一种太阳能电池结构的制作方法

本申请涉及太阳能电池结构技术领域，特别是涉及一种太阳能电池结构及其制作方法。

背景技术：

太阳能在使用过程中不会产生任何废水、废渣等物质，不会对环境造成二次污染，是一种绿色环保、无污染的可再生能源。在世界范围内能源供应紧张的状况下，充分利用太阳能，既可以缓解能源短缺这一状况，又符合绿色生活、低碳生活的理念。太阳能电池可以利用光生伏特效应将太阳能直接转换成电能，从而使得近年来太阳能电池行业快速发展。

但是，现有的太阳能电池太阳能的利用率低，导致太阳能电池的光电转换效率较低。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种太阳能电池结构及其制作方法，以提高太阳能电池结构光电转换效率。

为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：

一种太阳能电池结构，包括：

衬底结构；

位于所述衬底结构第一侧的太阳能电池外延结构；

位于所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的透明聚光结构；

位于所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧，与所述太阳能电池外延结构电连接的电极结构。

可选的，所述透明聚光结构包括至少一个聚光体，所述聚光体的形状为半椭圆状。

可选的，所述透明聚光结构包括多个聚光体，所述多个聚光体呈阵列排布。

可选的，所述聚光体的材料为透明导电材料。

可选的，所述聚光体的高度取值范围为0.5微米-5微米，包括端点值。

可选的，所述聚光体与所述太阳能电池外延结构的接触面的直径取值范围为10微米-50微米，包括端点值。

可选的，所述透明聚光结构的折射率取值范围为1.2-2.7，包括端点值。

本申请还提供一种太阳能电池结构的制作方法，包括：

在衬底结构上制备太阳能电池外延结构；

在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成电极结构，所述电极结构与所述太阳能电池外延结构的第二侧电连接，所述第二侧为背离所述衬底结构的一侧；

在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构，所述透明聚光结构的位置与所述电极结构的位置不重叠。

可选的，所述在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构包括：

利用透明材料，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成至少一个聚光体，以形成透明聚光结构。

可选的，所述在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构包括：

利用透明导电材料，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成多个聚光体，以形成透明聚光结构。

本申请所提供的太阳能电池结构，除包括太阳能电池外延结构、衬底结构、电极结构外，还包括位于所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的透明聚光结构，从而可以利用所述透明聚光结构聚集太阳能电池结构所在平面和所述透明聚光结构侧壁入射的太阳光线，将聚集后的光线传输至太阳能电池外延结构背离所述衬底结构的一侧，增加所述太阳能电池外延结构吸收光线的面积，提高所述太阳能电池外延结构的光线吸收量，从而提高所述太阳能电池外延结构的光电转换效率。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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为本申请所提供的太阳能电池结构的一种结构示意图；

图2为本申请所提供的太阳能电池结构中聚光结构聚集太阳光的示意图；

图3为本申请所提供的太阳能电池结构的另一种结构示意图；

图4为本申请所提供的太阳能电池结构的制作方法的一种流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。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实用新型，但是本实用新型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，现有的太阳能电池太阳能的利用率低，导致太阳能电池的光电转换效率较低。

有鉴于此，本申请提供了一种太阳能电池结构，请参考图1，图1为本申请所提供的太阳能电池结构的一种结构示意图，该太阳能电池结构包括：

衬底结构1，所述衬底结构1的材料可以选择锗，即所述衬底结构为锗衬底，也可以选择砷化镓，即所述衬底结构为砷化镓衬底，还可以为其他材料，本申请对此并不做限定，具体视情况而定；

位于所述衬底结构1第一侧的太阳能电池外延结构2；

位于所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的透明聚光结构3；

位于所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧，与所述太阳能电池外延结构2电连接的电极结构4。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述太阳能电池外延结构2包括N型半导体层、P型半导体层以及位于N型半导体层和P型半导体层之间的发光层。但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述太阳能电池外延结构2还可以包括其他结构，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构3包括至少一个聚光体，即在本申请实施例中，所述透明聚光结构可以只包括一个聚光体，也可以包括多个聚光体，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，所述聚光体的数量越多，所述太阳能电池结构增加的光照面积越大，接收的光线量越多，光电转换效率越高。

请参考图2，图2为本申请所提供的太阳能电池结构中聚光体聚集太阳光的示意图。从图2中可以看出，所述聚光体不仅可以聚集从所述太阳能电池外延结构正上方射向所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧表面的光线，还可以聚集射向所述聚光体侧面的光线，将射向所述聚光体侧面的光线聚集到所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的光线，增加所述太阳能电池外延结构接收的光线量。

由此可见，在本申请实施例中，所述透明聚光结构3设置的目的是聚集射向所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的表面的光线和所述透明聚光结构3侧壁入射的太阳光线，将光线聚集，并将聚集后的光线传输至所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的表面，增加所述太阳能电池外延结构2吸收光线的面积，提高所述太阳能电池外延结构2的光线接收量，从而提高所述太阳能电池外延结构2的光线利用率，进而提高所述太阳能电池结构的光电转换效率。

需要说明的是，本实施例中并不对所述透明聚光结构3的材料进行具体限定，只要保证所述透明聚光结构的材料为透明材料，以使得射向所述透明聚光结构侧面的光线可以透过所述透明聚光结构，不被所述透明聚光结构吸收即可。

还需要说明的是，本实施例中也不对所述透明聚光结构3的折射率进行具体限定，可以视情况而定，只要所述透明聚光结构3的折射率大于空气的折射率，能够起到聚集光线并将聚集的光线传输至所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的表面即可。

可选的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构3的折射率取值范围为1.2-2.7，包括端点值，以避免所述透明聚光结构3折射率太小，聚光效果不好，使传输至所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的表面光线量较少，从而使太阳能电池结构光电转换效率提升有限，同时避免所述透明聚光结构3折射率太大，导致所述聚光结构与空气的折射率差异太大，造成射向所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的表面的光线和所述透明聚光结构3侧壁入射的太阳光线反弹，影响光线聚集效果，从而使太阳能电池结构光电转换效率提升有限，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，在本申请的一个实施例中，电极结构4包括第一电极和第二电极，在本申请的一个实施例中，第一电极为N型电极，第二电极为P型电极，在本申请的另一个实施例中，所述第一电极为P型电极，所述第二电极为N型电极。本申请对此并不做限定，具体视情况而定，只要保证所述N型电极与N型半导体层连接，P型电极与P型半导体层连接即可。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述电极结构4的材料为金属，即所述第一电极为金属电极，所述第二电极为金属电极，但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述电极结构4的材料还可以为其他导电材料，优选为导电性号，电阻率低的材料，具体视情况而定。

本申请所提供的太阳能电池结构，除包括太阳能电池外延结构2、衬底结构1、电极结构4外，还包括位于所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的透明聚光结构3，从而可以利用所述透明聚光结构3聚集太阳能电池结构所在平面和所述透明聚光结构3侧壁入射的太阳光线，将聚集后的光线传输至太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1的一侧，增加所述太阳能电池外延结构2吸收光线的面积，提高所述太阳能电池外延结构2的光线吸收量，从而提高所述太阳能电池外延结构2的光电转换效率。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构3中所述聚光体的形状为半椭圆状，从所述聚光体的顶点到所述聚光体与所述太阳能电池外延结构2的接触面的边缘构成的面为曲面，提高所述聚光体的聚光效果，增加从所述聚光体侧壁射入的光线量，所述聚光体将聚集的光线传输至所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1的一侧，进一步增加所述太阳能电池外延结构2吸收的光线量，从而提高太阳能电池结构的光电转换效率。但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述聚光体还可以为凸台形状或锥形等其他形状，只要保证所述聚光体可以将射向所述聚光体侧面的光线传输至所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1的一侧表面即可。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构3包括多个聚光体，可选的，所述多个聚光体呈阵列排布。

具体的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，多个聚光体均匀分布在所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1的一侧，由于每个聚光体聚集的射向所述太阳能电池外延结构2背离所述衬底结构1一侧的表面的光线量和从所述聚光体侧壁入射的太阳光线量基本相等，从而使得传输至所述太阳能电池外延结构2各处的太阳光线量基本相等，使太阳能电池结构各处的光电转换效率基本相等，提高所述太阳能电池结构各处光电转换效率的均匀性。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述聚光体的材料仅为透明材料。在本申请的另一个实施例中，所述聚光体的材料不仅为透明材料，还为导电材料，即所述聚光体的材料为透明导电材料，以使得所述聚光体与所述外延结构和所述电极结构电连接，提高所述电极结构与所述外延结构的电接触性能。但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述透明导电材料可以为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化三钛(Ti3O5)、五氧化二钽(Ta2O5)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)中至少一种材料。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，在本申请的一个实施例中，所述聚光体的高度取值范围为0.5微米-5微米，包括端点值，即所述聚光体沿垂直于所述太阳能电池外延结构表面方向上的尺寸的取值范围为0.5微米-5微米，包括端点值，以避免所述聚光体的高度太低，所述聚光体侧面的面积小，聚集的从侧壁射入的光线数量有限，从而使射入所述太阳能电池外延结构2光线数量有限，对所述太阳能电池结构的光电转换效率提高较小，同时避免所述聚光结构的高度太高，使太阳能电池结构整体厚度太大，影响太阳能电池结构的使用。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述聚光体与所述太阳能电池外延结构2的接触面的直径取值范围为10微米-50微米，包括端点值，以避免所述聚光体的体积太大，影响所述太阳能电池结构中聚光体的数量，从而影响所述太阳能电池结构的光电转换效率的提升，同时避免所述聚光体的体积太小，增加工艺难度，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，在本申请的一个实施例中，如图3所示，所述太阳能电池结构还包括：位于所述衬底结构1背离所述太阳能电池外延结构2一侧的封装基板5，以利用所述封装基板对所述太阳能电池结构的其他结构进行封装，对所述太阳能电池结构进行保护，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

此外，本申请还提供了一种太阳能电池结构的制作方法，请参考图4，图3为本申请所提供的太阳能电池结构的制作方法的一种流程图，该方法包括：

步骤S101：在衬底结构上制备太阳能电池外延结构。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述太阳能电池外延结构包括层叠的第一半导体层、发光层和第二半导体层，具体的，在本实施例的一种实现方式中，在衬底结构上制备太阳能电池外延结构包括：在衬底结构上形成第一半导体层，在第一半导体层背离所述衬底结构一侧形成发光层，在发光层背离所述第一半导体层的一侧形成第二半导体层。在本申请的其他实施例中，所述太阳能电池外延结构还可以包括其他结构，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，在本申请的一个实施例中，所述第一半导体层为N型半导体层，所述第二半导体层为P型半导体层；在本申请的另一个实施例中，所述第一半导体层为P型半导体层，所述第二半导体层为N型半导体层，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，在本申请的一个实施例中，所述衬底结构的材料可以选择锗，即所述衬底结构为锗衬底，也可以选择砷化镓，即所述衬底结构为砷化镓衬底，还可以为其他材料，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

步骤S102：在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成电极结构，所述电极结构与所述太阳能电池外延结构的第二侧电连接，所述第二侧为背离所述衬底结构的一侧。

在本申请的一个实施例中，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成电极结构时，电极结构包括第一电极和第二电极，可以将第一电极设置为N型电极，第二电极设置为P型电极，当然还可以将第一电极设置为P型电极，第二电极设置为N型电极，本申请对此并不做具体限定，具体视情况而定，只要保证N型电极与太阳能电池外延结构的N型半导体层电连接，P型电极与太阳能电池外延结构的P型半导体层电连接即可。

可选的，在本申请的一个实施例中，可以将所述电极结构设置为金属电极，即将所述第一电极设置为金属电极，将所述第二电极也设置为金属电极，但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，还可以将所述第一电极和所述第二电极设置为其他导电材料，优选为导电性好，电阻率低的材料，具体视情况而定。

步骤S103：在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构，所述透明聚光结构的位置与所述电极结构的位置不重叠。

本实施例中，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构，可以聚集射向所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的表面的光线和所述透明聚光结构侧壁入射的太阳光线，并将聚集后的光线传输至所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的表面，使所述太阳能电池外延结构吸收光线的面积增加，提高所述太阳能电池外延结构的光线接收量，从而使所述太阳能电池外延结构的光线利用率提高。

在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构包括至少一个聚光体，即在本申请实施例中，所述透明聚光结构可以只包括一个聚光体，也可以包括多个聚光体，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，所述聚光体的数量越多，所述太阳能电池结构增加的光照面积越大，接收的光线量越多，光电转换效率越高。

可选的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构的折射率取值范围为1.2-2.7，包括端点值，以避免所述透明聚光结构折射率太小，聚光效果不好，使传输至所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的表面光线量较少，从而使太阳能电池结构光电转换效率提升有限，同时避免所述透明聚光结构折射率太大，导致所述聚光结构与空气的折射率差异太大，造成射向所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构1一侧的表面的光线和所述透明聚光结构侧壁入射的太阳光线反弹，影响光线聚集效果，从而使太阳能电池结构光电转换效率提升有限，但本申请对此并不做限定，只要保证所述透明聚光结构的折射率大于空气的折射率，可以起到聚光作用即可。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构中所述聚光体的形状为半椭圆状，从所述聚光体的顶点到所述聚光体与所述太阳能电池外延结构的接触面的边缘构成的面为曲面，提高所述聚光体的聚光效果，增加从所述聚光体侧壁射入的光线量，所述聚光体将聚集的光线传输至所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构的一侧，进一步增加所述太阳能电池外延结构吸收的光线量，从而提高太阳能电池结构的光电转换效率。但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述聚光体还可以为凸台形状或锥形等其他形状，只要保证所述聚光体可以将射向所述聚光体侧面的光线传输至所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构的一侧表面即可。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述透明聚光结构包括多个聚光体，可选的，所述多个聚光体呈阵列排布。

具体的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，多个聚光体均匀分布在所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构的一侧，由于每个聚光体聚集的射向所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的表面的光线量和从所述聚光体侧壁入射的太阳光线量基本相等，从而使得传输至所述太阳能电池外延结构各处的太阳光线量基本相等，使太阳能电池结构各处的光电转换效率基本相等，提高所述太阳能电池结构各处光电转换效率的均匀性。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述聚光体的材料仅为透明材料，在本申请实施例中，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构包括：利用透明材料，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成至少一个聚光体，以形成透明聚光结构。

在本申请的另一个实施例中，所述聚光体的材料不仅为透明材料，还为导电材料，即所述聚光体的材料为透明导电材料，以使得所述聚光体与所述外延结构和所述电极结构电连接，提高所述电极结构与所述外延结构的电接触性能。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，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构包括：利用透明导电材料，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成多个聚光体，以形成透明聚光结构。

具体的，在本申请的一个实施例中，所述透明导电材料可以为氧化铟锡(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、五氧化三钛(Ti3O5)、五氧化二钽(Ta2O5)、氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)中至少一种材料。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，在本申请的一个实施例中，所述聚光体的高度取值范围为0.5微米-5微米，包括端点值，即所述聚光体沿垂直于所述太阳能电池外延结构表面方向上的尺寸的取值范围为0.5微米-5微米，包括端点值，以避免所述聚光体的高度太低，所述聚光体侧面的面积小，聚集的从侧壁射入的光线数量有限，从而使射入所述太阳能电池外延结构光线数量有限，对所述太阳能电池结构的光电转换效率提高较小，同时避免所述聚光结构的高度太高，使太阳能电池结构整体厚度太大，影响太阳能电池结构的使用。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述聚光体与所述太阳能电池外延结构的接触面的直径取值范围为10微米-50微米，包括端点值，以避免所述聚光体的体积太大，影响所述太阳能电池结构中聚光体的数量，从而影响所述太阳能电池结构的光电转换效率的提升，同时避免所述聚光体的体积太小，增加工艺难度，但本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

具体的，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构包括：

在所述电极结构背离所述太阳能电池外延结构的一侧形成保护层；

以所述保护层为掩膜，在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构，以利用所述保护层对所述电极结构进行保护，避免所述电极结构在所述透明聚光结构形成过程中造成损伤，影响所述太阳能电池结构的性能；

去除所述保护层。

需要说明的是，在本实施例中，所述太阳能电池结构的制作方法是以先在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成电极结构，再在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构为例进行描述的，但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述太阳能电池结构的制作方法还可以先在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成透明聚光结构，再在所述太阳能电池外延结构的第二侧形成电极结构，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述太阳能电池结构的制作方法还包括：将所述衬底结构背离所述太阳能电池外延结构的一侧固定在封装基板上。

综上，本申请所提供的太阳能电池结构制作方法制作的太阳能电池结构，除包括太阳能电池外延结构、衬底结构、电极结构外，还包括位于所述太阳能电池外延结构背离所述衬底结构一侧的透明聚光结构，从而可以利用所述透明聚光结构聚集太阳能电池结构所在平面和所述透明聚光结构侧壁入射的太阳光线，将聚集后的光线传输至太阳能电池外延结构背离所述衬底结构的一侧，增加所述太阳能电池外延结构吸收光线的面积，提高所述太阳能电池外延结构的光线吸收量，从而提高所述太阳能电池外延结构的光电转换效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的太阳能电池结构及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。