[发明专利]太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本申请属于太阳能电池领域，特别是涉及一种含GaInNAs(Sb)子电池的五结叠层电池及其制备方法。

背景技术

太阳光谱是宽光谱，光子能量范围大约是0~4eV，因此从根本上决定了单结太阳电池的转换效率低于相应单色光谱下（光子能量大于带隙宽度）的能量转换效率。解决的方法也很简单，从原理上来说，与其用一个固定带隙的太阳能电池转换所有的光子能量，不如将光谱分为几个区域，用几个带隙匹配的多结太阳电池中的结区实现光电转换。假设光谱的能量被分为几个区域hν₁~hν₂，hν₂~hν₃，hν₃~hν_∞，其中hν₁<hν₂<hν₃，则相对应的多结太阳电池内各结区带隙分别为Eg₁=hν₁，Eg₂=hν₂，Eg₃=hν₃。光谱分段越多，则电池的潜在转换效率则越高。

多结电池的实现需要光子直接到达与之能量匹配的结区。从概念上来说最简单的解决方法是用一个光学分光装置如棱镜根据光的能量将光分到空间的不同区域，把合适的太阳电池分别放在对应的区域来收集光子。然而在实际的环境中这种光学结构极为复杂，实现非常困难。通常一种更好的方法是做一种叠层式的电池结构，光先进入到最高带隙的结中，然后进入到较低带隙的结中，这种结构充分利用了结的“低通光子滤波器”功能，即只通过下级带隙的光。

GaInNAs(Sb)材料由于其带隙（0.8~1.4 eV）和晶格常数可调范围都很大，是多结太阳能电池发展的理想材料。目前含GaInNAs(Sb)子电池的三结叠层电池GaInP/GaAs/GaInNAs(Sb)效率已取得重大突破。另外，Ge衬底上的含有GaInNAs(Sb)子电池的GaInP/GaAs/GaInNAs(Sb)/Ge四结叠层电池也是将转换效率进一步提升的重要方案之一。为进一步提升效率，含GaInNAs(Sb)的五结甚至更多结电池也必然是发展趋势。然而，同一个衬底上使用的材料体系过多，会造成晶格不匹配的现象严重。

发明内容

本发明的目的提供一种AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)/GaInAs五结叠层电池，其具有合理的带隙组合（2.2/1.7/1.4/1.05/~0.7eV），可实现对太阳光谱的充分利用，最终提高电池的转换效率，而且避免了晶格不匹配的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种太阳能电池，包括衬底、形成于衬底表面的GaInAs基电池膜层以及与GaInAs基电池膜层键合的AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层。

优选的，在上述的太阳能电池中，还包括分别电性连接于所述AlGaInP层以及GaInAs基电池膜层的两个电极。

优选的，在上述的太阳能电池中，所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层均采用双层台面结构，且所述GaInAs基电池膜层与AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层中每层台面结构裸露表面均设置一电极。

相应地，本申请还公开了一种太阳能电池的制作方法，包括如下步骤：

1）在GaAs衬底上倒置生长AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层，在InP衬底上生长GaInAs基电池膜层；

2) 将AlGaInP/(Al)GaInP/GaInNAs(Sb)/GaInNAs(Sb)四结电池膜层底部的GaInNAs(Sb)裸露面键合至GaInAs基电池膜层的裸露表面；

3) 剥离GaAs衬底；

4) 制作电极。

优选的，在上述的太阳能电池的制作方法中，所述的步骤还包括剥离所述的InP衬底并替换成硅、金属或塑料衬底。