[发明专利]一种柔性双面太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：包括正面砷化镓多结太阳能电池单元和背面钙钛矿太阳能电池单元，所述正面砷化镓多结太阳能电池单元与背面钙钛矿太阳能电池单元通过金属电极连接，所述金属电极为正面砷化镓多结太阳能电池单元与背面钙钛矿太阳能电池单元的共用电极；所述正面砷化镓多结太阳能电池单元以GaAs单晶片为衬底，并在其上生长出外延结构，为按照层状叠加方式依次生长的GaAs缓冲层、AlAs牺牲层、GaInP子电池、第二隧道结、GaAs子电池、第一隧道结、用于减少位错的(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层和GaInAs子电池，其中所述(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层中的x数值依次从0.40线性降到0.08，y数值依次从0.27线性降到0.03；所述金属电极制作在GaInAs子电池上，与GaInAs子电池形成欧姆接触，且其最外层为能与钙钛矿材料功函数相匹配的金属；制作完金属电极后湿法腐蚀掉AlAs牺牲层，将上述外延结构和金属电极从GaAs单晶片上剥离，剥离后在所述GaInP子电池上制作正面电极，所述正面电极与GaInP子电池形成欧姆接触；所述背面钙钛矿太阳能电池单元包括按照层状叠加方式设置的石墨-钙钛矿混合层和ITO透明电极，所述石墨-钙钛矿混合层沉积在金属电极上，所述ITO透明电极沉积在石墨-钙钛矿混合层上。

2.根据权利要求1所述的一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：所述GaInP子电池和GaAs子电池与GaAs单晶片保持晶格匹配。

3.根据权利要求1所述的一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：所述GaInAs子电池带隙为1.0eV，从上至下各依次包括有n型窗口层、n型GaInAs层、p型GaInAs层及p型背场层。

4.根据权利要求1所述的一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：所述GaAs子电池带隙为1.42eV，从上至下各依次包括有n型窗口层、n型GaAs层、p型GaAs层及p型背场层。

5.根据权利要求1所述的一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：所述GaInP子电池带隙为1.9eV，从上至下各依次包括有n型窗口层、n型GaInP层、p型GaInP层及p型背场层。

6.根据权利要求1所述的一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：所述石墨-钙钛矿混合层由多孔石墨与有机无机杂化钙钛矿材料混合而成，其中，所述有机无机杂化钙钛矿材料带隙为1.6eV。

7.根据权利要求1所述的一种柔性双面太阳能电池，其特征在于：所述ITO透明电极材料为In掺杂的SnO₂，对太阳光谱300-800nm波段内的平均透光率大于80％。

8.一种权利要求1至7任意一项所述柔性双面太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用金属有机物化学气相沉积技术，在GaAs单晶片正面生长一层GaAs缓冲层；

步骤2：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在GaAs缓冲层之上生长AlAs牺牲层；

步骤3：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在AlAs缓冲层之上生长GaInP子电池，所述GaInP子电池包括按照靠近AlAs牺牲层方向依次连接的p型背场层、p型GaInP层、n型GaInP层、n型窗口层；

步骤4：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在GaInP子电池上生长第二隧道结，所述第二隧道结包括按照靠近GaInP子电池方向依次连接的p++GaAs材料层和n++AlGaAs材料层；

步骤5：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在第二隧道结上生长GaAs子电池，所述GaAs子电池包括按照靠近第二隧道结方向依次连接的p型背场层、p型GaAs层、n型GaAs层、n型窗口层；

步骤6：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在GaAs子电池上生长第一隧道结，所述第一隧道结包括按照靠近GaAs子电池方向依次连接的p++GaAs材料层和n++AlGaAs材料层；

步骤7：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在第一隧道结上生长(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层，所述(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层中x、y的数值按照靠近第一隧道结方向分别从0.08、0.03线性变为0.40、0.27；

步骤8：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变外延生长条件，在(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层上生长GaInAs子电池，所述GaInAs子电池按照靠近(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层方向依次连接的p型背场层、p型GaInAs层、n型GaInAs层、n型窗口层；

步骤9：采用薄膜沉积技术，在GaInAs子电池上沉积金属电极，所述金属电极与GaInAs子电池形成欧姆接触，且其最外层为能与钙钛矿材料功函数相匹配的金属；

步骤10：采用湿法腐蚀技术，将AlAs牺牲层腐蚀掉，使外延结构和金属电极整体从GaAs单晶片上剥离；

步骤11：采用薄膜沉积技术，在剥离出来的外延结构上沉积相应图案的正面电极，所述正面电极与GaInP子电池形成良好的欧姆接触，且要保证太阳光尽可能大的面积投射到GaInP子电池表面；

步骤12：采用印刷、喷涂或刀刮技术，在金属电极上沉积一层多孔石墨材料，所述多孔石墨材料与金属电极接触良好；

步骤13：采用浸润或旋涂技术，在多孔石墨材料中沉积钙钛矿材料，所述钙钛矿材料能渗入多孔石墨中，形成均匀、致密、结晶良好的钙钛矿晶体，与多孔石墨材料接触良好，最终二者混合形成为石墨-钙钛矿混合层；

步骤14：采用磁控溅射技术，控制生长条件，在石墨-钙钛矿混合层上沉积一层ITO透明电极，所述ITO透明电极成分均匀，厚度一致。