[发明专利]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，具体涉及一种高效多结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来开发利用太阳能，光伏发电技术吸引了人们的普遍关注，其中化合物半导体太阳能电池以其较高的转换效率和较大的发电成本降低空间，被公认为最具潜力的地面应用发电技术之一。

为了获得具有较高转换效率的化合物半导体太阳能电池，人们不断研究探索，先后发展了双结、三结太阳能电池，无定形结构、倒装结构太阳能电池等多种太阳能电池结构。例如，Emcore公司报道了一种使用倒装外延技术在GaAs衬底上一次性成功外延形成GaInP/GaAs/InGaAs(1.0eV)/InGaAs(0.7eV)倒装四结太阳能电池，一般情况下，采用倒装外延技术时很薄的发射层需要最先生长，然后再依次生长很厚的基区和其余子电池结构，在较长的生长过程中，对发射层的退火等影响将使得顶电池结构（厚度、掺杂和界面）发生变化，使得整体结构难以控制，电池性能将受到很大影响。

另外一种获得多结电池的途径是通过晶圆键合的方式将两个双结电池键合在一起来获得的，此项技术路线对外延技术要求相对较低，其关键在于晶圆键合技术的开发。晶圆键合技术一般分为半导体直接键合、对准键合和中间插入键合媒质进行键合等。对准键合工艺首先在两个键合界面处制作金属栅线，然后将金属栅线彼此对准再进行键合的键合工艺，键合强度满足要求。由于金属栅线有一定的厚度，键合完成后将使得半导体界面处存在一层空隙，这对产品的应用是不利的。中间插入键合媒质进行键合的工艺对键合媒质要求较高，一般要求其具有较好的导电性、导电性和透光性，因此媒质的选取较为重要，Soitec使用ITO作为键合媒质获得了GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结电池，但是ITO在长波段光（>1000nm）的透过率仅有85%左右，将导致底部两结电池限流，影响电池性能。为了避免以上键合工艺的技术难点，人们有时会选择半导体直接键合工艺。这是一种通过高温高压使得半导体与半导体之间形成共价键的键合技术，为了获得良好的键合强度需要半导体键合界面处的晶向彼此对准，然而晶向对准是困难的。另外，无论是直接键合还是中间插入键合媒质的键合工艺都需要具有原子级平整的键合界面，而往往一颗微米级的颗粒都将使得该处的键合无法实现，严重影响键合良率和规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效多结太阳能电池及其制备方法，其采用正装外延技术，使用黏胶粘接工艺，通过上层结构的背面金属电极与下层结构的正面金属电极相连接，从而实现多结太阳能电池结构。本发明对键合界面的平整度没有要求，使用的黏胶对光的透过率很高，因此弥补了半导体直接键合和中间插入键合媒质键合工艺的难点，同时也不存在对准键合时的空隙问题。

多结太阳能电池，包括：第一外延结构和位于其上的第二外延结构，其中第一外延结构自下而上依次包含衬底、第一光电转换叠层和覆盖层，第二外延结构自下而上依次包含背接触层、第二光电转换叠层；所述第一外延结构的覆盖层表面及所述第二外延结构的背接触层表面分别具有第一、第二电极层，且所述第二电极层的垂直投影在所述第一电极层内；所述第一外延结构的覆盖层与所述第二外延结构的背接触层之间通过一黏胶层接合；所述第一电极层与第二电极层通过一金属连接层连接，其在所述第一外延结构上的投影位于所述第二外延结构在第一外延结构上的投影之外。

优选的，所述第二外延结构垂直投影在所述第一外延结构内。

优选的，所述第二电极层在第一外延结构上的投影小于所述第一外延结构的面积，但大于所述第二外延结构的面积。

优选的，所述第一光电转换叠层依次包括第一子电池和第二子电池，第二光电转换叠层依次包括第三子电池和第四子电池。

优选的，所述四结子电池的带隙宽度大小关系为：第一子电池＜第二子电池＜第三子电池＜第四子电池。

优选的，所述第一外延结构的覆盖层和所述第二外延结构的背接触层均可以为GaAs、InGaP或InGaAs。

优选的，所述第一、第二电极层的材料为AuGe合金、AuSn合金、AuBe合金、AuZn合金、Au或Ag。

优选的，所述第一电极层在所述第一外延结构中的面积占比为1%~15%。

优选的，所述第二电极层在所述第二外延结构中的面积占比为1%~15%。

优选的，所述第一电极层和第二电极层的图形均含有主栅，所述第一电极层和第二电极层的主栅彼此连接。

优选的，所述第一电极层的主栅宽度为20微米~500微米。