[发明专利]三结太阳电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种三结太阳电池及其制备方法。

【背景技术】

目前，在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的研制过程中，为了提高电池的转换效率，需要对太阳光谱进行划分，将与相应光谱匹配的不同带隙的子电池依次串联，以实现对太阳光谱的分段利用。在三结太阳电池中，目前研究较为成熟的材料体系是与GaAs衬底晶格匹配生长的GaInP/GaAs/Ge三结电池，其带隙组合为1.9eV、1.42eV、0.7eV。该帯隙组合并未达到最优值，其最高转换效率仅有32-33%（1个太阳）。

新的研究表明具有帯隙组合为1.93±0.03eV、1.39±0.03eV、0.94±0.03eV的三结太阳电池的效率大于51%（100倍聚光），然而由于晶格常数对材料的限制，具有该理想帯隙组合且与GaAs衬底晶格匹配的材料选择较少。例如，一种能实现该帯隙组合的材料体系为AlInAs/InGaAsP/InGaAs，然而该材料体系与GaAs衬底有约2.1%的晶格失配。

为了得到帯隙组合为1.93±0.03eV、1.39±0.03eV、0.94±0.03eV的AlInAs/InGaAsP/InGaAs材料，一种方法是利用晶格异变技术在GaAs衬底上引入晶格失配的晶格异变缓冲层。然而缓冲层的引入将带来各种材料缺陷，从而影响电池性能。因此，这种方法的技术难度显著增加了生产成本。

在对GaAs材料的研究中，掺入N和Bi可以有效调节材料的带隙和晶格常数。因此通过选择合适的N和Bi组分可以使GaNAsBi达到要求的带隙和晶格常数，这无疑使GaNAsBi成为一种能实现优化的帯隙组合并与GaAs衬底晶格匹配的优良电池材料。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于实现对太阳光谱的分段利用，提高电池效率，简化制备工艺以及降低生产成本，为此本发明一方面提供一种三结太阳电池，包括依次生长在P型GaAs衬底上的GaNAsBi底电池、第一隧道结、GaNAsBi中间电池、第二隧道结、AlGaInP顶电池以及N型GaAs欧姆接触层，其中，所述GaAs衬底上设有P电极，所述GaAs欧姆接触层上设有N电极。

优选地，所述GaNAsBi底电池的带隙值为0.94±0.03eV。

优选地，所述GaNAsBi中间电池的带隙值为1.39±0.03eV。

优选地，所述AlGaInP顶电池的带隙值为1.93±0.03eV。

优选地，所述第一隧道结为包括N型GaInP和P型(Al)GaAs重掺层或者(In)GaAs重掺层和P型(Al)GaAs重掺层。

优选地，所述第二隧道结包括N型GaInP重掺层以及P型AlGaInP重掺层。

本发明还提供一种三结太阳电池的制备方法，包括下列步骤：

S1，在GaAs衬底上生长GaNAsBi底电池；

S2，在所述GaNAsBi底电池上生长第一隧道结；

S3，在所述第一隧道结上生长GaNAsBi中间电池；

S4，在所述GaNAsBi中间电池上生长第二隧道结；

S5，在所述第二隧道结上生长AlGaInP顶电池；

S6，在所述AlGaInP顶电池上生长GaAs层作为GaAs欧姆接触层；

S7，在所述GaAs欧姆接触层和GaAs衬底上分别制备上电极以及下电极。

优选地，所述三结太阳电池采用MOCVD法或MBE法生长形成。

本发明的三结太阳电池中，通过采用具有与GaNAsBi材料制作底电池和中间电池，优化了带隙组合，各个子电池的电流匹配，减小了光电转换过程中的热能损失，提高了电池效率；且由于三个子电池所用的GaNAsBi、AlGaInP材料分别与GaAs衬底晶格匹配，避免了晶格异变技术带来的技术难度以及该技术中要求生长较厚的缓冲层消耗的大量原材料，简化了制备工艺，降低了生产成本。

【附图说明】

图1为根据本发明一实施例的三结太阳电池的结构示意图。

【具体实施方式】