含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池的制作方法

本发明涉及一种太阳电池。具体地，是一种含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池。

背景技术：

多结太阳电池通过多层禁带宽度不同的半导体吸收材料，实现了宽光谱范围内太阳光子能量的充分收集与高效利用，从而获得了高的光电转换效率。新一代的高效多结太阳电池，通过级联多个多种不同禁带宽度的半导体材料制成的子电池，实现了光子能量的高效利用，但由于各子电池呈串联关系，对太阳光子的充分收集存在一定的难度。

每个子电池都具有窗口层、发射区、基区和背场层等基本结构。传统电池结构中，为了实现载流子高效分离，避免界面符合导致性能衰降，要求窗口层材料禁带宽度远大于电池主体(发射区与基区)禁带宽度，同时还应尽量不吸光，避免光子损失，因此Al_0.5In_0.5P材料成为较好的选择。但Al_0.5In_0.5P光学折射率与多结电池的中禁带Al_xGa_1-xAs材料(x＝0.20～0.37)有着较大的差异，入射的太阳光在穿透前级子电池后，将在中禁带子电池的窗口层/发射区界面上发生剧烈的发射现象，显著减小了入射光子数量，从而影响了电池性能。由于多结电池结构复杂，较难通过电池减反射膜层实现入射光子的补偿。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多结太阳电池，使用低光学折射率差窗口层与发射区的组合来降低入射光在中禁带子电池窗口层/发射区界面处的反射。

为了达到上述目的，本发明提供了一种含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，该多结太阳电池由若干个宽禁带、中禁带、窄禁带子电池级联组成，每个子电池都具有窗口层、发射区、基区和背场层，所述的发射区采用n型子电池主体材料，窗口层采用n型材料，该窗口层材料禁带宽度大于发射区电池主体材料，该窗口层材料与发射区电池主体材料禁带宽度差不小于0.50eV，500-900nm波长范围内光学折射率差不高于0.25。

上述的含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，其中，所述的宽禁带子电池禁带宽度1.90-2.20eV，所述的中禁带子电池禁带宽度1.35-1.75eV，所述的窄禁带子电池禁带宽度0.60-1.20eV。

上述的含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，其中，所述的发射区采用Si掺杂的n型的电池主体材料，厚度为40-100nm，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3。

上述的含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，其中，所述的电池主体材料采用Al_xGa_1-xAs材料，其中，x＝0.20～0.37。

上述的含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，其中，所述的窗口层材料的禁带宽度大于电池主体材料，该窗口层材料的光学折射率与电池主体材料相近。

上述的含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，其中，所述的窗口层采用Si掺杂的Al_xGa_1-xAs，其中，x＝0.40～0.70。

上述的含有低光学折射率差的窗口层与发射区的多结太阳电池，其中，所述的窗口层厚度为10-50nm，掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3。

本发明提供含有低光学折射率差窗口层与发射区组合的多结太阳电池，通过使用低光学折射率差窗口层与发射区组合，降低入射太阳光在各子电池窗口层的反射，提升各子电池的电流密度，从而显著改善多结太阳电池的性能。

附图说明

图1为本发明的一种多结电池结构示意图。

图2为本发明的含有低光学折射率差窗口层与发射区组合的多结太阳电池的优选实施例的电池结构示意图。

图3为本发明的含有低光学折射率差窗口层与发射区组合的多结太阳电池的优选实施例与传统多结电池的量子效率谱与反射谱对比。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，为本发明提供的一种含有低光学折射率差窗口层与发射区组合的多结太阳电池，该多结太阳电池以不同禁带宽度III-V族半导体材料为主，由多个宽禁带、中禁带、窄禁带子电池(10、20、30)级联组成。多结太阳电池的中禁带子电池的发射区50采用n型掺杂的子电池主体材料，其厚度为40-100nm，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3；窗口层40采用n型材料，该材料禁带宽度大于电池主体材料，其光学折射率略高于电池主体材料，其厚度为10-50nm，掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3。

以GaInP/GaAs双结电池(具有一个宽禁带子电池和一个中禁带子电池)为例，电池结构如图2所示，双结电池中禁带GaAs子电池的窗口层1采用n型Si掺杂的Al_0.45Ga_0.55As材料取代传统AlInP材料，窗口层厚度30nm，掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3，GaAs子电池的发射区2、基区3及背场层4均使用传统厚度与掺杂浓度。该双结电池采用低气压金属有机物气相沉积(MOCVD)设备在n型GaAs衬底5上生长。制得电池的量子效率与反射谱如图3所示。通过对采用传统AlInP窗口层电池(以“△”标记)与低光学折射率差Al_0.45Ga_0.55As窗口层电池(以“○”标记)的对比可以看出，窗口层材料的改变并未影响GaAs子电池的量子响应特性(图中虚线所示)，从600nm到950nm光谱范围内电池表面反射率显著降低，因而双结电池短路电流密度明显提升，电池效率得到改善。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。