[发明专利]一种高倍聚光多结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化合物半导体太阳能电池领域，具体涉及一种高倍聚光多结太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术

光伏发电经历了第一代晶体硅电池和第二代薄膜电池发展之后，目前正步入第三代聚光光伏（CPV）技术。CPV 技术的核心是 III-V 族聚光多结太阳电池，与其他种类的太阳电池相比，聚光多结太阳能电池具有光电转换效率高、温度特性好、能耗回收周期短等优点，可以最大限度的利用太阳能资源，降低建设电站对环境的破坏。

多结太阳能电池是由多个具有不同带隙的半导体子电池通过隧穿结连接而成的，不同子电池吸收不同波段的太阳光谱，从而可以将尽可能多的太阳能转换为电能。以其独特的设计思想和较高的光电转换效率，多结太阳能电池已成为目前世界光伏领域各科研单位、企业进行太阳能电池研究的基本电池结构。2010年10月，美国 Spire 公司宣布其研制出的三结太阳能电池，在406倍太阳辐射聚光、大气光学质量AM1.5、25℃的测试条件下，0.97cm² 电池的效率达到了42.3%。国际上CPV 的主要生产商Emcore制备的InGaP/(In)GaAs/Ge三结电池效率在500倍聚光下为39%，1150倍聚光下达到36.3%。伴随着CPV技术产业化进展，高倍聚光（~1000X）太阳能电池以其突出的成本优势成为了CPV产业的主要产品。此类电池可以将数百上千倍的太阳能通过聚光透镜浓缩聚焦到一个很小的电池芯片上发电，从而大规模节约了太阳能电池晶片，但是较高的聚光倍数（~1000X）可以使聚光电池获得较大的开路电压和短路电流的同时，也将使电池产生更大的串联电阻，这严重影响了电池的填充因子，促使电池转换效率的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的高倍聚光多结太阳能电池，其具有较高的开路电压和短路电流，同时在高倍聚光条件下可以保持较高的填充因子，即在高倍聚光条件下仍可保持较高的光电转换效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种高倍聚光多结太阳能电池。该高倍聚光多结太阳能电池包括：顶电池、中电池、底电池以及两个隧穿结。其中，顶电池和中电池的发射层均为渐变掺杂，顶电池发射层的厚度较传统多结电池的厚一百纳米以上。

优选地，顶电池发射层的厚度为0.05～0.5微米。

优选地，顶电池发射层的厚度为 0.3微米。

优选地，顶电池和中电池中，靠近基区的发射层为低浓度掺杂区，其掺杂浓度为1×10¹⁷ /cm³～1×10¹⁸ /cm³，远离基区的发射层为高浓度掺杂区，其掺杂浓度为1×10¹⁸ /cm³～1×10¹⁹ /cm³。

优选地，中电池发射层的掺杂浓度从5×10¹⁷ /cm³渐变到5×10¹⁸ /cm³。

优选地，顶电池发射层的掺杂浓度从5×10¹⁷ /cm³渐变到5×10¹⁸ /cm³。

根据本发明的一个方面，提供了一种高倍聚光多结太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：通过MOCVD方法、MBE方法或UHCVD方法等外延方法，在所选Ge衬底上外延生长Ge底电池；在Ge底电池上外延生长GaAs隧穿结；在GaAs隧穿结上外延生长(In)GaAs中电池的基区；在(In)GaAs中电池的基区上外延生长渐变掺杂的(In)GaAs中电池发射层，构成(In)GaAs中电池；在(In)GaAs中电池上外延生长AlGaAs隧穿结；在AlGaAs隧穿结上外延生长InGaP顶电池基区；在InGaP顶电池基区上外延生长较厚的、渐变掺杂的InGaP顶电池发射层，构成InGaP顶电池。

优选地，中电池的发射层的掺杂浓度为渐变的，包括阶梯型渐变、连续型渐变；靠近基区的发射层为低浓度掺杂区，其掺杂浓度为1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁸/cm³，远离基区的发射层为高浓度掺杂区，其掺杂浓度为1×10¹⁸/cm³～1×10¹⁹/cm³。