一种双面用高效太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能光伏发电的技术领域，尤其是指一种双面用高效太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

以多种禁带宽度不同的半导体材料构成多结级联太阳能电池，按照材料的禁带宽度从宽到窄由上至下依次排列，可分别选择性吸收和转换不同波段的太阳光谱，大幅度提高太阳能电池的光电转换效率。gainp/gainas/ge三结太阳电池是砷化镓多结电池的主流结构，电池结构上整体保持晶格匹配，带隙结构为1.9/1.40/0.67ev，在am0光谱下转换效率可达到30％。然而，对于太阳光光谱，由于gainas子电池和ge子电池之间较大的带隙差距，这种三结电池的带隙组合并不是最佳的，这种结构下ge底电池吸收的太阳光谱能量比中电池和顶电池吸收的多出很多，因此ge电池的短路电流最大可接近中电池和顶电池的两倍，造成太阳光谱在红外波段的极大浪费，太阳光谱利用效率不高。

将传统三结太阳电池的ge底电池换成带隙接近1.0ev的底电池，形成带隙结构为1.90/1.4/1ev的三结太阳电池，其开路电压可达到3.05v。经理论研究与实验证明，在gaas材料中同时掺入少量的in和n形成ga1-xinxnyas1-y四元合金材料，当x:y＝2.8、0<y<0.06时，ga1-xinxnyas1-y材料晶格常数与gaas基本匹配，且带隙在0.8ev-1.4ev之间变化，而当0.02<y<0.03时，其带隙为1.0ev--1.1ev之间。因此，针对目前传统的gainp/gainas/ge三结电池结构，将ge底电池换成带隙接近1.0ev的gainnas底电池，并利用上下表面均接收光谱的结构大大提高gainnas底电池的短路电流密度，使gainp/gainas/gainnas三结电池的短路电流密度达到17.5ma/cm²，可大大提高电池转换效率至34％。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种双面用高效太阳能电池及其制备方法，可以使电池的带隙结构与太阳光谱更加匹配，提高gaas多结电池的整体开路电压，最终提高电池的光电转换效率。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案，如下：

一种双面用高效太阳能电池，包括有gaas衬底，所述gaas衬底为双面抛光的n型gaas单晶片，在所述gaas衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次设置有第一gaas缓冲层、gaas子电池和gainp子电池，在所述gaas衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次设置有第二gaas缓冲层和gainnas子电池，所述第一gaas缓冲层与gaas子电池之间通过第一隧道结连接，所述gaas子电池与gainp子电池之间通过第二隧道结连接；所述gainp子电池、gaas子电池、第一gaas缓冲层、第二gaas缓冲层及gainnas子电池所有材料层与gaas衬底保持晶格匹配；所述gainp子电池和gainnas子电池上均生长高掺杂浓度的n型gaas盖帽层作为欧姆接触层以及均进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作；所述gainnas子电池中gainnas材料的光学带隙为1ev；所述gainnas子电池从上至下依次包括有n型algaas窗口层、n型ga1-xinxnyas1-y层或n型gaas层、p型ga1-xinxnyas1-y层及p型algaas背场层，其中x:y＝2.8:1，0.02<y<0.03，ga1-xinxnyas1-y材料带隙为1.0ev。

所述gainp子电池中gainp材料的光学带隙为1.9ev。

所述gaas子电池中gaas材料的光学带隙为1.4ev。

所述双面用高效太阳能电池的制备方法，具体是：采用金属有机化学气相沉积技术(mocvd)或分子束外延生长技术(mbe)在gaas衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次生长第一gaas缓冲层、第一隧道结、gaas子电池、第二隧道结、gainp子电池和高掺杂浓度的n型gaas盖帽层，然后将gaas衬底翻转180°，在gaas衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次生长第二gaas缓冲层、gainnas子电池和高掺杂浓度的n型gaas盖帽层，得到gainp/gaas/gainnas三结电池，在gainp/gaas/gainnas三结电池上表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作，然后将gainp/gaas/gainnas三结电池翻转180°，在gainp/gaas/gainnas三结电池下表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作，即可完成双面用高效太阳能电池的制备；其中，所述gainnas子电池结构从上至下依次包括有n型algaas窗口层、n型ga1-xinxnyas1-y层或n型gaas层、p型ga1-xinxnyas1-y层及p型algaas背场层，x：y＝2.8：1，0.02<y<0.03，ga1-xinxnyas1-y材料带隙为1.0ev。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

利用gaas双面衬底，并结合gainnas材料的自身特点，在gaas衬底的上表面设置有gainp和gaas子电池，在其下表面设置带隙约1ev的gainnas子电池，最终得到带隙结构为1.9/1.4/1.0ev的gainp/gaas/gainnas三结电池，并在所述gainp/gaas/gainnas三结电池上下表面分别制备欧姆接触层、进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作。本发明不仅可以提高太阳电池对太阳光谱的利用率，还可以通过吸收利用背面入射光，从而提高多结太阳电池的光电转换效率；同时，可以减薄gainnas子电池基区厚度，节省原材料和时间成本，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明所述双面用高效太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例所提供的双面用高效太阳能电池，包括有gaas衬底，所述gaas衬底为双面抛光的n型gaas单晶片，在所述gaas衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次设置有第一gaas缓冲层、gaas子电池和gainp子电池，在所述gaas衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次设置有第二gaas缓冲层和gainnas子电池，所述第一gaas缓冲层与gaas子电池之间通过第一隧道结连接，所述gaas子电池与gainp子电池之间通过第二隧道结连接；所述gainp子电池、gaas子电池、第一gaas缓冲层、第二gaas缓冲层及gainnas子电池所有材料层与gaas衬底保持晶格匹配；所述gainp子电池和gainnas子电池上均生长高掺杂浓度的n型gaas盖帽层作为欧姆接触层以及均进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作；所述gainnas子电池中gainnas材料的光学带隙约为1ev；所述gainnas子电池从上至下依次包括有n型algaas窗口层、n型ga1-xinxnyas1-y层或n型gaas层、p型ga1-xinxnyas1-y层及p型algaas背场层，其中x:y＝2.8:1，0.02<y<0.03，ga1-xinxnyas1-y材料带隙约为1.0ev；所述gainp子电池中gainp材料的光学带隙约为1.9ev；所述gaas子电池中gaas材料的光学带隙约为1.4ev。

下面为本实施例上述双面用高效太阳能电池的具体制作方法，其具体过程如下：

以4英寸双面抛光的n型gaas单晶片为衬底，采用金属有机化学气相沉积技术(mocvd)或分子束外延生长技术(mbe)在gaas衬底的上表面按照层状叠加结构由下至上依次生长第一gaas缓冲层、第一隧道结、gaas子电池、第二隧道结、gainp子电池和高掺杂浓度的n型gaas盖帽层，然后将gaas衬底翻转180°，在gaas衬底的下表面按照层状叠加结构由上至下依次生长第二gaas缓冲层、gainnas子电池和高掺杂浓度的n型gaas盖帽层，得到gainp/gaas/gainnas三结电池，在gainp/gaas/gainnas三结电池上表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作，然后将gainp/gaas/gainnas三结电池翻转180°，在gainp/gaas/gainnas三结电池下表面进行光刻、沉积减反射膜、制备电极及后续电池芯片制作，即可完成双面用高效太阳能电池的制备；其中，所述gainnas子电池结构从上至下依次包括有n型algaas窗口层、n型ga1-xinxnyas1-y层或n型gaas层、p型ga1-xinxnyas1-y层及p型algaas背场层，x：y＝2.8：1，0.02<y<0.03，ga1-xinxnyas1-y材料带隙约为1.0ev。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。