[实用新型]具有反射层的三结太阳电池

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，涉及应用于太空和地面的三结太阳电池的结构。

背景技术

太阳能是新能源与可再生能源的一种，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，这一点已经得到了人们充分认识。通过转换装置直接把太阳辐射能转换成电能，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，太阳能光伏技术已经飞速发展。

近年来，以光伏技术为代表的光电转换技术迅猛发展，新技术不断出现，电池效率不断提高。多结叠层光电池的研究更是令人振奋，聚光条件下GaInP/Ga(In)As/Ge[镓铟磷/镓(铟)砷/锗]多结光电池的实验室转化效率已经突破了40％，高效率的电池受到广泛重视。随着空间科学技术的发展，航天器的功率要求也越来越高。尤其是年代以后微小卫星和长寿命卫星的发展，对太阳电池的转换效率和抗辐射能力提出了更高的要求。由于多结太阳电池具有高的转换效率，能满足空间应用的飞速发展，成为近年来太阳电池研究的热点。

1990年，研制出AM(airmass，大气质量，定义为1/cosφ，φ为太阳光线与法线的夹角)1.5效率为27.3％的GaInP/GaAs/Ge(镓铟磷/砷化镓/锗)的双结光电池。经过对电池结构和栅线的进一步改进，1994年，效率又提高到29.5％(AM1.5)。1997年，采用GaInP隧道结结构，GaInP/GaAs/Ge双结光电池的AM1.5效率提高到30.28％。1998年，研制出效率为33.3％的整体级联三结GaInP/GaAs/Ge光电池。此外人们还从理论上设计了4结和5结的叠层光电池，给出了多结光电池的理论效率、期望效率和实验效率，但经过近多年来进展缓慢。造成这一结果的一个重要原因是，为了充分吸收太阳光，电池的材料厚度偏厚造成了非平衡载流子的自由程加大，严重降低了电池效率。并且，带隙的调整也带来了晶格常数的不匹配，内应力的存在使这种电池的可靠性下降。

有鉴于此，本发明人利用在太阳电池材料中生长两套布拉格反射层(DBR)，藉以通过增加光吸收的方法，减少电池的生长厚度，减小非平衡载流子的自由程，很好地提高光电转换效率，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种具有反射层的三结太阳电池，以减少电池的厚度，减小非平衡载流子的自由程，提高光电转换效率。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种具有反射层的三结太阳电池，在P-Ge衬底上生长形成包含两套布拉格反射层(DBR)的三结太阳电池的半导体材料层；两套布拉格反射层(DBR)是一套用于反射短波光子的铝铟磷AlInP/铝镓铟磷AlGaInP顶电池反射层和一套用于反射中波光子的砷化铝AlAs/铝镓砷AlGaAs中电池反射层。

所述的三结太阳电池是采用金属有机气相沉淀技术在P-Ge衬底上依序生长P-Ge底电池基区、N-Ge底电池发射区、N-GaInP底电池窗口层、N-GaAs底中电池缓冲层、P⁺⁺-GaAs/N⁺⁺-GaAs底中电池隧穿结、P-AlAs/AlGaAs中电池反射层、P-AlGaAs中电池BSF(背电场)、P--InGaAs中电池基区、N-InGaAs中电池发射区、N-Al(Ga)InP或N-GaInP中电池窗口层、P⁺⁺-AlGaAs/N⁺⁺-GaInP中顶电池隧穿结、P-AlInP/AlGaInP顶电池反射层、P-AlGaInP顶电池BSF、P^--(Al)GaInP顶电池基区、N-(Al)GaInP顶电池发射区、N-AlInP顶电池窗口层、N-GaAs帽层、N⁺⁺-GaAs接触层。

所述AlInP/AlGaInP顶电池反射层的反射波长为380～500nm(纳米)。

所述AlAs/AlGaAs DBR中电池反射层的反射波长为600～880nm(纳米)。

所述AlInP/AlGaInP顶电池反射层为2对-10对。AlAs/AlGaAs中电池反射层为15对-25对。对数少了起不到反射作用，多了会增加内电阻，影响填充因子，从而降低效率，因此必须进行优化，取得最佳的对数。