[实用新型]一种含有多层DBR结构的太阳能电池

说明书

本实用新型公开了一种含有多层DBR结构的太阳能电池，包括衬底及按层状结构依次叠加在衬底上的多个子电池，在多个子电池之下各增加有一层DBR结构；DBR结构反射的光能范围应处于相应子电池能够利用的光能范围内，DBR结构要求其材料带隙高于位于光路下游的子电池的带隙，保证DBR结构对于光路下游的子电池能够利用的光能是透明的；DBR结构要求与相应子电池晶格匹配，相邻子电池之间的晶格常数差距不超过1％。本实用新型可同时起到提升电池抗辐照性能、过滤位错的作用，尤其适用于子电池材料生长条件苛刻，生长质量不佳的太阳能电池，可以实现在光吸收效率不减少的情况下，降低功能层厚度，从而降低新电池开发难度，极大拓展子电池功能层材料选择范围的目的。

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏发电的技术领域，尤其是指一种含有多层DBR结构的太阳能电池。

背景技术

近代以来，随着人类能源需求的迅速扩张，能源问题已经成为困扰世界经济可持续发展和引发国际争端的焦点问题，在现有的能源结构中，煤、石油、天然气等不可再生能源仍占据统治地位，在带来越来越严重的环境问题的同时，对于未来不可再生能源耗尽问题的焦虑也在迅速蔓延，由此引发的对于不可再生能源价格的周期性炒作也放大了不可再生能源的价格波动范围，给全球经济的可持续发展带来较大的不确定因素。

综合考虑人类社会和自然环境的可持续发展，优化能源消耗结构，大力推动可再生能源的大规模应用。目前已经具有规模化开发应用潜力的新能源方案有核能、风能、潮汐能和太阳能等。但是，核能的大规模利用不得不面对一旦发生核废料泄漏，将酿成巨大灾难的隐患，同时核燃料储量和核废料的处理也是不得不考虑的难题。风能和潮汐能受到地域的局限，且稳定性较差，对电网冲击较大。相对人类现有能源消耗需求而言，太阳能可谓取之不尽用之不竭。从太阳发出来的光经过1.5亿公里的距离穿过大气层到达地球表面的能量换算成电力，高达～1014KW，约为全球平均电力的10万倍。如果这些能量能够被有效利用，达到取代传统能源的程度，则上述问题得以迎刃而解。目前，世界范围内已开展了大量太阳能光伏科技领域的研究项目。

太阳能电池种类很多，按照材料大致可分为：硅太阳能电池、无机化合物(Ⅲ-Ⅴ、Ⅱ-Ⅵ族)半导体太阳能电池、有机高分子染料电池等几大类。目前，砷化镓多结太阳电池作为Ⅲ-Ⅴ族材料太阳能电池的一种，由于其光电转换效率明显高于晶硅电池，因而被广泛地应用于聚光光伏发电(CPV)系统和空间电源系统。砷化镓多结电池的主流结构是晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池，相应的带隙结构为1.85/1.40/0.67eV，其在500倍聚光条件下，光电转换效率已超过40％，远高于其它类太阳能电池。然而，由于其发电成本过高，成为Ⅲ-Ⅴ族多结太阳能电池产业大规模应用的主要制约因素。而降低成本的关键之一就在于进一步提高电池的光电转换效率。

研究表明，生长具有更多结结构的太阳能电池，可以更充分的利用太阳光能，从而有效提升太阳能电池的理论光电转换效率。然而，一方面在现有技术条件下，带隙合适的材料其生长质量尚不能满足多结太阳能电池功能层材料的要求，例如临界厚度较薄，长到目标厚度时，穿透位错密度较高，从而限制了新结构电池的开发和量产进度。

同时，在现有Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池最大的应用市场——航空航天市场中，多结太阳能电池抗辐照性能的进一步优化，也是需求方迫切希望得到优化提升的方面。结合文献报道，通过引入抗辐照性能更优秀的DBR层结构，同时减薄抗辐照性能较差的子电池功能层厚度，可以在不降低光吸收效率的同时，改善电池整体的抗辐照性能。

此外，由于DBR层的引入降低了子电池功能层材料厚度，这就使得一些原本由于在现有技术条件下，难以高质量生长较厚材料而无法得到应用的电池材料得以实用，从而极大的扩展了电池功能层可选择的材料范围，或使得原有功能层材料晶体质量更加优化，从而有利于电池性能的提升。

综上，在太阳能电池设计中引入多层DBR结构，可很好地解决上述太阳能电池中存在的问题，更大程度地发挥多结叠层太阳能电池的优势，并降低新结构太阳能电池的研发难度，加速研发进度，促进太阳能电池产业的快速优化升级。