一种硅基多结太阳电池及其渐变缓冲层制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基多结太阳电池及其渐变缓冲层，渐变缓冲层由石墨烯层和不同组分的III

【技术实现步骤摘要】
一种硅基多结太阳电池及其渐变缓冲层


[0001]本专利技术属于多结太阳电池的
，尤其涉及一种硅基多结太阳电池及其渐变缓冲层。

技术介绍

[0002]目前技术最为成熟、应用最为广泛的多结太阳电池是GaAs多结电池，其主流结构是由GaInP、GaInAs和Ge子电池组成的GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池，主要应用于航天卫星的空间电源系统中。然而该类GaAs多结电池需要以价格昂贵的Ge（或GaAs）单晶材料为衬底来制备，制作成本较高，难以应用于大规模的地面光伏电站。由于晶硅衬底成本较低，如果基于Si衬底来制作多结太阳电池则可以大大降低多结电池的制作成本，且得到的转换效率要明显高于传统的地面晶硅电池。
[0003]然而由于GaAs、AlGaAs、AlGaInP等III
‑
V族材料与Si的晶格失配较大，基于晶硅衬底来制备Si基III
‑
V族材料多结电池时会引入较多的材料缺陷，采用GaAs
x
P1‑
x
、Ga1‑
y
In
y
P等组分渐变缓冲层可以减少材料缺陷，但缺陷抑制效果依然有限，因此硅基多结太阳电池仍然需要克服很多技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种硅基多结太阳电池及其渐变缓冲层，渐变缓冲层采用III
‑
V族化合物与石墨烯相结合的多层复合结构，基于石墨烯二维材料的特性，使得石墨烯上的外延材料层晶格重组，降低每层外延层界面的应力，最终完全消除晶硅衬底上GaAs、AlGaAs、AlGaInP等材料层受到的失配应力，大幅减少外延层材料缺陷，提高多结太阳电池的光电转换效率。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种硅基多结太阳电池渐变缓冲层，所述渐变缓冲层由石墨烯层和不同组分的III
‑
V族化合物层交替生长而成，所述渐变缓冲层的最底层和最顶层均为所述III
‑
V族化合物层。
[0006]在上述技术方案中，交替生长对数为5
‑
15对。
[0007]在上述技术方案中，每层所述III
‑
V族化合物层厚度为50
‑
300nm，每层所述石墨烯层的原子层数为1
‑
8层。
[0008]在上述技术方案中，最底层的所述III
‑
V族化合物层的材料为n型GaP，最顶层的所述III
‑
V族化合物层的材料包括但不限于n型掺杂的GaAs、Ga
0.5
In
0.5
P，中间层的所述III
‑
V族化合物层的材料包括但不限于n型掺杂的GaAs
x
P1‑
x
、Ga1‑
y
In
y
P，其中0<x<1，0<y<0.5，且x、y随着材料层由下至上而由小变大。
[0009]本专利技术还提供了一种硅基多结太阳电池，包括上述渐变缓冲层。
[0010]在上述技术方案中，所述硅基多结太阳电池还包括Si衬底，在所述Si衬底的上表面按照层状叠加结构从下至上依次设置有Si子电池、所述渐变缓冲层、第一隧道结、AlGaAs
子电池、第二隧道结和AlGaInP子电池；在上述技术方案中，所述Si衬底为p型Si单晶片。
[0011]在上述技术方案中，所述Si子电池中Si材料的光学带隙为1.12eV，所述Si子电池总厚度为100
‑
500μm。
[0012]在上述技术方案中，所述AlGaAs子电池中AlGaAs材料的光学带隙为1.5
‑
1.6eV，子电池总厚度为2
‑
3μm。
[0013]在上述技术方案中，所述AlGaInP子电池中AlGaInP材料的光学带隙为1.9
‑
2.0eV，AlGaInP材料的晶格常数与GaAs材料相同，子电池总厚度为0.5
‑
1μm。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术硅基多结太阳电池利用III
‑
V族化合物材料与石墨烯相结合的多层复合结构的渐变缓冲层可消除晶硅衬底上GaAs、AlGaAs、AlGaInP等材料层受到的失配应力，降低材料层缺陷密度，提高电池的光电转换效率。
附图说明
[0015]图1是硅基多结太阳电池结构示意图；其中：10、Si衬底；20、Si子电池；30、渐变缓冲层；31、石墨烯层；32、III
‑
V族化合物层；40、第一隧道结；50、AlGaAs子电池；60、第二隧道结；70、AlGaInP子电池。
具体实施方式
[0016]为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术做进一步描述。本专利技术可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本专利技术的构思充分传达给本领域技术人员，本专利技术将仅由权利要求来限定。
[0017]如图1所示，本专利技术提供了一种硅基多结太阳电池渐变缓冲层，渐变缓冲层30由石墨烯层31和不同组分的III
‑
V族化合物层32交替生长而成，渐变缓冲层30的最底层和最顶层均为III
‑
V族化合物层32。
[0018]作为其中一种实施例，交替生长对数为5
‑
15对。每层III
‑
V族化合物层32厚度为50
‑
300nm，每层石墨烯层31的原子层数为1
‑
8层。最底层的III
‑
V族化合物层32的材料为n型GaP，最顶层的III
‑
V族化合物层32的材料包括但不限于n型掺杂的GaAs、Ga
0.5
In
0.5
P，中间层的III
‑
V族化合物层32的材料包括但不限于n型掺杂的GaAs
x
P1‑
x
、Ga1‑
y
In
y
P，其中0<x<1，0<y<0.5，且x、y随着材料层由下至上而由小变大。
[0019]本专利技术还提供了一种硅基多结太阳电池，从下至上依次层叠为Si衬底10、Si子电池20、渐变缓冲层30、第一隧道结40、AlGaAs子电池50、第二隧道结60、AlGaInP子电池70。
[0020]作为其中一种实施例，Si衬底10为p型Si单晶片。Si子电池20中Si材料的光学带隙为1.12eV，Si子电池20总厚度为100
‑
500μm。AlGaAs子电池50中AlGaAs材料的光学带隙为1.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基多结太阳电池渐变缓冲层，其特征在于：所述渐变缓冲层（30）由石墨烯层（31）和不同组分的III
‑
V族化合物层（32）交替生长而成，所述渐变缓冲层（30）的最底层和最顶层均为所述III
‑
V族化合物层（32）。2.根据权利要求1所述渐变缓冲层，其特征在于：交替生长对数为5
‑
15对。3.根据权利要求1所述渐变缓冲层，其特征在于：每层所述III
‑
V族化合物层（32）厚度为50
‑
300nm，每层所述石墨烯层（31）的原子层数为1
‑
8层。4.根据权利要求1所述渐变缓冲层，其特征在于：最底层的所述III
‑
V族化合物层（32）的材料为n型GaP，最顶层的所述III
‑
V族化合物层（32）的材料包括但不限于n型掺杂的GaAs、Ga
0.5
In
0.5
P，中间层的所述III
‑
V族化合物层（32）的材料包括但不限于n型掺杂的GaAs
x
P1‑
x
、Ga1‑
y
In
y
P，其中0<x<1，0<y&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏飞，王岩，罗帅，季海铭，
申请(专利权)人：江苏华兴激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：