太阳能电池及其制作方法技术

本申请公开了一种太阳能电池，包括衬底、形成于衬底表面的GaInAs基电池膜层以及与GaInAs基电池膜层键合的AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层。本发明专利技术还公开了一种太阳能电池的制作方法。与传统电池相比，本发明专利技术集成了GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层，键合后形成的五结高效低成本叠层太阳电池结构跟太阳光谱匹配得更好，从而提升电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池及其制作方法
本申请属于太阳能电池领域，特别是涉及一种含GaInNAs(Sb)子电池的五结叠层电池及其制备方法。
技术介绍
太阳光谱是宽光谱，光子能量范围大约是0~4eV，因此从根本上决定了单结太阳电池的转换效率低于相应单色光谱下（光子能量大于带隙宽度）的能量转换效率。解决的方法也很简单，从原理上来说，与其用一个固定带隙的太阳能电池转换所有的光子能量，不如将光谱分为几个区域，用几个带隙匹配的多结太阳电池中的结区实现光电转换。假设光谱的能量被分为几个区域hν1~hν2，hν2~hν3，hν3~hν∞，其中hν1<hν2<hν3，则相对应的多结太阳电池内各结区带隙分别为Eg1=hν1，Eg2=hν2，Eg3=hν3。光谱分段越多，则电池的潜在转换效率则越高。多结电池的实现需要光子直接到达与之能量匹配的结区。从概念上来说最简单的解决方法是用一个光学分光装置如棱镜根据光的能量将光分到空间的不同区域，把合适的太阳电池分别放在对应的区域来收集光子。然而在实际的环境中这种光学结构极为复杂，实现非常困难。通常一种更好的方法是做一种叠层式的电池结构，光先进入到最高带隙的结中，然后进入到较低带隙的结中，这种结构充分利用了结的“低通光子滤波器”功能，即只通过下级带隙的光。GaInNAs(Sb)材料由于其带隙（0.8~1.4eV）和晶格常数可调范围都很大，是多结太阳能电池发展的理想材料。目前含GaInNAs(Sb)子电池的三结叠层电池GaInP/GaAs/GaInNAs(Sb)效率已取得重大突破。另外，Ge衬底上的含有GaInNAs(Sb)子电池的GaInP/GaAs/GaInNAs(Sb)/Ge四结叠层电池也是将转换效率进一步提升的重要方案之一。为进一步提升效率，含GaInNAs(Sb)的五结甚至更多结电池也必然是发展趋势。然而，同一个衬底上使用的材料体系过多，会造成晶格不匹配的现象严重。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)/GaInAs五结叠层电池，其具有合理的带隙组合（2.2/1.7/1.4/1.05/~0.7eV），可实现对太阳光谱的充分利用，最终提高电池的转换效率，而且避免了晶格不匹配的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请公开了一种太阳能电池，包括衬底、形成于衬底表面的GaInAs基电池膜层以及与GaInAs基电池膜层键合的AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层。优选的，在上述的太阳能电池中，还包括分别电性连接于所述AlGaInP层以及GaInAs基电池膜层的两个电极。优选的，在上述的太阳能电池中，所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层均采用双层台面结构，且所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层中每层台面结构裸露表面均设置一电极。相应地，本申请还公开了一种太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：1）在GaAs衬底上倒置生长AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层，在InP衬底上生长GaInAs基电池膜层；2)将AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层底部的GaInNAs(Sb)裸露面键合至GaInAs基电池膜层的裸露表面；3)剥离GaAs衬底；4)制作电极。优选的，在上述的太阳能电池的制作方法中，所述的步骤还包括剥离所述的InP衬底并替换成硅、金属或塑料衬底。优选的，在上述的太阳能电池的制作方法中，所述的步骤1）具体包括：依次在GaAs衬底上生长n-AlGaInP、p-AlGaInP、隧道结、n-(Al)GaInP、p-(Al)GaInP、隧道结、n-GaInNAs(Sb)、p-GaInNAs(Sb)、隧道结、n-GaInNAs(Sb)和p-GaInNAs(Sb)。优选的，在上述的太阳能电池的制作方法中，所述的步骤4）具体包括：图形化所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层，使得上述两膜层均形成双层台面结构；在所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层中每层台面结构裸露表面均设置一电极。优选的，在上述的太阳能电池的制作方法中，所述AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层和GaInAs基电池膜层之间通过金属薄膜层键合，所述金属薄膜层的材料选自金、金锡合金、钛、镍及其合金中的一种。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、充分利用了GaInNAs(Sb)的带隙和晶格常数可调范围大的特征，做成了带隙为1.4eV和带隙为1.05eV的两个子电池，且能保持晶格匹配。2、在直接生长含GaInNAs(Sb)材料的五结叠层电池过程中，由于晶格失配，缺陷较多等问题造成GaInNAs(Sb)材料少子寿命很低的问题，用本专利技术方法得到有效解决。3、本专利技术中AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)/GaInAs五结子电池的带隙宽度分别为2.2eV，1.7eV，1.4eV，1.05eV，0.7eV，将在三、四结叠层电池提高效率中取得显著成效的GaInNAs(Sb)材料推广到五结叠层电池，能与太阳光谱匹配更好，实现高效率。4、GaInAs底电池和AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结叠层电池可以在不同衬底、不同腔室和不同条件下生长，生长过程方便可控，更有利于提升各子电池的材料的质量。5、采用键合技术有效避免了因晶格失配和热失配造成的龟裂和脱落，增加了成品率。6、若采用四电极终端，分别输出GaInAs基电池和AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结叠层电池的电流，可以避免电流不匹配的问题，有利于多结电池效率的提升。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术具体实施例提供的在InP衬底上生长的GaInAs基电池膜层的结构图；图2是本专利技术具体实施例提供的在GaAs衬底上倒置生长的AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结叠层电池膜层的结构图；图3是本专利技术具体实施例提供的将AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结叠层电池膜层的GaInNAs（Sb）裸露面键合至GaInAs基电池膜层的结构图；图4是本专利技术具体实施例提供的把由键合得到的五结叠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，其特征在于，包括衬底、形成于衬底表面的GaInAs基电池膜层以及与GaInAs基电池膜层键合的AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括衬底、形成于衬底表面的GaInAs基电池膜层以及与GaInAs基电池膜层键合的AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层，其中，AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)/GaInAs五结电池的带隙宽度分别为2.2eV，1.7eV，1.4eV，1.05eV，0.7eV；所述(Al)GaInP是指GaInP或添加有Al的GaInP，所述GaInNAs(Sb)是指GaInNAs或者添加有Sb的GaInNAs。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：还包括分别电性连接于所述AlGaInP层以及GaInAs基电池膜层的两个电极。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层均采用双层台面结构，且所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层中每层台面结构裸露表面均设置一电极。4.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1）在GaAs衬底上倒置生长AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层，在InP衬底上生长GaInAs基电池膜层；2)将AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层底部的GaInNAs(Sb)裸露面键合至GaInAs基电池膜层的裸露表面；3)剥离GaAs衬底；4)制作电极，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乃明，郑新和，吴渊渊，甘兴源，王海啸，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：