一种双面用高效太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双面用高效太阳能电池及其制备方法，采用金属有机化学气相沉积技术或分子束外延生长技术在GaAs衬底的上表面依次生长第一GaAs缓冲层、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、GaInP子电池和高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层，在GaAs衬底的下表面依次生长第二GaAs缓冲层、GaInNAs子电池和高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层，得到GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池，在GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池上、下表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作即可；本发明专利技术可以使电池的带隙结构与太阳光谱更加匹配，提高GaAs多结电池的整体开路电压，同时电池背面的入射光也能被吸收利用，最终提高电池的光电转换效率。

A double-sided high-efficiency solar cell and its preparation method

The invention discloses a double-sided high-efficiency solar cell and its preparation method. The first GaAs buffer layer, the first tunnel junction, the GaAs sub-cell, the second tunnel junction, the GaInP sub-cell and the n-type GaAs cap layer with high doping concentration are successively grown on the upper surface of the GaAs substrate by metal-organic chemical vapor deposition technology or molecular beam epitaxy growth technology. GaInP/GaAs/GaInNAs triple-junction batteries with long second GaAs buffer layer, GaInNAs sub-batteries and n-type GaAs cap layer with high doping concentration can be obtained. Photolithography, deposition of antireflective film, preparation of electrodes and subsequent cell chip fabrication can be carried out on the upper and lower surfaces of GaInP/GaAs/GaInNAs triple-junction batteries. The invention can make the bandgap structure of the batteries more match the solar spectrum and improve the GaAs multi-junction batteries. The overall open-circuit voltage and the incident light on the back of the battery can also be absorbed and utilized, which ultimately improves the photoelectric conversion efficiency of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种双面用高效太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能光伏发电的
，尤其是指一种双面用高效太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
以多种禁带宽度不同的半导体材料构成多结级联太阳能电池，按照材料的禁带宽度从宽到窄由上至下依次排列，可分别选择性吸收和转换不同波段的太阳光谱，大幅度提高太阳能电池的光电转换效率。GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池是砷化镓多结电池的主流结构，电池结构上整体保持晶格匹配，带隙结构为1.9/1.40/0.67eV，在AM0光谱下转换效率可达到30％。然而，对于太阳光光谱，由于GaInAs子电池和Ge子电池之间较大的带隙差距，这种三结电池的带隙组合并不是最佳的，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接近中电池和顶电池的两倍，造成太阳光谱在红外波段的极大浪费，太阳光谱利用效率不高。将传统三结太阳电池的Ge底电池换成带隙接近1.0eV的底电池，形成带隙结构为1.90/1.4/1eV的三结太阳电池，其开路电压可达到3.05V。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Ga1-xInxNyAs1-y四元合金材料，当x:y＝2.8、0<y<0.06时，Ga1-xInxNyAs1-y材料晶格常数与GaAs基本匹配，且带隙在0.8eV-1.4eV之间变化，而当0.02<y<0.03时，其带隙为1.0eV--1.1eV之间。因此，针对目前传统的GaInP/GaInAs/Ge三结电池结构，将Ge底电池换成带隙接近1.0eV的GaInNAs底电池，并利用上下表面均接收光谱的结构大大提高GaInNAs底电池的短路电流密度，使GaInP/GaInAs/GaInNAs三结电池的短路电流密度达到17.5mA/cm2，可大大提高电池转换效率至34％。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种双面用高效太阳能电池及其制备方法，可以使电池的带隙结构与太阳光谱更加匹配，提高GaAs多结电池的整体开路电压，最终提高电池的光电转换效率。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案，如下：一种双面用高效太阳能电池，包括有GaAs衬底，所述GaAs衬底为双面抛光的n型GaAs单晶片，在所述GaAs衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次设置有第一GaAs缓冲层、GaAs子电池和GaInP子电池，在所述GaAs衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次设置有第二GaAs缓冲层和GaInNAs子电池，所述第一GaAs缓冲层与GaAs子电池之间通过第一隧道结连接，所述GaAs子电池与GaInP子电池之间通过第二隧道结连接；所述GaInP子电池、GaAs子电池、第一GaAs缓冲层、第二GaAs缓冲层及GaInNAs子电池所有材料层与GaAs衬底保持晶格匹配；所述GaInP子电池和GaInNAs子电池上均生长高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层作为欧姆接触层以及均进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作；所述GaInNAs子电池中GaInNAs材料的光学带隙为1eV；所述GaInNAs子电池从上至下依次包括有n型AlGaAs窗口层、n型Ga1-xInxNyAs1-y层或n型GaAs层、p型Ga1-xInxNyAs1-y层及p型AlGaAs背场层，其中x:y＝2.8:1，0.02<y<0.03，Ga1-xInxNyAs1-y材料带隙为1.0eV。所述GaInP子电池中GaInP材料的光学带隙为1.9eV。所述GaAs子电池中GaAs材料的光学带隙为1.4eV。所述双面用高效太阳能电池的制备方法，具体是：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(MBE)在GaAs衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次生长第一GaAs缓冲层、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、GaInP子电池和高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层，然后将GaAs衬底翻转180°，在GaAs衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次生长第二GaAs缓冲层、GaInNAs子电池和高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层，得到GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池，在GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池上表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作，然后将GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池翻转180°，在GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池下表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作，即可完成双面用高效太阳能电池的制备；其中，所述GaInNAs子电池结构从上至下依次包括有n型AlGaAs窗口层、n型Ga1-xInxNyAs1-y层或n型GaAs层、p型Ga1-xInxNyAs1-y层及p型AlGaAs背场层，x：y＝2.8：1，0.02<y<0.03，Ga1-xInxNyAs1-y材料带隙为1.0eV。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：利用GaAs双面衬底，并结合GaInNAs材料的自身特点，在GaAs衬底的上表面设置有GaInP和GaAs子电池，在其下表面设置带隙约1eV的GaInNAs子电池，最终得到带隙结构为1.9/1.4/1.0eV的GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池，并在所述GaInP/GaAs/GaInNAs三结电池上下表面分别制备欧姆接触层、进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作。本专利技术不仅可以提高太阳电池对太阳光谱的利用率，还可以通过吸收利用背面入射光，从而提高多结太阳电池的光电转换效率；同时，可以减薄GaInNAs子电池基区厚度，节省原材料和时间成本，提高生产效率。附图说明图1为本专利技术所述双面用高效太阳能电池的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本实施例所提供的双面用高效太阳能电池，包括有GaAs衬底，所述GaAs衬底为双面抛光的n型GaAs单晶片，在所述GaAs衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次设置有第一GaAs缓冲层、GaAs子电池和GaInP子电池，在所述GaAs衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次设置有第二GaAs缓冲层和GaInNAs子电池，所述第一GaAs缓冲层与GaAs子电池之间通过第一隧道结连接，所述GaAs子电池与GaInP子电池之间通过第二隧道结连接；所述GaInP子电池、GaAs子电池、第一GaAs缓冲层、第二GaAs缓冲层及GaInNAs子电池所有材料层与GaAs衬底保持晶格匹配；所述GaInP子电池和GaInNAs子电池上均生长高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层作为欧姆接触层以及均进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作；所述GaInNAs子电池中GaInNAs材料的光学带隙约为1eV；所述GaInNAs子电池从上至下依次包括有n型AlGaAs窗口层、n型Ga1-xInxNyAs1-y层或n型GaAs层、p型Ga1-xInxNyAs1-y层及p型AlGaAs背场层，其中x:y＝2.8:1，0.02<y<0.03，Ga1-xInxNy本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双面用高效太阳能电池，包括有GaAs衬底，其特征在于：所述GaAs衬底为双面抛光的n型GaAs单晶片，在所述GaAs衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次设置有第一GaAs缓冲层、GaAs子电池和GaInP子电池，在所述GaAs衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次设置有第二GaAs缓冲层和GaInNAs子电池，所述第一GaAs缓冲层与GaAs子电池之间通过第一隧道结连接，所述GaAs子电池与GaInP子电池之间通过第二隧道结连接；所述GaInP子电池、GaAs子电池、第一GaAs缓冲层、第二GaAs缓冲层及GaInNAs子电池所有材料层与GaAs衬底保持晶格匹配；所述GaInP子电池和GaInNAs子电池上均生长高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层作为欧姆接触层以及均进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作；所述GaInNAs子电池中GaInNAs材料的光学带隙为1eV；所述GaInNAs子电池从上至下依次包括有n型AlGaAs窗口层、n型Ga1‑xInxNyAs1‑y层或n型GaAs层、p型Ga1‑xInxNyAs1‑y层及p型AlGaAs背场层，其中x:y＝2.8:1，0.02...

【技术特征摘要】
1.一种双面用高效太阳能电池，包括有GaAs衬底，其特征在于：所述GaAs衬底为双面抛光的n型GaAs单晶片，在所述GaAs衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次设置有第一GaAs缓冲层、GaAs子电池和GaInP子电池，在所述GaAs衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次设置有第二GaAs缓冲层和GaInNAs子电池，所述第一GaAs缓冲层与GaAs子电池之间通过第一隧道结连接，所述GaAs子电池与GaInP子电池之间通过第二隧道结连接；所述GaInP子电池、GaAs子电池、第一GaAs缓冲层、第二GaAs缓冲层及GaInNAs子电池所有材料层与GaAs衬底保持晶格匹配；所述GaInP子电池和GaInNAs子电池上均生长高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层作为欧姆接触层以及均进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作；所述GaInNAs子电池中GaInNAs材料的光学带隙为1eV；所述GaInNAs子电池从上至下依次包括有n型AlGaAs窗口层、n型Ga1-xInxNyAs1-y层或n型GaAs层、p型Ga1-xInxNyAs1-y层及p型AlGaAs背场层，其中x:y＝2.8:1，0.02<y<0.03，Ga1-xInxNyAs1-y材料带隙为1.0eV。2.根据权利要求1所述的一种双面用高效太阳能电池，其特征在于：所述GaInP子电池中GaInP材料的光学带隙为1.9eV...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄珊珊，黄辉廉，张小宾，潘旭，刘建庆，彭娜，
申请(专利权)人：中山德华芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44