量子阱多结叠层柔性太阳电池及其制备方法

本发明属于太阳电池，具体涉及一种量子阱多结叠层柔性太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、在太阳电池领域中，以gaas为代表的ⅲ-ⅴ化合物半导体通过垂直堆叠串联不同能量吸收带隙的子电池形成多结太阳电池，具有更高的光电转换效率。在gaas衬底上倒置生长gainp、gaas等子电池结构是目前最有效的高效柔性太阳电池方案，gainp/gaas/ingaas三结太阳电池是最接近应用的高效柔性太阳电池。

2、gainp/gaas/ingaas三结太阳电池的结构参图1所示，其在gaas衬底上倒置生长gainp/gaas/ingaas子电池，从下向上依次包括gaas衬底、腐蚀阻挡层或牺牲层、gainp子电池、gaas子电池、缓冲层及ingaas子电池，该太阳电池在am1.5g光谱下的最高光电转换效率为37.9％，短路电流密度为14.3ma/cm2，与am1.5g光谱理论结果16ma/cm2相比有较大进步空间。

3、现有技术中gainp/gaas/ingaas三结太阳电池的光电转换效率已经达到最大，难以继续提升。因此，有必要提供一种量子阱多结叠层柔性太阳电池及其制备方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种量子阱多结叠层柔性太阳电池及其制备方法，以提高太阳电池的光电转换效率。

2、为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

3、一种量子阱多结叠层柔性太阳电池，所述太阳电池从下向上依次包括柔性衬底、ingaas底电池、布拉格反射器、量子阱中间电池及gainp顶电池，所述量子阱中间电池从下向上依次包括gainp层、gaas缓冲层、多个量子阱结构及gaas发射层，所述量子阱结构为未掺杂的ingaas/gaasp量子阱结构。

4、一实施例中，所述量子阱结构包括第一gaasp势垒层、第二gaasp势垒层及位于第一gaasp势垒层和第二gaasp势垒层之间的ingaas势阱层。

5、一实施例中，所述第一gaasp势垒层和/或第二gaasp势垒层的厚度为1nm～5nm；所述ingaas势阱层的厚度为5nm～15nm。

6、一实施例中，所述gainp层的厚度为100nm～500nm；和/或，

7、所述gaas缓冲层的厚度为50nm～200nm；和/或，

8、所述gaas发射层的厚度为0.5μm～1.5μm。

9、一实施例中，所述布拉格反射器的厚度为1.5μm～2μm；和/或，

10、所述布拉格反射器由10～20对gainp/alinp结构组成，每对gainp/alinp结构中的gainp层及alinp层的厚度为20nm～100nm。

11、一实施例中，所述量子阱中间电池包括100～300个堆叠的量子阱结构。

12、一实施例中，所述ingaas底电池与布拉格反射器之间还包括gainp缓冲层和/或alingaas缓冲层。

13、本发明另一实施例提供的技术方案如下：

14、一种量子阱多结叠层柔性太阳电池的制备方法，所述制备方法包括：

15、在生长衬底上生长腐蚀阻挡层或牺牲层；

16、在腐蚀阻挡层或牺牲层上依次生长gainp顶电池、量子阱中间电池、布拉格反射器及ingaas底电池，所述量子阱中间电池从下向上依次包括gainp层、gaas缓冲层、多个量子阱结构及gaas发射层，所述量子阱结构为未掺杂的ingaas/gaasp量子阱结构；

17、在ingaas底电池上形成柔性衬底；

18、去除生长衬底及其上的腐蚀阻挡层或牺牲层。

19、一实施例中，所述量子阱结构包括第一gaasp势垒层、第二gaasp势垒层及位于第一gaasp势垒层和第二gaasp势垒层之间的ingaas势阱层；所述第一gaasp势垒层和/或第二gaasp势垒层的厚度为1nm～5nm；所述ingaas势阱层的厚度为5nm～15nm；和/或，

20、所述量子阱中间电池包括100～300个堆叠的量子阱结构；和/或，

21、所述gainp层的厚度为100nm～500nm；和/或，

22、所述gaas缓冲层的厚度为50nm～200nm；和/或，

23、所述gaas发射层的厚度为0.5μm～1.5μm；和/或，

24、所述布拉格反射器的厚度为1.5μm～2μm；和/或，

25、所述布拉格反射器由10～20对gainp/alinp结构组成，每对gainp/alinp结构中的gainp层及alinp层的厚度为20nm～100nm。

26、一实施例中，所述制备方法还包括：

27、在布拉格反射器与ingaas底电池之间生长gainp缓冲层和/或alingaas缓冲层。

28、本发明具有以下有益效果：

29、本发明的量子阱多结叠层柔性太阳电池通过改进子电池结构，巧妙利用量子阱和高通布拉格反射器拓展光谱范围，产生子带隙电流，大幅度提升了太阳电池的短路电流密度，从而提升了光电转换效率。

技术特征：

1.一种量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述太阳电池从下向上依次包括柔性衬底、ingaas底电池、布拉格反射器、量子阱中间电池及gainp顶电池，所述量子阱中间电池从下向上依次包括gainp层、gaas缓冲层、多个量子阱结构及gaas发射层，所述量子阱结构为未掺杂的ingaas/gaasp量子阱结构。

2.根据权利要求1所述的量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述量子阱结构包括第一gaasp势垒层、第二gaasp势垒层及位于第一gaasp势垒层和第二gaasp势垒层之间的ingaas势阱层。

3.根据权利要求2所述的量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述第一gaasp势垒层和/或第二gaasp势垒层的厚度为1nm～5nm；所述ingaas势阱层的厚度为5nm～15nm。

4.根据权利要求1所述的量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述gainp层的厚度为100nm～500nm；和/或，

5.根据权利要求1所述的量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述布拉格反射器的厚度为1.5μm～2μm；和/或，

6.根据权利要求1所述的量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述量子阱中间电池包括100～300个堆叠的量子阱结构。

7.根据权利要求1所述的量子阱多结叠层柔性太阳电池，其特征在于，所述ingaas底电池与布拉格反射器之间还包括gainp缓冲层和/或alingaas缓冲层。

8.一种量子阱多结叠层柔性太阳电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述量子阱结构包括第一gaasp势垒层、第二gaasp势垒层及位于第一gaasp势垒层和第二gaasp势垒层之间的ingaas势阱层；所述第一gaasp势垒层和/或第二gaasp势垒层的厚度为1nm～5nm；所述ingaas势阱层的厚度为5nm～15nm；和/或，

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：

技术总结
本发明揭示了一种量子阱多结叠层柔性太阳电池及其制备方法，所述太阳电池从下向上依次包括柔性衬底、InGaAs底电池、布拉格反射器、量子阱中间电池及GaInP顶电池，所述量子阱中间电池从下向上依次包括GaInP层、GaAs缓冲层、多个量子阱结构及GaAs发射层，所述量子阱结构为未掺杂的InGaAs/GaAsP量子阱结构。本发明的量子阱多结叠层柔性太阳电池通过改进子电池结构，巧妙利用量子阱和高通布拉格反射器拓展光谱范围，产生子带隙电流，大幅度提升了太阳电池的短路电流密度，从而提升了光电转换效率。

技术研发人员：龙军华,陆书龙,孙强健,李雪飞
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15