorphic)生长的倒装三结电池效率较高且技术稳定。它的三个子电池分别是GaInP(1.85eV)、GaAs(1.42eV)和InGaAs(1.00eV)，通过三个子电池分段吸收太阳光，获得很高的光电转换效率。目前在单倍太阳光下的最高转换效率达到37％。通过衬底剥离(Epitaxy-lift-off)的方法，电池功能层结构可以根据实际应用需要转移到相对便宜的相应的柔性衬底(例如金属膜和有机材料膜)上，以获得高效率的柔性薄膜太阳能电池并实现价格相对贵昂的硬质衬底如GaAs衬底的重复利用。在实现衬底的多次重复利用后，电池的主要制造成本由薄膜电池的厚度和生长相应厚度的MOCVD(金属有机化学汽相沉积)设备的时间成本决定。双结电池的厚度比较薄，在制造单位面积的电池成本方面比三结电池有优势，但是，目前的双结太阳能电池的光电转换效率无法和三结太阳能电池媲美。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高光电转换效率的双结太阳能电池。根据本专利技术的第一方面，提供一种双结太阳能电池，依次包括：下电极金属层；下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；上欧姆接触层图形；上电极金属层图形；以及在上层子电池表面上且位于上电极金属层图形和上欧姆接触层图形之间的减反射膜；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配。根据本专利技术的一个实施例，所述的下层子电池的晶格常数与上层子电池的晶格常数相差的范围在0.5％以内。根据本专利技术的一个实施例，所述的双结太阳能电池，还包括：位于上电极金属层图形的与上欧姆接触层图形相反的一侧的柔性透明支撑层。根据本专利技术的一个实施例，所述的双结太阳能电池，还包括：位于下电极金属层和下欧姆接触层之间的衬底和缓冲层，其中衬底设置在下电极金属层上，缓冲层设置在衬底上。根据本专利技术的一个实施例，所述上层子电池为GaInP子电池；所述下层子电池为InGaAs子电池。根据本专利技术的一个实施例，所述下欧姆接触层为p++-InGaAs接触层；所述隧穿结为InAlGaAs隧穿结；并且所述上欧姆接触层图形为n++-InGaAs接触层图形。根据本专利技术第二方面，提供一种太阳能电池外延结构，包括：衬底；缓冲层；上欧姆接触层；上层子电池；隧穿结；下层子电池；和下欧姆接触层；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配；并且所述缓冲层包括腐蚀剥离层，所述腐蚀剥离层配置用于将所述衬底从所述太阳能电池外延结构分离。根据本专利技术第三方面，提供一种太阳能电池外延结构，包括：衬底；缓冲层；下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；和上欧姆接触层；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配；并且所述缓冲层包括腐蚀剥离层，所述腐蚀剥离层配置用于将所述衬底从所述太阳能电池外延结构分离。根据本专利技术的一个实施例，所述上层子电池为GaInP子电池；且所述下层子电池为InGaAs子电池。根据本专利技术的一个实施例，所述下欧姆接触层为p++-InGaAs接触层；所述隧穿结为InAlGaAs隧穿结；所述上欧姆接触层图形为n++-InGaAs接触层图形。根据本专利技术的一个实施例，所述衬底为GaAs衬底、Ge衬底、Si衬底、InP衬底、GaSb衬底、Al2O3衬底、GaN衬底、ZnO衬底中的一种；所述缓冲层中除所述腐蚀剥离层以外的材料为InGaAs、AlInAs、AlGaInAs、GaInP、AlInP、AlGaInP、InGaAsP和InAlAsP中的一种或多种，且所述缓冲层的晶格常数从与衬底的晶格常数匹配逐渐过渡到与下层子电池的晶格常数匹配；且所述腐蚀剥离层的材料为AlAs、AlGaAs和AlInP中的一种或多种。根据本专利技术第四方面，提供一种制造如第一方面所述的双结太阳能电池的方法，包括以下步骤：S1：提供如第二方面所述的太阳能电池外延结构；S2：在所述太阳能电池外延结构的下欧姆接触层上形成下电极金属层；S3：腐蚀掉缓冲层的腐蚀剥离层，以将衬底从太阳能电池外延结构分离；S4：在未剥离的缓冲层上或上欧姆接触层上制作上电极金属层图形；S5：去除没有上电极金属层图形覆盖的上接欧姆触层和未剥离的缓冲层，以露出上层子电池的表面；以及S6：在露出的上层子电池的表面上制作减反射膜。根据本专利技术第五方面，提供一种制造双结太阳能电池的方法，包括以下步骤：S1：提供如第三方面所述的太阳能电池外延结构；S2：在所述太阳能电池外延结构的上欧姆接触层上制作上电极金属层图形；S3：去除没有上电极金属层图形覆盖的上接欧姆触层，以露出上层子电池的表面；S4：在露出的上层子电池的表面上制作减反射膜；S5：在具有减反射膜的上层子电池的表面上施加柔性透明支撑材料；S6：腐蚀掉缓冲层的腐蚀剥离层，以将衬底从太阳能电池外延结构分离；以及S7：在未剥离的缓冲层上或下欧姆接触层上形成下电极金属层。根据本专利技术的一个实施例，所述的制造双结太阳能电池的方法，还包括：电池切割和封装步骤。根据本专利技术第六方面，提供一种太阳能电池外延结构，依次包括：衬底；缓冲层；下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；和上欧姆接触层；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配。根据本专利技术的一个实施例，所述上层子电池为GaInP子电池；且所述下层子电池为InGaAs子电池。根据本专利技术的一个实施例，所述下欧姆接触层为p++-InGaAs接触层；所述隧穿结为InAlGaAs隧穿结；所述上欧姆接触层图形为n++-InGaAs接触层图形。根据本专利技术的一个实施例，所述衬底为GaAs衬底、Ge衬底、Si衬底、InP衬底、GaSb衬底、Al2O3衬底、GaN衬底、ZnO衬底中的一种；所述缓冲层的材料为InGaAs、AlInAs、AlGaInAs、GaInP、AlInP、AlGaInP、InGaAsP和InAlAsP中的一种或多种，且所述缓冲层的晶格常数从与衬底的晶格常数匹配逐渐过渡到与下层子电池的晶格常数匹配。根据本专利技术的第七方面，提出一种制造双结太阳能电池的方法，包括以下步骤：S1：提供如第六方面所述的太阳能电池外延结构；S2：在所述太阳能电池外延结构的上欧姆接触层上制作上电极金属层图形；S3：去除没有上电极金属层图形覆盖的上接欧姆触层，以露出上层子电池的表面；S4：在露出的上层子电池的表面上制作减反射膜；以及S5：在衬底的下侧形成下电极金属层。根据本专利技术各实施例的双结太阳能电池及制备方法和太阳能电池外延结构，由于两结子电池的禁带宽度分别为1.7eV和1.1eV，两个子电池用隧穿结连接进行串联，达到了双结电池的最优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双结太阳能电池，依次包括：下电极金属层；下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；上欧姆接触层图形；上电极金属层图形，和在上层子电池表面上且位于上电极金属层图形和上欧姆接触层图形之间的减反射膜；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配。

【技术特征摘要】
1.一种双结太阳能电池，依次包括：下电极金属层；下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；上欧姆接触层图形；上电极金属层图形，和在上层子电池表面上且位于上电极金属层图形和上欧姆接触层图形之间的减反射膜；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配。2.根据权利要求1所述的双结太阳能电池，所述的下层子电池的晶格常数与上层子电池的晶格常数相差的范围在0.5％以内。3.根据权利要求1所述的双结太阳能电池，还包括：位于上电极金属层图形的与上欧姆接触层图形相反的一侧的柔性透明支撑层。4.根据权利要求1所述的双结太阳能电池，还包括：位于下电极金属层和下欧姆接触层之间的衬底和缓冲层，其中衬底设置在下电极金属层上，缓冲层设置在衬底上。5.根据权利要求2-4任一项所述的双结太阳能电池，其中，所述上层子电池为GaInP子电池；所述下层子电池为InGaAs子电池。6.根据权利要求5所述的双结太阳能电池，其中，所述下欧姆接触层为p++-InGaAs接触层；所述隧穿结为InAlGaAs隧穿结；并且所述上欧姆接触层图形为n++-InGaAs接触层图形。7.一种太阳能电池外延结构，依次包括：衬底：缓冲层；上欧姆接触层；上层子电池；隧穿结；下层子电池；和下欧姆接触层；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配；并且所述缓冲层包括腐蚀剥离层，所述腐蚀剥离层配置用于将所述衬底从所述太阳能电池外延结构分离。8.一种太阳能电池外延结构，依次包括：衬底：缓冲层；和下欧姆接触层；下层子电池；隧穿结；上层子电池；和上欧姆接触层；其中，所述下层子电池的禁带宽度为1.1eV，所述上层子电池的禁带宽度为1.7eV，且所述下层子电池和所述上层子电池的晶格常数基本匹配；并且所述缓冲层包括腐蚀剥离层，所述腐蚀剥离层配置用于将所述衬底从所述太阳能电池外延结构分离。9.根据权利要求7或8所述的太阳能电池外延结构，其中，所述上层子电池为GaInP子电池；且所述下层子电池为InGaAs子电池。10.根据权利要求9所述的双结太阳能电池，其中，所述下欧姆接触层为p++-InGaAs接触层；所述隧穿结为InAlGaAs隧穿结；所述上欧姆接触层图形为n++-InGaAs接触层图形。11.根据权利要求10所述的双结太阳能电池，其中，所述衬底为GaAs衬底、Ge衬底、Si衬底、InP衬底、GaSb衬底、Al203衬底、GaN衬底、ZnO衬底中的一种；所述缓冲层中除所述腐蚀剥离层以外的材料为InGaAs、AlInAs、AlGaInAs、GaInP、AlInP、AlGaInP、InGaAsP和InAlAsP中的一种或多种，且所述缓冲层的晶格常数从与衬底的晶格常数匹配逐渐过渡到与下层子电池的晶格常数匹配；且所述腐蚀剥离层的材料为AlAs、AlGaAs和AlInP中的一种或多种。12.一种制造如权利要求1所述的双结太阳能电池的方法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟明，李华，
申请(专利权)人：江苏宜兴德融科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32