一种双面发电的太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开一种双面发电的太阳能电池，包括GaInP子电池、隧道结、GaAs子电池、键合层、单晶硅N型电池，通过MOCVD生长GaAs子电池和GaInP子电池，两者通过隧道结连接，将薄膜电池键合到单晶硅N型电池背面，然后剥离GaAs子电池和GaInP子电池薄膜。本发明专利技术利用GaAs子电池和GaInP子电池组成的叠层电池在直射光下发电效率高、单晶硅在弱光下发电效率高的优点，感光面发电，不感光的电池可视为一个反向PN结，受光面产生的电流只能从键合层流出(薄膜电池和单晶硅电池的面积不一样大，键合层裸露)，通过改变电池的吸光面，在有限面积上可以充分利用太阳光，从而大大提升单位面积太阳能电池的转换效率。

Solar cell with double face power generation

The invention discloses a solar battery double-powered, including GaInP battery, battery, GaAs tunnel junction, bonding layer, silicon N battery, GaAs battery and GaInP growth sub sub cell by MOCVD, the connection between the nodes through the tunnel, will be bonded to the silicon thin film solar cell type N on the back of the battery, and then stripping GaAs battery and GaInP battery film. The invention uses laminated battery GaAs battery and GaInP battery in the form of direct light under high power generation efficiency, the advantages of high efficiency monocrystalline silicon power under the weak light, the photosensitive surface is not photosensitive battery power, can be regarded as a reverse current of PN junction, can only be generated from the surface bonding layer (thin film batteries and outflow the area is not as big as the silicon solar cell, bonding layer), exposed by suction smooth change of the battery, in limited areas can make full use of sunlight, thereby greatly enhancing the conversion efficiency of the solar cell unit area.

【技术实现步骤摘要】
一种双面发电的太阳能电池
本专利技术涉及一种太阳能电池，具体涉及一种双面发电的太阳能电池，属于太阳能电池

技术介绍
晶体硅太阳能电池因低廉的成本、成熟的制造工艺，未来一二十年仍是太阳能电池的主流产品，但晶硅是间接带隙材料，电池的转换效率受到制约，且可挠性差。目前主流的薄膜电池有(铜铟镓硒)GIGS电池和GaAs电池，据报道GaAs单结薄膜电池的转换效率已达28.8％，双结GaAs薄膜电池实现31.6％的转换效率。但是成本高是一直以来的诟病。对于叠层电池来说，弱光性不好也是该项技术发展掣肘之一。主要原因是弱光下，以吸收短波为主的GaInP电池，电流会急剧下降，由于电池是串联的原因，整个电池电流下降明显。而晶硅太阳能电池的弱光性好于叠层电池。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种双面发电的太阳能电池，可大大提升电池在有限面积上的转换效率。为了实现上述目的，本专利技术采用的一种双面发电的太阳能电池，该太阳能电池包括单晶硅N型电池、键合层和GaInP/GaAs双结叠层电池，所述GaInP/GaAs双结叠层电池通过键合层键合在单晶硅N型电池的背面；所述GaInP/GaAs双结叠层电池包括GaInP子电池、隧道结和GaAs子电池，所述隧道结位于GaInP子电池的一侧，所述GaAs子电池位于隧道结和键合层之间；采用GaAs或Ge作为支撑衬底，通过MOCVD或MBE生长与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结叠层电池，键合到单晶硅N型电池，剥离生长的GaInP/GaAs双结叠层电池，即得所需太阳能电池。作为改进，所述的单晶硅N型电池包括N型单晶硅，所述N型单晶硅上设有扩散形成的发射区、等离子体增强化学气相沉积镀的减反膜、及丝网印刷的电极。作为改进，所述隧道结采用宽带隙材料，带隙选择范围为1.45-2.0ev，选用材料为GaInP或AlGaAs，N型掺杂为Si/Te共掺，浓度2E19cm-3-5E19cm-3，P型掺杂为C掺杂，浓度为1E20cm-3-3E20cm-3。作为改进，所述键合层包括设置在GaAs子电池下方的上层Au、及设置在单晶硅N型电池上方的下层Au，所述上层Au与下层Au配合形成Au/Au键合。作为改进，当生长GaInP/GaAs双结叠层电池时，采用325μmN型GaAs作为支撑衬底。作为进一步改进，在N型GaAs衬底上，依次由下至上成长GaAs缓冲层、AlAs牺牲层、GaAs接触层(16)、AlInP窗口层、GaInP发射区层、GaInP基区层、AlGaInP背场层、隧道结、GaInP窗口层、GaAs发射区层、GaAs基区层和GaInP背场层。作为改进，所述GaAs缓冲层的厚度为300-500nm；所述AlAs牺牲层的厚度为10-15nm；所述GaAs接触层采用欧姆接触层，厚度为300-500nm，N型掺杂元素为Si，掺杂浓度5E18cm-3-8E18cm-3。作为改进，所述AlInP窗口层厚度为20-100nm，N型掺杂元素为Si；所述GaInP发射区层厚度为50-350nm，N型掺杂元素为Si。作为改进，所述GaInP基区层厚度为350-1500nm，P型掺杂元素为Zn；所述AlGaInP背场层厚度为50-200nm，P型掺杂元素为Zn；所述GaInP窗口层厚度为20-100nm，N型掺杂元素为Si。作为改进，所述GaAs发射区层厚度为40-200nm，N型掺杂元素为Si；所述GaAs基区层厚度为2-5μm，P型掺杂元素为Zn；所述GaInP背场层厚度为50-200nm，P型掺杂元素为Zn。本专利技术的双面发电的太阳能电池，通过将GaInP/GaAs双结叠层电池键合到单晶硅N型电池背面，然后从衬底上剥离下来，光照在受光面时，不受光面则是一个反向的PN结，受光面产生的电流不可以从反向PN结流过，受光面产生的电流从键合层流出。根据光照情况，调整受光面，可以在有限的面积实现尽可能高的转换效率。一般常规外延用GaAs衬底为325μm，而本专利技术采用的先键合后剥离GaAs子电池和GaInP子电池叠层电池技术，一方面使薄膜得到有效支撑，另一方面使得每个衬底片可以进行至少30次外延，大大节省了GaAs衬底的消耗；而且采用Si作为双面电池的支撑衬底大大提升了电池的机械性能。本专利技术的太阳能电池不仅拥有叠层薄膜电池高的转换效率，弱光性条件下，单晶硅电池也保证了一定转换效率。因此可以在有限面积上实现很高的转换效率。附图说明图1为本专利技术的太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术中太阳能电池键合示意图；图3为太阳能电池中叠层薄膜电池部分的结构示意图；图中：1、GaInP子电池，2、隧道结，3、GaAs子电池，4、键合层，5、单晶硅N型电池，6、上层Au，7、下层Au，8、GaInP背场层，9、GaAs基区层，10、GaAs发射区层，11、GaInP窗口层，12、AlGaInP背场层，13、GaInP基区层，14、GaInP发射区层，15、AlInP窗口层，16、GaAs接触层，17、AlAs牺牲层，18、GaAs缓冲层，19、GaAs-N型衬底。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。如图1所示，一种双面发电的太阳能电池，该太阳能电池包括单晶硅N型电池5、键合层4和GaInP/GaAs双结叠层电池，所述GaInP/GaAs双结叠层电池通过键合层4键合在单晶硅N型电池5的背面，晶硅电池应当选择N型单晶电池，当受光面发电时，非受光面需呈现出反向PN结特性，阻挡载流子从非受光面流出；所述GaInP/GaAs双结叠层电池包括GaInP子电池1、隧道结2和GaAs子电池3，所述隧道结2位于GaInP子电池1的一侧，所述GaAs子电池3位于隧道结2和键合层4之间；采用GaAs或Ge作为支撑衬底，通过MOCVD或MBE生长与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结叠层电池，将其键合到单晶硅N型电池5上，再剥离生长的GaInP/GaAs双结叠层电池(采用先键合后剥离，以GaAs子电池作为底电池)，即得所需太阳能电池。GaAs子电池3和GaInP子电池1的吸光材料为直接带隙材料，故3-10μm就可以实现很好的载流子吸收。所以GaAs子电池3一般选取的厚度为2.5-5μm，优选为3μm；考虑到光谱划分问题，GaInP子电池1一般选取的厚度为700-2000nm，优选为1400nm。隧道结2采用为宽带隙材料，带隙选择范围为1.45-2.0ev，且需要考虑晶格匹配问题，材料优选为GaInP或铝镓砷(AlGaAs)。N型掺杂优选为Si/Te共掺，浓度2E19cm-3以上，P型掺杂优选为C掺杂，浓度1E20cm-3以上。隧道结2可实现子电池之间电流的传输。作为实施例的改进，所述的单晶硅N型电池5包括N型单晶硅，所述N型单晶硅上设有扩散形成的发射区、等离子体增强化学气相沉积镀的减反膜、及丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双面发电的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括单晶硅N型电池(5)、键合层(4)和GaInP/GaAs双结叠层电池，所述GaInP/GaAs双结叠层电池通过键合层(4)键合在单晶硅N型电池(5)的背面；所述GaInP/GaAs双结叠层电池包括GaInP子电池(1)、隧道结(2)和GaAs子电池(3)，所述隧道结(2)位于GaInP子电池(1)的一侧，所述GaAs子电池(3)位于隧道结(2)和键合层(4)之间；采用GaAs或Ge作为支撑衬底，通过MOCVD或MBE生长与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结叠层电池，键合到单晶硅N型电池(5)上，然后剥离生长的GaInP/GaAs双结叠层电池，即得所需太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种双面发电的太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括单晶硅N型电池(5)、键合层(4)和GaInP/GaAs双结叠层电池，所述GaInP/GaAs双结叠层电池通过键合层(4)键合在单晶硅N型电池(5)的背面；所述GaInP/GaAs双结叠层电池包括GaInP子电池(1)、隧道结(2)和GaAs子电池(3)，所述隧道结(2)位于GaInP子电池(1)的一侧，所述GaAs子电池(3)位于隧道结(2)和键合层(4)之间；采用GaAs或Ge作为支撑衬底，通过MOCVD或MBE生长与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结叠层电池，键合到单晶硅N型电池(5)上，然后剥离生长的GaInP/GaAs双结叠层电池，即得所需太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种双面发电的太阳能电池，其特征在于，所述的单晶硅N型电池(5)包括N型单晶硅，所述N型单晶硅上设有扩散形成的发射区、等离子体增强化学气相沉积镀的减反膜、及丝网印刷的电极。3.根据权利要求1所述的一种双面发电的太阳能电池，其特征在于，所述隧道结(2)采用宽带隙材料，带隙选择范围为1.45-2.0ev，选用材料为GaInP或AlGaAs，N型掺杂为Si/Te共掺，浓度为2E19cm-3-5E19cm-3，P型掺杂为C掺杂，浓度为1E20cm-3-3E20cm-3。4.根据权利要求1所述的一种双面发电的太阳能电池，其特征在于，所述键合层(4)包括设置在GaAs子电池(3)下方的上层Au(6)、及设置在单晶硅N型电池(5)上方的下层Au(7)，所述上层Au(6)与下层Au(7)配合形成Au/Au键合。5.根据权利要求1所述的一种双面发电的太阳能电池，其特征在于，当生长GaInP/GaAs双结叠层电池时，采用325μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，秦崇德，方结彬，何达能，陈刚，
申请(专利权)人：广东爱康太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44