[发明专利]一种含有InAs量子点结构的多结太阳电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种含有InAs量子点结构的多结太阳电池。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视，开展太阳能电池研究、发展光伏产业对国家能源的可持续发展具有非常重要的意义。目前，太阳能电池的发展和利用中所遇到的一个主要问题就是光电转换效率较低，太阳电池的性价比不高，尚且不能满足大规模民用的需求。目前，已商用化的太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅、非晶硅和CdTe等薄膜电池。其中，单晶硅和多晶硅电池占了大约90％的市场份额，然而，它们的光电转换效率不高，商用单晶硅电池的转化效率约为16％到20%，多晶硅电池约为14％到16％。另外，由于硅材料本身性质的限制，硅电池的光电转换效率很难再有较大的提高。因此，开发高效率的新型太阳能电池显得尤为重要。

近些年来，国际上提出了第三代高效太阳电池的概念，并有很多科研单位进行了基础性研究。第三代高效太阳电池主要包括多结太阳电池、量子阱电池、多能带电池、热载流子电池和量子点电池等。其中，多结太阳电池是第三代太阳电池的典型代表，其理论极限效率高达70%，远远高于以晶硅电池为代表的第一代电池和以硅基薄膜、CdTe、CIGS电池等为代表的第二代薄膜电池，未来发展潜力巨大。在实验室研究方面，GaAs系叠层电池的光电转换效率已达到43.5%（美国Solar Junction公司）。

同时，量子点结构本身的很多优点使其在新型电池的研究中得到了广泛的重视，除了可以在应用于量子点电池之外，还可以在多能带电池和热载流子电池等新型电池中起到关键作用。通过在p-i-n型太阳电池的i层中引入量子点超晶格结构，由于微带效应，可以形成多能带电池，从而有效利用不同波段的太阳光，提高电池转换效率。其中，最简单的就是量子点中间带隙电池，根据理论预测，其极限效率高达63.2％（A. Luque and A. Marti, Phys. Rev. Lett, 78 (1997) 5014）。目前，已经有相关学者开始在实验室研究InAs/GaAs量子点太阳电池，并取得了相应的研究成果（A. Marti, Thin Solid Films, 511-512 (2006) 638-644）。

国际上对于多结太阳电池的研究主要集中在Ga_0.5In_0.5P/Ga_0.98In_0.02As/Ge三结电池上面，其子电池带宽搭配为1.86/1.39/0.67eV，然而Geisz等人经过计算表明当三结电池的子电池带宽搭配为1.86/1.34/0.93eV时，其聚光时光电转换效率达到最高（J. F. Geisz, et al. Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 123505）。因此，选择带宽为0.67eV的Ge电池作为底电池在一定程度上限制了三结电池性能的进一步提高。而p-i-n型InAs/GaAs量子点太阳电池以非掺杂的InAs量子点周期结构作为吸收层，可以通过调节InAs量子点的周期、尺寸等参数，通过量子点超晶格的微带效应来调节其有效吸收带宽。Laghumavarapu等人的研究结果表明InAs/GaAs量子点太阳电池的有效吸收带宽完全可以调节至0.9eV左右（R. B. Laghumavarapu, et al. Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 243115）。

那么，如果可以将InAs/GaAs量子点太阳电池应用的多结电池中，则可以大大提高多结电池的性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种含有InAs量子点结构的多结太阳电池，在其结构上选择InAs/GaAs量子点太阳电池作为底电池，可以优化多结电池的子电池带宽搭配，最终提高整体电池的光电转换性能。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种含有InAs量子点结构的多结太阳电池，其特征在于：包括电极、多结太阳电池材料和减反射膜，所述多结太阳电池材料的上表面设置有减反射膜，减反射膜上方设置有电极，同时多结太阳电池材料的下表面也设置有电极；

所述多结太阳电池材料按照层状结构从下至上包括有衬底、底电池、中间电池、顶层电池，所述衬底为半导体单晶片，底电池是p-i-n结构的InAs/GaAs量子点太阳电池，中间电池为GaInAs太阳电池，顶层电池为GaInP太阳电池，底电池与中间电池之间通过隧道结连接，中间电池与顶层电池之间通过隧道结连接。