[发明专利]一种柔性双面太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性双面太阳能电池及其制备方法，包括通过金属电极连接的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；正面砷化镓多结太阳能电池单元以GaAs单晶片为衬底，在其上依次生长有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，金属电极制作在GaInAs子电池上；而后湿法腐蚀掉AlAs牺牲层，将上述外延结构和金属电极从衬底剥离，剥离后在GaInP子电池上制作正面电极；背面钙钛矿太阳能电池单元包括沉积在金属电极上的石墨‑钙钛矿混合层和沉积在石墨‑钙钛矿混合层上的ITO透明电极。本发明不仅能提高对太阳光的利用率，增加光电转换效率，且制作成柔性产品，质量轻、便于携带。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电的技术领域，尤其是指一种柔性双面太阳能电池及其制备方法。

背景技术

砷化镓多结太阳能电池由于其超高的光电转换效率被广泛应用于地面聚光光伏系统和空间光伏电源，传统的砷化镓多结电池的结构为GaInP/GaInAs/Ge，为了保持电池结构上的晶格匹配，所以带隙选择对应为1.85/1.40/0.67eV。然而，这种结构的缺陷为GaInAs和Ge之间的带隙相差较大，使得Ge子电池的短路电流过大，三结子电池的电流失配，导致很大一部分的能量损失。为了进一步增加对太阳光的利用，提高转换效率，我们设计了GaInP/GaAs/GaInAs的三结电池结构，带隙分别为1.90/1.42/1.0eV，该电池结构的开路电压可达3.05V，可获得更高的转化效率，而由于GaAs与GaInAs之间的晶格失配，因此，我们又设计了(Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs梯度缓冲层以利于材料的生长和材料质量优化。

在GaInP/GaAs/GaInAs结构的多结电池中，我们利于金属有机物化学气相沉积技术首先生长与GaAs晶格匹配的GaInP子电池，其次是GaAs子电池，最后是GaInAs子电池，将这样的一个倒序结构从衬底上剥离即为柔性的砷化镓多结太阳能电池。柔性电池具有质量轻，功率质量比大，可弯曲等优点，其可适应的场景十分宽广，是现今以及未来光伏领域的一个重要方向。

钙钛矿太阳能电池从其出现到现在，短短十年时间内，光电转换效率突破23％，受到了国内外研究人员的广泛关注。钙钛矿太阳能电池制备方法多样，工艺简单，成本较低，同样可制成柔性电池，因此，我们将钙钛矿电池引入，直接制备在砷化镓多结电池背面，两种材料体系的太阳能电池相结合形成柔性的双面太阳能电池。相较于常规的单面电池，双面电池两面都能吸光，对空气中反射、散射的光加以利用，可以显著提高电池的光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出了一种柔性双面太阳能电池及其制备方法，可以制作双面均能发电的柔性太阳能电池，提高对太阳光的利用率，增大光电转换效率。