[发明专利]四结级联太阳电池的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种四结级联太阳电池的制作方法及该方法制作得到的四结级联太阳电池。

背景技术

作为一种理想的绿色能源材料，太阳电池成为各国的研究热点，为了促进太阳电池的进一步实用化，提高其光电转换效率是其降低发电成本的一种有效手段。

叠层电池采用不同禁带宽度的子电池串联能极大地提高太阳光的利用率，目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GaInP/GaAs/Ge三结电池，该材料体系目前达到的最高转换效率为32-33%。然而该三结电池中Ge底电池覆盖较宽的光谱，其短路电流较大，为了实现与其他子电池的电流匹配必然会降低太阳光利用率。为了进一步提高转换效率，需要对底电池进行拆分，如在GaAs和Ge电池中间插入一带隙为1.00eV的InGaAsN材料，做成四结电池，实现光电流匹配，提高电池效率。

但目前制备的InGaAsN材料缺陷多、载流子迁移率低，影响了电池性能的提高。因此研究人员积极寻求别的途径来获得高效的太阳能电池，在GaAs衬底失配生长1.0eV的InGAs被证实是可行的，为了节省过渡层个数，一般采用倒装生长的方法，但器件性能相对正装生长有所降低。而且1.0eV的InGAs与GaAs存在2.1%的晶格失配，其晶体质量很难提高。如单纯从晶格匹配的角度采用基于GaAs衬底的GaInP/GaAs(1.9/1.42eV)和InP衬底的InGaAsP/InGaAs(1.05/0.74eV)双结电池的键合，采用常规的晶片键合技术则需要GaAs和InP两个衬底生长，可以采用倒装生长GaAs基双结电池并剥离GaAs衬底，但增加了一步剥离工艺，增加了电池制作成本及制作工艺的难度。

如何实现多结太阳电池合理的带隙组合，减小电流失配同时而又不提高电池制作成本和难度成为当前Ⅲ-Ⅴ族太阳电池亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种四结级联太阳电池的制作方法，在继承以往两结级联太阳电池光电转换效率相对较高、稳定、寿命长的基础上，制备四结单片高效太阳电池，以获得高电压、低电流输出，从而有效降低超高倍聚光太阳电池中的电阻损失，实现较高的光电转换效率。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种四结级联太阳电池的制作方法，采用InP作为支撑衬底，首先在InP衬底上制备与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池；然后在InGaAsP/InGaAs双结电池上制备一InP键合层，并在所述InP键合层上键合一GaAs键合层；最后在GaAs键合层上制备与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池；最终得到带隙能量分别为1.89/1.42/1.0/0.73eV的四结级联太阳电池。

所述InP键合层与GaAs键合层形成隧道结；优选地，所述InP键合层的厚度为10-50nm；所述GaAs键合层的厚度为0.01-10μm。

优选地，制备InGaAsP/InGaAs双结电池的具体步骤为，在InP衬底上按照远离InP衬底的方向依次生长InP缓冲层，InGaAs子电池，第一隧道结以及InGaAsP子电池。

优选地，制备GaInP/GaAs双结电池的具体步骤为，在GaAs键合层上按照远离GaAs键合层上的方向依次生长GaAs缓冲层，GaAs子电池，第二隧道结以及GaInP子电池。

另外，该方法还包括在电池的表面制作正负电极以及减反膜。

本发明的另一个目的是提供一种四结级联太阳电池,该太阳电池包括与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池和与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池,所述InGaAsP/InGaAs双结电池生长于InP衬底上；所述InGaAsP/InGaAs双结电池上设置有一InP键合层，所述InP键合层上键合有一GaAs键合层；所述GaInP/GaAs双结电池生长于GaAs键合层上；所述InP键合层与GaAs键合层形成隧道结。

优选地，所述InP键合层的厚度为10-50nm。

优选地，所述GaAs键合层的厚度为0.01-10μm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）一般常规外延用GaAs衬底的厚度为350微米，而本发明采用键合10微米以下的GaAs薄层技术，直接在该GaAs键合层上制备双结电池，大大节省了GaAs衬底的消耗；并且，As作为稀有金属与剧毒物质，减少其使用量也减少了对环境的污染；