一种太阳能电池的制作方法

本申请涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，是一种最有效的清洁能源形式。iii-v族化合物半导体太阳能电池在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强等优点，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，其中gainp/ingaas/ge晶格匹配结构的三结电池已在航天领域得到广泛应用。

gainp/ingaas/ge晶格匹配结构的三结电池中，gainp顶电池的背场层一般选用zn掺杂的algainp，algainp具有比gainp更高的带隙，从而可以有效地发挥光生载流子的反射作用，提高载流子收集效率。但在实际中，选用zn掺杂的algainp为gainp顶电池的背场层往往导致整个太阳能电池的转换效率有较大的损失。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种太阳能电池，以提高太阳能电池的转换效率。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种太阳能电池，包括：

底电池；

位于所述底电池第一侧的第一隧穿结层；

位于所述第一隧穿结层背离所述底电池一侧的背反射层；

位于所述背反射层背离所述第一隧穿结层一侧的中电池；

位于所述中电池背离所述底电池一侧的第二隧穿结层；

位于所述第二隧穿结层背离所述中电池一侧的顶电池，所述顶电池包括顶电池背场层、顶电池基区、顶电池发射区和顶电池窗口层；

其中，所述顶电池背场层包括层叠的第一背场层和第二背场层，所述第一背场层和所述第二背场层的带隙高于所述顶电池基区的带隙，所述第二背场层的p型掺杂浓度大于所述第一背场层和所述顶电池基区的p型掺杂浓度。

可选的，所述第一背场层为algaas层。

可选的，所述第一背场层为c掺杂的algaas层。

可选的，所述第一背场层的厚度取值范围为10nm～50nm，包括端点值。

可选的，所述第一背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比例取值范围为0.3～0.8，包括端点值；所述第一背场层中的p型掺杂浓度取值范围为1e18～5e19，包括端点值。

可选的，所述第二背场层为algainp层。

可选的，所述第二背场层为zn掺杂的algainp层。

可选的，所述第二背场层的厚度取值范围为10nm～50nm，包括端点值。

可选的，所述第二背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比例取值范围为0.2～0.7，包括端点值。

可选的，所述第二背场层中的p型掺杂浓度取值范围为1e17～1e18，包括端点值。

本申请实施例所提供的太阳能电池中，所述顶电池包括顶电池背场层、顶电池基区、顶电池发射区和顶电池窗口层，其中，所述顶电池背场层包括层叠的第一背场层和第二背场层，所述第一背场层和所述第二背场层的带隙高于所述顶电池基区的带隙，以有效地发挥光生载流子的反射作用，使得所述光生载流子向所述顶电池发射区传输，提高对光生载流子的收集效率。

而且，所述第二背场层位于所述第一背场层和所述顶电池基区之间，且所述第二背场层的p型掺杂浓度大于所述第一背场层和所述顶电池基区的p型掺杂浓度，从而利用所述第二背场层的高掺杂浓度有效降低所述顶电池的电阻率，同时有利于聚光应用，此外，所述第一背场层和所述第二背场层之间的浓度差可以形成利于光生载流子收集的漂移场，从而提高少数载流子(即电子)的寿命(即电子的扩散长度)，进而提高了电池的jsc(即短路电流密度)，最终提高整个太阳能电池的转换效率。

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为本申请一个实施例提供的太阳能电池结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的底电池结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的第一隧穿结层结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的背反射层结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的中电池结构示意图；

图6为本申请另一个实施例提供的中电池结构示意图；

图7为本申请一个实施例提供的第二隧穿结层结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，选用zn掺杂的algainp作为gainp顶电池的背场层往往导致整个太阳能电池的转换效率有较大的损失。

发明人研究发现，在选用zn掺杂的algainp作为gainp顶电池的背场层时，algainp层中al组分越高，algainp层的带隙越高，zn的掺杂效率越低，导致所述顶电池的电阻率变高，尤其对于太阳能电池具有较高电流密度的聚光应用，所述顶电池具有较高的电阻率会使得所述太阳能电池的转换效率有较大的损失。

而且，采用algainp作为gainp顶电池的背场层时，gainp/algainp异质结的带隙偏移主要落在价带上，将对多数载流子(即空穴)形成势垒，阻碍所述多数载流子(即空穴)的传输，影响器件性能。

基于上述研究的基础上，本申请实施例提供了一种太阳能电池。下面结合附图对本申请实施例所提供的太阳能电池进行描述。

参考图1，本申请实施例所提供的太阳能电池包括：

底电池1；

位于所述底电池1第一侧的第一隧穿结层2；

位于所述第一隧穿结层2背离所述底电池1一侧的背反射层3；

位于所述背反射层3背离所述第一隧穿结层2一侧的中电池4；

位于所述中电池4背离所述底电池1一侧的第二隧穿结层5；

位于所述第二隧穿结层5背离所述中电池4一侧的顶电池6，所述顶电池6包括顶电池背场层61、顶电池基区62、顶电池发射区63和顶电池窗口层64；

其中，所述顶电池背场层61包括层叠的第一背场层611和第二背场层612，所述第一背场层611和所述第二背场层612的带隙高于所述顶电池基区62的带隙，所述第二背场层612的p型掺杂浓度大于所述第一背场层611和所述顶电池基区62的p型掺杂浓度。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述太阳能电池的制备工艺为mocvd，即采用mocvd工艺，由下至上依次制备所述底电池、所述第一隧穿结层、所述背反射层、所述中电池、所述第二隧穿结层和所述顶电池，以形成所述太阳能电池，在本申请其他实施例中，所述太阳能电池的制备工艺也可以采用分子束外延(mbe)工艺，制备该太阳能电池，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在本申请实施例所提供的太阳能电池中，所述第一背场层和所述第二背场层的带隙高于所述顶电池基区的带隙，以有效地发挥光生载流子的反射作用，使得光生载流子向所述顶电池发射区传输，提高对光生载流子的收集效率；而且，所述第二背场层位于所述第一背场层和所述顶电池基区之间，且所述第二背场层的p型掺杂浓度大于所述第一背场层和所述顶电池基区的p型掺杂浓度，从而可以利用所述第二背场层的高掺杂浓度有效降低所述顶电池的电阻率，同时有利于聚光应用，此外，所述第一背场层和所述第二背场层之间的浓度差可以形成利于光生载流子收集的漂移场，从而提高少数载流子(即电子)的寿命，进而提高了电池的jsc(即短路电流密度)，最终提高整个太阳能电池的转换效率。

参考图2，在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述底电池1包括：

锗基板11；

位于所述锗基板11第一侧表面的底电池发射区12，可选的，在所述锗基板第一侧表面采用磷扩散方法形成n型发射区，作为底电池发射区；

位于所述底电池发射区12背离所述锗基板11一侧的成核层，作为底电池窗口层13。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述锗基板为p型基板，所述底电池发射区为n型发射区，从而利用所述锗基板和所述底电池发射区组成所述底电池的pn结，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述底电池窗口层为与锗基板晶格匹配的gainp层或algainp层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

参考图3，在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一隧穿结层2包括：

位于所述底电池1第一侧的第一子隧穿结层21；

位于所述第一子隧穿结层21背离所述底电池1一侧的第二子隧穿结层22。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一子隧穿结层为n型gaas层，在本申请的另一个实施例中，所述第一子隧穿结层为n型gainp层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二子隧穿结层为p型gaas层或p型algaas层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，在本申请一个实施例中，所述第一子隧穿结层为si掺杂的n型半导体层，所述第二子隧穿结层为c掺杂的p型半导体层，以使得所述第一子隧穿结层和所述第二子隧穿结层组成pn结，从而使得所述中电池的电流向所述底电池传输，且阻止所述底电池的电流向所述中电池传输。

参考图4，在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述背反射层3包括：

位于所述第一隧穿结层2背离所述底电池1一侧的多个第一背反射层31和多个第二背反射层32；其中，所述多个第一背反射层31和所述多个第二背反射层32交替排布，且所述第一背反射层中的al组分小于所述第二背反射层中的al组分，所述第一背反射层和所述第二背反射层中的al组分的取值范围为0～1，包括端点值。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一背反射层为alxgaas层，所述第二背反射层也为alygaas层，其中，0≦x<y≦1，以使得所述背反射层为dbr(分布布拉格反射)结构，可选的，所述第一背反射层和所述第二背反射层的厚度为所述dbr反射结构对应的中心反射波长的1/4，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请一个实施例中，所述背反射层包括交替排布的3～30个周期的第一背反射层和第二背反射层，即所述背反射层中所述第一背反射层和所述第二背反射层的数量取值范围为3～30，包括端点值，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述背反射层不仅能够使太阳能电池吸收大部分的入射光，避免过多入射光反射或散射，造成光线的损失，提高少子的收集效率，还能够使到达中电池底部的光充分反射回中电池内部进行再次吸收，提升中电池对入射太阳光的捕捉效率，提高太阳能电池的光线利用率。

参考图5，在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述中电池4包括：

位于所述背反射层3背离所述第一隧穿结层2一侧的中电池背场层41；

位于所述中电池背场层41背离所述背反射层3一侧的中电池基区42；

位于所述中电池基区42背离所述中电池背场层41一侧的中电池发射区43；

位于所述中电池发射区43背离所述中电池基区42一侧的中电池窗口层44。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述中电池背场层为zn掺杂的gainp层，在本申请的另一个实施例中，所述中电池背场层也可以为zn掺杂的algaas层，但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述中电池背场层还可以为其他结构，具体视情况而定。

可选的，参考图6，在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述中电池背场层41包括：

位于所述背反射层3背离所述第一隧穿结层2一侧的第三背场层411；

位于所述第三背场层411背离所述背反射层3一侧的第四背场层412；

其中，所述第三背场层和所述第四背场层的带隙高于所述中电池基区的带隙，所述第四背场层的p型掺杂浓度大于所述第三背场层和所述中电池基区的p型掺杂浓度。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第三背场层为c掺杂的algaas层，所述第四背场层为zn掺杂的algainp层或zn掺杂的gainp层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在本申请实施例中，所述中电池背场层包括所述第三背场层和所述第四背场层，其中，所述第三背场层和所述第四背场层的带隙高于所述中电池基区的带隙，从而可以有效地发挥光生载流子的反射作用，使得所述光生载流子向所述中电池发射区传输，提高对光生载流子的收集效率，而且，所述第四背场层位于所述第三背场层和所述中电池基区之间，且所述第四背场层的p型掺杂浓度大于所述第三背场层和所述中电池基区的p型掺杂浓度，从而可以利用所述第四背场层的高掺杂浓度有效降低所述中电池的电阻率，同时有利于聚光应用，此外，所述第三背场层和所述第四背场层之间的浓度差可以形成利于光生载流子收集的漂移场，从而提高少数载流子(即电子)的寿命(即电子的扩散长度)，进而提高所述中电池的jsc(即短路电流密度)，从而提高所述中电池的转换效率。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述中电池基区的为p型ingaas层，所述中电池发射区为n型ingaas层，以使得所述中电池基区和所述中电池反射区形成pn结，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述中电池窗口层为algainp层，在本申请另一个实施例中，所述中电池窗口层也可以为alinp层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

参考图7，在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二隧穿结层5包括：

位于所述中电池4背离所述底电池1一侧的第三子隧穿结层51；

位于所述第三子隧穿结层51背离所述中电池4一侧的第四子隧穿结层52。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第三子隧穿结层为n型gaas层，在本申请的另一个实施例中，所述第三子隧穿结层为n型gainp层，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第四子隧穿结层为p型gaas层或p型algaas层，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，在本申请一个实施例中，所述第三子隧穿结层为si掺杂的n型半导体层，所述第四子隧穿结层为c掺杂的p型半导体层，以使得所述第三子隧穿结层和所述第四子隧穿结层组成pn结，从而使得所述顶电池的电流向所述中电池传输，且阻止所述中电池的电流向所述顶电池传输。

继续参考图1，在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述顶电池包括：

位于所述第二隧穿结层5背离所述中电池4一侧的顶电池背场层61；

位于所述顶电池背场层61背离所述第二隧穿结层5一侧的顶电池基区62；

位于所述顶电池基区62背离所述顶电池背场层61一侧的顶电池发射区63；

位于所述顶电池发射区63背离所述顶电池基区62一侧的顶电池窗口层64。

具体的，在本申请的一个实施例中，位于所述第二隧穿结层5背离所述中电池4一侧的顶电池背场层61包括：

位于所述第二隧穿结层5背离所述中电池4一侧的第一背场层611；

位于所述第一背场层611背离所述第二隧穿结层5一侧的第二背场层612。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一背场层为algaas层，可选的，所述第一背场层为c掺杂的algaas层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一背场层的厚度取值范围为10nm～50nm，包括端点值，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比例取值范围为0.3～0.8，包括端点值；所述第一背场层中的p型掺杂浓度取值范围为1e18～5e19，包括端点值，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二背场层为algainp层；可选的，所述第二背场层为zn掺杂的algainp层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二背场层的厚度取值范围为10nm～50nm，包括端点值，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比例取值范围为0.2～0.7，包括端点值，以通过适当降低所述第二背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比，使得所述第二背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比小于第一背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比，从而减小所述第二背场层落在价带的带隙偏移，减弱所述顶电池背场层对多数载流子(即空穴)的势垒阻挡作用，此外，在本申请实施例中，所述第一背场层和所述第二背场层的带隙偏移主要落在导带上，还可以增强少数载流子(即电子)的势垒阻挡作用。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二背场层中的p型掺杂浓度取值范围为1e17～1e18，包括端点值，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，如果所述顶电池背场层单纯采用algaas层作为gainp顶电池的背场层，gainp层和algaas层异质结界面的复合速率比gainp层和algainp层异质结界面的复合速率高，会影响器件性能。而本申请实施例所提供的太阳能电池中，所述顶电池背场层采用algainp层和algaas层层叠的双背场层结构，靠近基区处设置为zn掺杂的algainp层，远离基区处设置为c掺杂的algaas层，避免了采用algaas层作为gainp顶电池的背场层时，gainp层和algaas层异质结界面复合速率高的问题。

而且，所述顶电池背场层中，与gainp基区邻近的algainp背场层可以适当降低al组分和al+ga组分的比，即所述第二背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比小于所述第一背场层中al组分与al组分和ga组分之和的比，以减小所述顶电池背场层落在价带的带隙偏移，减弱所述顶电池背场层对多数载流子空穴的势垒阻挡作用。同时由于所述顶电池背场层中，algainp层和algaas层的带隙偏移主要落在导带上，因此，所述顶电池背场层可以增强对少数载流子电子的势垒阻挡作用。

另外，在本申请实施例中，所述第二背场层的p型掺杂浓度大于所述第一背场层和所述顶电池基区的p型掺杂浓度，从而可以利用所述第二背场层的高掺杂浓度有效降低所述顶电池的电阻率，同时有利于聚光应用，此外，所述第一背场层和所述第二背场层之间的浓度差可以形成利于光生载流子收集的漂移场，可提高少数载流子(即电子)的寿命，进而提高了电池的jsc(即短路电流密度)，最终提高整个太阳能电池的转换效率。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述顶电池基区为p型gainp层，在本申请的另一个实施例中，所述顶电池基区还可以为p型algainp层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述顶电池发射区为n型gainp层，在本申请的另一个实施例中，所述顶电池发射区还可以为n型algainp层，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

继续参考图1，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述太阳能电池还包括：

位于所述顶电池6背离所述中电池4一侧的欧姆接触层7。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述欧姆接触层为n型gaas层，在本申请的另一个实施例中，所述欧姆接触层还可以为n型ingaas层，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

综上所述，本申请实施例所提供的太阳能电池中，所述顶电池包括顶电池背场层、顶电池基区、顶电池发射区和顶电池窗口层，其中，所述顶电池背场层包括层叠的第一背场层和第二背场层，所述第一背场层和所述第二背场层的带隙高于所述顶电池基区的带隙，以有效地发挥所述顶电池背场层对光生载流子的反射作用，使得所述光生载流子向所述顶电池发射区传输，提高对光生载流子的收集效率；而且，所述第二背场层的p型掺杂浓度大于所述第一背场层和所述顶电池基区的p型掺杂浓度，从而可以利用所述第二背场层的高掺杂浓度有效降低所述顶电池的电阻率，同时有利于聚光应用，此外，所述第一背场层和所述第二背场层之间的浓度差可以形成利于光生载流子收集的漂移场，可提高少数载流子(即电子)的寿命(即电子的扩散长度)，进而提高了电池的jsc(即短路电流密度)，最终提高整个太阳能电池的转换效率。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。