[发明专利]单晶硅衬底多结太阳电池

说明书

技术领域

本发明提供一种制备基于单晶硅衬底的多结太阳电池的方法。

背景技术

太阳电池可利用太阳光与材料相互作用直接产生电能，是目前大规模开发利用太阳能中最受瞩目的项目之一，也是有望实现能源可持续发展的重中之重。在诸多种类的太阳能电池中，以GaAs为代表的三五族化合物半导体太阳电池以其较高转换的效率以及良好的工作稳定性等特点，成为太阳能电池研究应用的重要领域之一。

由于三五族化合物半导体太阳电池材料成本较高，电池片的价格是光伏系统成本最主要的部分，制约了三五族化合物半导体太阳电池的应用。通过采用聚光技术，即利用聚光器而使较大面积的阳光汇聚到面积很小的高性能电池片上，可以从一定程度上克服太阳辐射能量密度低的缺陷，并大幅降低系统的成本及昂贵太阳能电池材料的用量。

但是，目前用于三五族化合物半导体太阳电池的衬底材料锗单晶片和砷化镓单晶片都是价格昂贵的稀有材料，从而极大地影响了聚光太阳电池的成本，并从原材料上制约了其大规模应用。而硅材料在地壳中储量极为丰富，且晶体硅片的制备工艺成熟，成本相对低廉。如果能以单晶硅片替代现在使用的锗单晶片和砷化镓单晶片作为三五族化合物半导体太阳电池的衬底，将大大有利于太阳电池的大规模应用及发展。

本发明提供一种制备基于单晶硅衬底的多结太阳电池的方法，用于太阳能发电，特别适用于高效聚光太阳能发电系统。其特点是，采用硅单晶片为衬底，利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)方法生长多结太阳电池材料。首先在硅单晶片上生长锗硅合金过渡层，再依次外延生长锗电池结构、铟镓砷电池结构和铟镓磷电池结构。该发明以硅单晶片替代锗单晶片和砷化镓单晶片，可以大大降低多结太阳电池的成本，提高硅基太阳电池的转换效率，加快太阳能发电的应用和发展。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种制备基于单晶硅衬底的多结太阳电池的方法。以硅单晶片替代锗单晶片和砷化镓单晶片，可以大大降低多结太阳电池的成本，提高硅基太阳电池的转换效率，加快太阳能发电的应用和发展。

本发明的目的是由以下的技术方案实现的：

一种基于单晶硅衬底的多结太阳电池，用于太阳能发电，特别适用于高效聚光太阳能发电系统。其特征在于，采用硅单晶片为衬底，利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)方法生长多结太阳电池材料。首先在硅单晶片上生长锗硅合金过渡层，再依次外延生长锗电池结构、铟镓砷电池结构和铟镓磷电池结构。该发明以硅单晶片替代锗单晶片和砷化镓单晶片，可以大大降低多结太阳电池的成本，提高硅基太阳电池的转换效率，加快太阳能发电的应用和发展。

附图说明

为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

图1基于单晶硅衬底的多结太阳电池示意图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种制备基于单晶硅衬底的多结太阳电池的方法。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法，以单晶硅片[1]为衬底，首先生长锗硅合金过渡层[2]，再一次生长锗底电池[3]、连接锗底电池和铟镓砷中间电池的隧道结[4]、铟镓砷中间电池[5]、连接铟镓砷中间电池和铟镓磷顶电池的隧道结[6]、铟镓磷顶电池[7]、窗口层(n-AlGaP)[8]和欧姆接触层(n⁺-GaAs)[9]。

在生长基于单晶硅衬底的多结太阳电池晶片之后，采用常规的光刻、镀膜和划片工艺及可以制成太阳电池芯片。

本发明一种制备基于单晶硅衬底的多结太阳电池的方法，其关键是以单晶硅片为衬底，通过生长锗硅合金过渡层，外延生长锗单晶层。然后依次外延生长锗电池结构、铟镓砷电池结构和铟镓磷电池结构。解决了锗单晶片和砷化镓单晶片短缺及价格昂贵的问题，极大地降低了太阳电池的成本、提高了硅基太阳电池的转换效率，对于加快太阳电池的发展和应用具有推动作用。