[发明专利]GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池

说明书

本公开提供一种GalnP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，包括：按光入射方向依次布置的GalnP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池；其中，所述GalnP顶电池与GaAs中电池布置有第一隧穿结；所述GaAs中电池和InGaAs底电池之间依次设置有第二隧穿结和晶格渐变缓冲层(Crystal Graded Buffer，CGB)。所述GalnP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池均采用nP⁺异质结结构，相比传统采用N⁺p结构的GalnP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，可减少GalnP顶电池表面金属栅线面积，降低CGB中缺陷对InGaAs底电池pn结区材料质量的影响，有效提高电池的短路电流(J_sc)和开路电压(V_oc)，从而具有更高的转换效率。

技术领域

本公开涉及太阳电池领域，尤其涉及一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池结构设计。

背景技术

以GaAs为代表的III-V族化合物半导体太阳电池可以通过外延后剥离方法制备成薄膜型电池，相比于Ge基/Si基太阳电池，具备更高的功率/质量比以及柔性可弯曲优势，在航天航空、长滞空无人机、便携式电源等应用领域具有不可替代的优势。理论上，III-V族化合物太阳电池可设计成1～n结(n＞4)的多种结构，但从效率/成本比角度出发，GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池是目前应用较多的结构之一。

GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池三个子电池的传统设计是采用n型重掺发射区位于基区上方(入光侧)，低掺p型基区作为光吸收层位于下方，这种结构设计的电池V_oc和转换效率离理论值有较大差距。对比单结电池和其它类型的三结太阳电池，为了提高GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池的性能，需要对常规的电池结构设计进行优化和改进。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提供一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，以至少部分解决上述技术问题。

本公开提供一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，包括：按光入射方向顺序布置的采用nP⁺异质结结构的GaInP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池；其中，所述GaInP顶电池与GaAs中电池布置有第一隧穿结；所述GaAs中电池和InGaAs底电池之间依次设置有第二隧穿结和晶格渐变缓冲层(Crystal Graded Buffer，CGB)，其中，所述GaInP顶电池采用nP⁺异质结结构，顶电池的表面栅线占顶电池表面面积的2％-4％；所述InGaAs底电池亦采用nP⁺异质结结构，使pn结区远离CGB层。

在进一步的实施方案中，晶格渐变缓冲层的晶格常数从GaAs中电池材料体系过渡到InGaAs底电池材料体系；所述InGaAs底电池的nP⁺异质结包括发射区和基区，按照光入射方向，发射区作为光吸收层位于基区之前，该发射区厚度在1000nm至2000nm之间。

在进一步的实施方案中，所述发射区材料中In组份为0.3的InGaAs材料，掺杂质为Si，掺杂浓度在1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间。

在进一步的实施方案中，所述InGaAs底电池的基区厚度在30nm到100nm，与发射区组成nP⁺异质结结构；所述基区材料为AlGaInAs，其中In组份为0.3，掺杂质为Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3之间。