专利名称：砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种砷化镓/锑化镓(GaAs/GaSb)机械迭层聚光太阳电池制作方法。
背景技术：
聚光太阳电池，可将光强集中几倍乃至上千倍，这不仅有助于提高转换效率，而且高的光强还可以提高电池的填充因子；同时廉价的聚光材料极大地提高了单位电池片产生的电量，大大降低了发电成本，提高了光伏发电在空间卫星电源系统、地面光伏发电系统方面的竞争力。据粗略估计，聚光太阳电池系统的成本比非聚光太阳电池系统可降低80％以上，因此，聚光太阳电池具有良好的应用前景。
多结太阳电池可分为机械级联太阳电池和整体级联太阳电池。其中整体级联太阳电池对材料的制备工艺要求很高，工艺难度也大大增加。因此，无形中提高了电池的系统成本，尤其对地面应用来说，太阳电池的系统平衡成本是一个十分关键的因素。与此相比，机械级联太阳电池在制备工艺上要求较低，可靠性能又高，因此成本可进一步降低，在地面光伏发电系统方面具有更好的竞争力。近几年来，美国的Spectrolab、TECSTAR、Varian、Spire等公司投巨资开展聚光太阳电池的研究工作，如降低系统平衡成本、优化电池结构和聚光系统的设计。但是，主要的难题是成本相应较高、对日跟踪机构非常复杂、空间散热非常困难。针对这一系列问题，本发明提供一种砷化镓/锑化镓(GaAs/GaSb)机械迭层聚光太阳电池制作方法，该机械迭层聚光太阳电池在继承传统聚光太阳电池的优点(高效、稳定、寿命长、抗辐照性能好)之外，顶电池采用半绝缘的砷化镓(SI-GaAs)为衬底，可使阳光透射率提高20％以上，极大程度的提高了聚光太阳电池的利用率；并且采用机械级联的方式，进一步降低了电池的成本，对降低地面光伏发电系统的成本具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种砷化镓/锑化镓(GaAs/GaSb)机械迭层聚光太阳电池制作方法。该机械迭层聚光太阳电池在继承以往聚光太阳电池高效、稳定、寿命长的基础上，采用半绝缘砷化镓衬底(SI-GaAs)，可使日光透射率提高20％以上。因此，该电池具有更高的太阳能利用率和更高的效率等特点，且在低倍聚光条件下，采用自然冷却，高倍(大于100倍)聚光下采用水冷或者风冷，从而大大降低了散热系统的投资，为光伏发电系统的平衡构件形成批量生产规模提供一种可行性技术。
本发明一种砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1顶电池以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；步骤2利用金属有机化合物气相沉积法、分子束外延和液相外延生长技术，生长太阳电池外延片；步骤3在顶电池的外延片的砷化镓层上面制作正电极；在外延片底层的重掺杂的n型砷化镓层制作顶电池的背电极；步骤4底电池以锑化镓单晶片为衬底；步骤5在底电池的外延片上面制作正电极，在衬底的下面制作背电极；步骤6顶电池与底电池采用机械级联的方式制成机械迭层太阳电池，然后进行封装；步骤7利用一支架在电池的正面安装聚光装置、对日跟踪装置，在电池的背面安装冷却装置，完成电池的制作。
其中电池外延片的结构是砷化镓/半绝缘砷化镓/锑化镓、镓铟磷/砷化镓/半绝缘砷化镓/锑化镓。
其中聚光装置采用反射式或折射式聚光镜。
其中反射式或折射式聚光镜的聚光倍数为2-1000倍。
其中所述的冷却装置是在低倍聚光条件小于100倍，电池采用自然冷却；在高倍聚光条件下大于100倍，电池采用风冷或水冷。
其中所述的对日跟踪装置是对于小于100倍的低倍聚光条件下要求进行一维跟踪，对于大于100倍的高倍聚光条件下进行二维跟踪。
实现发明所具有的有意义采用金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)成功的生长性能良好的半绝缘GaAs基单结或多结太阳电池和GaSb太阳电池，采用机械级联的方式形成机械迭层太阳电池，采取反射式或折射式聚光镜，同时为提高聚光效果，可进行二维跟踪或一维跟踪；该机械迭层聚光太阳电池在继承以往聚光太阳电池高效、稳定、寿命长的基础上，采用半绝缘砷化镓衬底(SI-GaAs)，可使日光透射率提高20％以上。因此，该电池具有更高的太阳能利用率和更高的效率等特点，且在低倍聚光条件下，采用自然冷却，高倍(大于100倍)聚光下采用水冷或者风冷，从而大大降低了散热系统的投资，为光伏发电系统的平衡构件形成批量生产规模提供一种可行性技术。
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是本发明砷化镓/锑化镓GaAs/GaSb机械迭层聚光太阳电池的结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明一种砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1顶电池10以半绝缘砷化镓单晶片11为衬底；半绝缘砷化镓衬底(SI-GaAs)较传统低阻砷化镓衬底来说，可使日光透射率提高20％以上，从而使电池具有更高的太阳能利用率和更高的效率。
步骤2利用金属有机化合物气相沉积法、分子束外延和液相外延生长技术，生长太阳电池外延片12，该电池外延片12的结构是砷化镓/半绝缘砷化镓/锑化镓、镓铟磷/砷化镓/半绝缘砷化镓/锑化镓；步骤3在顶电池的外延片12的砷化镓层122上面制作正电极13；在外延片12底层的重掺杂的n型砷化镓层121制作顶电池的背电极14；步骤4底电池20以锑化镓单晶片21为衬底；锑化镓的带隙宽度为0.72eV，与宽带隙材料GaAs构成迭层太阳电池，可以扩展对太阳光谱近红外波段的吸收和转换；步骤5在底电池20的外延片22上面制作正电极23，在衬底的下面制作背电极24；步骤6顶电池10与底电池20采用机械级联的方式制成机械迭层太阳电池，然后进行封装；机械级联太阳电池在制备工艺上要求较低，可靠性能又高，因此成本可进一步降低，在地面光伏发电系统方面具有更好的竞争力；步骤7利用一支架在电池的正面安装聚光装置30，该聚光装置30采用反射式或折射式聚光镜，该反射式或折射式聚光镜的聚光倍数为2-1000倍，对日跟踪装置(图未示)，其中所述的对日跟踪装置是对于小于100倍的低倍聚光条件下要求进行一维跟踪，对于大于100倍的高倍聚光条件下进行二维跟踪，在电池的背面安装冷却装置(图未示)，该所述的冷却装置是在低倍聚光条件小于100倍，电池采用自然冷却；在高倍聚光条件下大于100倍，电池采用风冷或水冷完成电池的制作。聚光装置和对日跟踪装置不仅极大的提高了太阳能利用率和电池的效率，而且在价格低廉的聚光装置和自然冷却方式在很大程度上降低了系统的成本，为光伏发电系统的平衡构件形成批量生产规模提供一种可行性技术。
实现发明的最好方式1.实现发明的主要设备
MOCVD、MBE或LPE设备；光学刻蚀设备；溅射系统；真空蒸发设备；器件封装设备。
2、按照生长工艺，并根据生长设备的个体情况进行适当调整，如衬底的晶向、导电类型、电阻率、源的纯度、III/V比率、反应源的流速等。
3、按照器件制作工艺，制作上、下电极，腐蚀台面、蒸镀减反射膜、机械级联、检验测试、对电池组件封装，设计安装聚光装置、对日跟踪装置，制成聚光砷化镓/锑化镓(GaAs/GaSb)迭层太阳电池。
实施例(1)顶电池以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；(2)利用金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)、分子束外延(MBE)和液相外延(LPE)生长技术，生长太阳电池外延片。外延生长的底层为重掺杂的n+-GaAs层；(3)在顶电池的外延片上制作正电极；在半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底上方的n+-GaAs层制作顶电池的背电极；(4)在底电池的外延片上制作正电极，在衬底的下面制作背电极；(5)顶电池与底电池采用机械级联的方式制成机械迭层太阳电池；(6)焊接、检测、组装、封装，封装后对太阳电池组件进行综合测试；(7)利用一支架在电池的正面安装聚光装置、对日跟踪装置，在电池的背面安装冷却装置，完成电池的制作；(8)聚光器可采取反射式或折射式聚光镜，聚光倍数为2-1000倍；(9)低倍聚光条件(小于100倍)下，电池背面的散热器可采用自然冷却；而在高倍聚光条件下(100倍以上)采用风冷或者水冷设备。
(10)对于低倍聚光(小于100倍)要求进行一维跟踪，对于高倍聚光(大于100倍)进行二维跟踪。
权利要求
1.一种砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1顶电池以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；步骤2利用金属有机化合物气相沉积法、分子束外延和液相外延生长技术，生长太阳电池外延片；步骤3在顶电池的外延片的砷化镓层上面制作正电极；在外延片底层的重掺杂的n型砷化镓层制作顶电池的背电极；步骤4底电池以锑化镓单晶片为衬底；步骤5在底电池的外延片上面制作正电极，在衬底的下面制作背电极；步骤6顶电池与底电池采用机械级联的方式制成机械迭层太阳电池，然后进行封装；步骤7利用一支架在电池的正面安装聚光装置、对日跟踪装置，在电池的背面安装冷却装置，完成电池的制作。
2.根据权利要求1所述的聚光太阳电池的制备方法，其特征在于，其中电池外延片的结构是砷化镓/半绝缘砷化镓/锑化镓、镓铟磷/砷化镓/半绝缘砷化镓/锑化镓。
3.根据权利要求1所述的聚光太阳电池的制备方法，其特征在于，其中聚光装置采用反射式或折射式聚光镜。
4.根据权利要求3所述的聚光太阳电池的制备方法，其特征在于，其中反射式或折射式聚光镜的聚光倍数为2-1000倍。
5.根据权利要求1所述的聚光太阳电池的制备方法，其特征在于，其中所述的冷却装置是在低倍聚光条件小于100倍，电池采用自然冷却；在高倍聚光条件下大于100倍，电池采用风冷或水冷。
6.根据权利要求1所述的聚光太阳电池的制备方法，其特征在于，其中所述的对日跟踪装置是对于小于100倍的低倍聚光条件下要求进行一维跟踪，对于大于100倍的高倍聚光条件下进行二维跟踪。
全文摘要
一种砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法，包括如下步骤顶电池以半绝缘砷化镓单晶片为衬底；利用金属有机化合物气相沉积法、分子束外延和液相外延生长技术，生长太阳电池外延片；在顶电池的外延片的砷化镓层上面制作正电极；在外延片底层的重掺杂的n型砷化镓层制作顶电池的背电极；底电池以锑化镓单晶片为衬底；在底电池的外延片上面制作正电极，在衬底的下面制作背电极；顶电池与底电池采用机械级联的方式制成机械迭层太阳电池，然后进行封装；利用一支架在电池的正面安装聚光装置、对日跟踪装置，在电池的背面安装冷却装置，完成电池的制作。
文档编号H01L31/18GK1905217SQ20051008493
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月25日 优先权日2005年7月25日
发明者陈诺夫, 白一鸣, 梁平, 王晓晖 申请人:中国科学院半导体研究所