[发明专利]GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池以及该电池的制备方法。

背景技术

在太阳电池领域，目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GaInP/GaAs/Ge三结电池，该材料体系在太阳电池领域中目前达到的最高转换效率为32-33%。但是该体系仍然存在一个主要问题是受晶格匹配的制约，该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到两结电池的2倍，由于受三结电池串联的制约，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用，所以该三结电池的效率还有改进的空间。最直观的想法是在GaAs和Ge电池中间插入一带隙为～1.00eV的InGaAsN材料，在保持短路电流不变的情况下，将开路电压提高约0.60V，将原来三结电池转换效率提高约20%，四结电池可望达到约39%的转换效率。

但是，由于很难制备少子寿命足够长的InGaAsN材料，吸收太阳光产生的电子-空穴对没有足够的时间被分离和收集从而产生有效的电流输出，使得用InGaAsN制作的高效太阳电池的技术难度很大。研究人员在寻求别的途径来获得高效太阳能转换，一种方法是采用晶片键合的方法将晶格失配的具有合理带隙组合的电池键合在一起，实现电流匹配，提高电池效率。但是晶片键合电池往往存在两个主要问题：以GaInP/GaAs和InGaAsP/InGaAs双结电池的键合为例，晶片键合电池需要GaAs和InP两个衬底，这大大增加了电池的制作成本；二是晶片键合电池的键合部分需要良好的欧姆接触和良好的透光率，这给工艺带来很大的挑战，增加了电池的制作难度。

如何实现多结太阳电池合理的带隙组合，减小电流失配同时而又不提高电池制作成本和难度成为当前Ⅲ-Ⅴ族太阳电池亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，该四结级联太阳电池带隙组合为1.90eV，1.42eV，～1.03eV，0.73eV，各个子电池的电流失配小，减小了光电转换过程中的热能损失，提高了电池效率。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，包括GaAs衬底以及GaInP/GaAs双结电池和InGaAsP/InGaAs双结电池，其中，所述GaAs衬底具有双面生长结构;所述GaAs衬底的第一面设置有GaInP/GaAs双结电池，第二面设置有一渐变过渡层，并通过该渐变过渡层与所述InGaAsP/InGaAs双结电池级联。

优选地，所述渐变过渡层包括Al_xIn_1-xAs渐变过渡层，其中x=1～0.48；所述Al_xIn_1-xAs渐变过渡层的带隙大于1.42eV。

优选地，所述GaAs衬底与所述渐变过渡层之间设置有第二隧道结，所述第二隧道结包括按照远离GaAs衬底方向依次连接的P++GaAs材料层和N++GaAs材料层。

优选地，所述InGaAsP/InGaAs双结电池包括按照远离所述渐变过渡层的方向依次连接InGaAsP子电池、第一隧道结以及InGaAs子电池；所述InGaAsP子电池包括按照远离所述渐变过渡层的方向依次连接的N++InP或In(Ga)AlAs窗口层、N-InGaAsP发射区、P-InGaAsP基区以及P++InGaAsP背场；所述第一隧道结包括按照远离所述InGaAsP子电池的方向依次连接的P++InGaAs材料层和N++InGaAs材料层；所述InGaAs子电池包括按照远离所述第一隧道结的方向依次连接的N++InP或InGaAsP窗口层、N-InGaAs发射区、P-InGaAs基区、P++InGaAsP背场以及P+InGaAs接触层。

优选地，所述GaInP/GaAs双结电池包括按照远离所述GaAs衬底的方向依次连接GaAs子电池、第三隧道结以及GaInP子电池；所述GaAs子电池包括按照远离所述GaAs衬底的方向依次连接的GaAs缓冲层、P++AlGaAs背场、P-GaAs基区、N-GaAs发射区以及N++AlInP窗口层；所述第三隧道结包括按照远离所述GaAs子电池的方向依次连接的N++GaInP材料层和P++AlGaAs材料层；所述GaInP子电池包括按照远离所述第三隧道结的方向依次连接的P++AlGaInP背场、P-GaInP基区、N-GaInP发射区、N++AlInP窗口层以及N+GaAs接触层。