一种Si基双面三结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Si基双面三结太阳能电池及其制备方法，包括：N型Si衬底；N型Si衬底的上下表面分别掺杂形成p

【技术实现步骤摘要】
一种Si基双面三结太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能光伏的
，具体涉及一种Si基双面三结太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]进入二十一世纪以来，人类面临的全球能源紧缺、环境恶化的情况日益严重；传统化石能源虽然可以在短期内满足人类日益增长的能源需求，但是长期来看，化石能源是不可再生资源，终有一天会耗尽。此外，气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出碳达峰和碳中和的目标。我国作为“世界工厂”，产业链日渐完善，国产制造能力与日俱增，同时碳排放量加速攀升。但我国油气资源相对匮乏，发展低碳经济，重塑能源体系具有重要安全意义。首先我们要在经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电、大力发展和运用风电、太阳能发电、水电、核电等非化石能源，实现清洁能源代替火力发电。
[0003]为了能够最大化提高太阳能的利用率，人们采用了许多方法来提升太阳能电池的转化效率。而传统太阳能电池均采用单面结构，这种结构对背面的光线不能很好地吸收利用。因此，人们提出了双面电池的概念，通过改变电池的背面结构，增加背面光线的吸收，来提升太阳能电池的综合转化效率。目前可产业化的双面电池主要采用n型Si衬底，在950nm～1200nm波段，n型双面电池优于常规的太阳能电池，但在长波长响应方面还需要进一步的改进和提升。因此，单一的n型Si双面电池还需要进行优化。
[0004]目前，基于GaAs多结太阳能电池凭借其转换效率明显高与Si太阳能电池而被广泛地应用于光伏发电和空间站发电；GaAs多结电池的主流结构为GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池，其带隙依次为1.85/1.40/0.67eV。由于Ge与GaInAs之间存在较大的带隙差距，Ge子电池吸收的太阳能光谱能量比其它两结电池多出很多。由Ge电池产生的短路电流会造成很大一部分光谱能量不能被充分利用，限制了电池性能的提升。而Si的带隙为1.12eV，其带隙结构与GaAs或GaInAs更接近，因此理论上，Si基GaAs多结太阳能电池要优于传统的GaAs电池结构。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种Si基双面三结太阳能电池及其制备方法，一方面，n型Si双面电池要优于常规的电池结构，另一方面，凭借GaAs多结太阳能结构在光电转化效率方面优于Si太阳能电池，同时，克服GaAs多结太阳能电池中存在带隙失匹的问题；该电池结构集成双面吸收光能和GaAs多结太阳能结构的优势，可最大程度地发挥三结电池的能力，提高太阳能电池的光电转化效率。
[0006]本专利技术公开了一种Si基双面三结太阳能电池，包括：N型Si衬底；
[0007]所述N型Si衬底的上下表面分别掺杂形成p
+
‑
Si层和n
+
‑
Si层；
[0008]所述p
+
‑
Si层上依次形成有GaAs缓冲层、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结和GaInP子电池，所述GaInP子电池上形成有减反射膜、欧姆接触层和正面电极；
[0009]所述n
+
‑
Si层上形成有减反射膜、欧姆接触层和背面电极。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，还包括：GaInAs子电池和第三隧道结；
[0011]所述GaInAs子电池形成在所述第二隧道结上，所述第三隧道结形成在所述GaInAs子电池上，所述GaInP子电池形成在所述第三隧道结上。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述N型Si衬底的晶向为(100)或(111)或(211)。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，GaAs子电池中GaAs材料在室温下的带隙为1.42eV，所述GaInP子电池中GaInP材料在室温下的带隙为1.8eV～1.9eV。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述减反射膜为氧化物薄膜、氮化物薄膜或者氟化物薄膜。
[0015]本专利技术还公开了一种Si基双面三结太阳能电池的制备方法，包括：
[0016]对N型Si衬底上下表面进行制绒；
[0017]采用扩散方式在N型Si衬底上表面进行掺杂，形成p+
‑
Si层；
[0018]采用外延生长技术在p+
‑
Si层上表面依次生长GaAs缓冲层、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结和GaInP子电池；
[0019]在GaInP子电池上制备减反射膜、欧姆接触层和正面电极；
[0020]采用离子注入方式在N型Si衬底下表面进行掺杂，形成n
+
‑
Si层；
[0021]在n
+
‑
Si层上制备减反射膜、欧姆接触层和背面电极。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，还包括：
[0023]在第二隧道结和GaInP子电池之间，采用外延生长技术依次生长GaInAs子电池和第三隧道结。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，对所述N型Si衬底进行P
+
型掺杂时，炉内温度控制在800℃～1200℃，持续时间至少1h；对所述N型Si衬底进行离子注入，注入能量为40keV～110keV，注入剂量为1
×
10
18
/cm3～1
×
10
19
/cm3。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述第一隧道结由p
‑
GaAs和n
‑
GaAs构成，厚度均为10～100nm，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～1
×
10
20
/cm3；所述第二隧道结由p
‑
AlGaAs和n
‑
GaAs构成，厚度均为10～200nm，掺杂浓度为1
×
10
18
/cm3～1
×
10
20
/cm3。
[0026]作为本专利技术的进一步改进，所述GaAs子电池厚度为0.1μm～4μm，掺杂浓度为2
×
10
18
/cm3～1
×
10
21
/cm3。所述GaInP子电池厚度为0.5μm～2μm，掺杂浓度为2
×
10
18
/cm3～1
×
10
21
/cm3。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术主要结合了双面电池和GaAs多结电池的优点，形成了双面Si基三结太阳能电池，这种结构可以大大地提升电池的吸收光谱的效率，改善GaAs多结太阳能电池结构中带隙失配的问题，扩大了电池吸收光谱的波段；此外，本专利技术通过采用二次外延技术，可以很好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Si基双面三结太阳能电池，其特征在于，包括：N型Si衬底；所述N型Si衬底的上下表面分别掺杂形成p
+
‑
Si层和n
+
‑
Si层；所述p
+
‑
Si层上依次形成有GaAs缓冲层、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结和GaInP子电池，所述GaInP子电池上形成有减反射膜、欧姆接触层和正面电极；所述n
+
‑
Si层上形成有减反射膜、欧姆接触层和背面电极。2.如权利要求1所述的Si基双面三结太阳能电池，其特征在于，还包括：GaInAs子电池和第三隧道结；所述GaInAs子电池形成在所述第二隧道结上，所述第三隧道结形成在所述GaInAs子电池上，所述GaInP子电池形成在所述第三隧道结上。3.如权利要求1或2所述的Si基双面三结太阳能电池，其特征在于，所述N型Si衬底的晶向为(100)或(111)或(211)。4.如权利要求1或2所述的Si基双面三结太阳能电池，其特征在于，GaAs子电池中GaAs材料在室温下的带隙为1.42eV，所述GaInP子电池中GaInP材料在室温下的带隙为1.8eV～1.9eV。5.如权利要求1或2所述的Si基双面三结太阳能电池，其特征在于，所述减反射膜为氧化物薄膜、氮化物薄膜或者氟化物薄膜。6.一种如权利要求1～5中任一项所述的Si基双面三结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：对N型Si衬底上下表面进行制绒；采用扩散方式在N型Si衬底上表面进行掺杂，形成p+
‑
Si层；采用外延生长技术在p+
‑
Si层上表面依次生长GaAs缓冲层、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结和GaInP子电池；在GaInP子电池上制备减反射膜、欧姆接触层和正面电极；采用离子注入方式在N型Si衬底下表面进行掺杂，形成n
+
‑
Si层；在n
+

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，黄瑞，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：