一种量子点五结太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及太阳能电池领域，主要公开了一种量子点五结太阳能电池。该量子点五结太阳能电池结构依次为GaAs帽层、第一结AlxGa1-xIn0.5P电池、第一隧穿结、第二结AlxGa1-xAs电池、第二隧穿结、第三结GaAs电池、第三隧穿结、键合接触层、第四结InxGa1-xAsyP1-y电池、第四隧穿结、第五结InxGa1-xAs电池、InP缓冲层和InP衬底。其中，量子点浸润层为具有规整图形的量子点浸润层。本实用新型专利技术的有益效果是：该电池可以对更大波长范围的太阳辐射能进行吸收，因此具有高的光利用率，从而提高了光电转换效率；采用具有规整图形的量子点浸润层利于形成能级一致的量子点中间带，从而能够产生更多数量的电子-空穴对，利于短路电流密度的提高，进而提高该量子点五结太阳能电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能电池领域，尤其是涉及一种量子点五结太阳能电池。
技术介绍
传统能源如煤、石油和天然气等的应用会对环境造成污染，因此以光伏产业为代表的可再生洁净能源受到高度重视并取得快速发展。目前，较为高效的GalnP/GaAs/Ge三结太阳能电池在聚光条件下已经获得超过41.8%的光电转换效率。但是由于Ge底电池吸收低能光子数量过多而与InGaP和GaAs中顶电池的短路电流不匹配，所以GalnP/GaAs/Ge三结太阳能电池结构并不是效率最优化的组合。由于半导体材料只能吸收能量大于其带隙的入射光子，并且每个吸收光子最多只能放出一对电子-空穴对。而对于能量大于其带隙的一个入射光子，半导体材料将其吸收后也只能放出一对电子-空穴对，多余的能量会以声子辐射的方式转换为晶格振动的热能，造成能量损失。而太阳辐射光谱在0.15-4 μ m的波长范围内均有着较强的分布，若在该波长范围内尽可能多地吸收太阳辐射能量，并将其转化为电能而不是晶格振动的热能，仅仅采用单一或较少禁带宽度的单结太阳能电池或GalnP/GaAs/Ge三结太阳能电池是难以实现的。由此可见，如何研宄出一种多结太阳能电池，能够尽可能多地吸收不同波长区间太阳辐射能量，以提高电池的光电转换效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种能够吸收不同波长范围内太阳辐射能量的量子点五结太阳能电池。本技术一种量子点五结太阳能电池，依次包括:GaAs帽层、第一结AlxGa1^xIn0.5P电池、第一隧穿结、第二结AlxGai_xAs电池、第二隧穿结、第三结GaAs电池、第三隧穿结、键合接触层、第四结InxGahAsyPh电池、第四隧穿结、第五结InxGai_xAS电池、InP缓冲层和InP衬底；其中，所述第三结GaAs电池依次包括:第三结GaAs电池的窗口层、第三结GaAs电池的发射层、量子点浸润层、量子点复合层和第三结GaAs电池的基区层；所述键合接触层依次为基于所述第三隧穿结外延生长的GaAs键合接触层和基于所述第四结InxGahAsyPhi池外延生长的InP键合接触层。进一步地，所述量子点浸润层为具有规整图形的量子点浸润层如阵列形的量子点浸润层。进一步地，所述InP缓冲层的厚度为0.1-0.3 μ m，所述InP键合接触层的厚度为lOO-lOOOnm。进一步地，所述GaAs帽层为η型掺杂、厚度为100_500nm，所述第三结GaAs电池的窗口层的厚度为30-200nm，所述第三结GaAs电池的发射层的厚度为50_200nm，所述量子点浸润层的厚度为20-100nm，所述第三结GaAs电池的基区层的厚度2000_4000nm，所述GaAs键合接触层的厚度为100-1000nm。进一步地，所述第五结InxGahAs电池依次包括厚度50_400nm的p型掺杂InP背场层、厚度2000-5000nm的p型掺杂InxGapxAs基区、厚度50-400nm的η型掺杂InxGa^xAs发射区和厚度30-200nm的η型掺杂InP窗口层；所述第四隧穿结依次包括为厚度1-1OOnm的η型InP层和厚度1-1OOnm的ρ型InP层；所述第四结InxGahAsyP^电池依次包括厚度30-300nm的ρ型掺杂InP背场层、厚度2000-5000nm的ρ型掺杂InxGahAsyPhy基区、厚度50-400nm的η型掺杂InxGahAsyP^发射区和厚度30_200nm的η型掺杂InP窗口层；其中，0.3 彡 X 彡 0.8，0.3 彡 y 彡 0.7。进一步地，所述第一结AlxGahIna5P电池依次包括厚度0.5_3 μm的ρ型掺杂AlxGa1^xIn0.5Ρ 背场层、厚度 500_2000nm 的 ρ 型掺杂 AlxGahIna5P 基区、厚度 50_200nm 的 η型掺杂AlxGahIna5P发射区和厚度30_200nm的η型掺杂AlxGahIna5Ρ窗□层；所述第一隧穿结依次包括厚度1-1OOnm的η型AlxGa1-Jna5P层和厚度1-1OOnm的ρ型的AlxGa^xAs层；所述第二结AlxGahAs电池依次包括厚度30-200nm的ρ型掺杂AlxGahIna 5Ρ背场层、厚度1000-3000nm的ρ型掺杂AlxGa^xAs基区、厚度50_200nm的η型掺杂AlxGa^xAs发射区和厚度30-200nm的η型掺杂AlInP窗口层；所述第二隧穿结依次包括厚度1-1OOnm的η型GaInP层和厚度1-1OOnm的ρ型AlxGapxAs层；所述量子点复合层依次包括量子点层和用于补偿量子点应力的覆盖层；所述第三隧穿结依次包括厚度1-1OOnm的η型InxGai_xAs层和厚度 1-1OOnm 的 ρ 型 AlyGahyAs 层。进一步地，所述量子点浸润层和所述量子点复合层中O < X < 0.1，所述第三隧穿结中O彡X彡0.1，0彡y彡0.5，所述第一结AlxGahIna5P电池、所述第一隧穿结、所述第二结AlxGapxAs电池、所述第二隧穿结、所述第三结GaAs电池的窗口层和所述第三结GaAs电池的背场层中0.2 < X < 0.5。本技术一种量子点五结太阳能电池，与现有技术相比具有以下优点:第一，该量子点五结太阳能电池是通过GaAs三结太阳能电池和InP两结太阳能电池键合而成，由于每结电池的带隙宽度不同，所以随着电池结数的增加，该电池可吸收更多波长范围的太阳辐射能量，这既增加了对低能量端光谱的吸收率，又降低了高能量光子的能量损失，使电池能够产生更多的电子-空穴对，从而提高电池光电转化效率。第二，由于在第三结电池中加入量子点纳米结构而形成量子点中间带，利于电子-空穴对的产生，使电流增益提高至15%，进一步提高了该量子点五结太阳能电池的光电转换效率。第三，该量子点五结太阳能电池中的量子点浸润层具有规整的图形，如均匀分布的阵列图形，这可以使量子点的排列更加规则，便于得到一致的能级，从而利于得到更佳的量子点中间带，更容易产生电子-空穴对，最终使光电转换效率大幅度提高。【附图说明】图1为本技术中InP两结太阳能电池的结构示意图。图中的标号分别为:1-GaAs帽层，2-第一结AlxGahIna5P电池，3_第一隧穿结，4-第二结AlxGahAs电池，5_第二隧穿结，6_第三结GaAs电池的窗口层，7_第三结GaAs电池的发射层，8-量子点浸润层，9-量子点复合层，10-第三结GaAs电池的基区层，11-第三隧穿结，12-GaAs键合接触层，13-1nP键合接触层，14-第四结InxGahAsyP^电池，15-第四隧穿结，16-第五结InxGahAs电池，17-1nP缓冲层，18-1nP衬底。【具体实施方式】下面结合附图对本技术的具体实施例做详细说明。如图1所示，一种量子点五结太阳能电池，依次包括:GaAs帽层、第一结AlxGa1^xIn0.5P电池、第一隧穿结、第二结AlxGai_xAs电池、第二隧穿结、第三结GaAs电池、第三隧穿结、键合接触层、第四结InxGahAsyPh电池、第四隧穿结、第五结InxGai_xAS电池、InP缓冲层和InP衬底。其中，所述第三结G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子点五结太阳能电池，其特征在于，依次包括：GaAs帽层、第一结AlxGa1‑xIn0.5P电池、第一隧穿结、第二结AlxGa1‑xAs电池、第二隧穿结、第三结GaAs电池、第三隧穿结、键合接触层、第四结InxGa1‑xAsyP1‑y电池、第四隧穿结、第五结InxGa1‑xAs电池、InP缓冲层和InP衬底；其中，所述第三结GaAs电池依次包括：第三结GaAs电池的窗口层、第三结GaAs电池的发射层、量子点浸润层、量子点复合层和第三结GaAs电池的基区层；所述键合接触层依次为基于所述第三隧穿结外延生长的GaAs键合接触层和基于所述第四结InxGa1‑xAsyP1‑y电池外延生长的InP键合接触层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏，薛超，张无迪，刘如彬，肖志斌，孙强，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：新型
国别省市：天津;12