[发明专利]多结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化合物半导体太阳能电池领域，具体涉及一种多结太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种利用光生伏特效应，将太阳能转化成电能的半导体器件，由一p型及n型半导体组合而成。当太阳光照射到器件时，能量大于半导体能隙的太阳光会被吸收，而使得半导体器件产生电子空穴对，接通后即形成电流。

图1为太阳辐射光谱图，波长主要分布范围从0.3微米的紫外光到数微米的红外光，换算成光子能量，大约从0.4 eV到4 eV。为了能够更多吸收太阳光能量，多结太阳能电池被提出来，其将具有不同能隙的半导体元件堆叠在一起，如此可利用多种不同能隙的半导体材料层分别吸收不同能量的太阳光以增进光电转换效率。虽然以此种方式可增加能量吸收的带宽，但由于不同能隙的半导体材料层叠合在一起，顶层太阳能电池与底层太阳能电池各自产生的电流密度差异过大，此电流不匹配性，将导致整个元件光电转换效率减低，因此如何降低电流不匹配性是一个重要的议题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可降低电流不匹配性进而提高光电转换效率的多结太阳能电池结构及其制备方法，其通过减少顶子电池的受光面积，降低顶子电池的电流，并将剩余的光留给下面的子电池来吸收，提高下面子电池的电流，最终达到多结子电池的电流匹配，从而实现多结电池效率的最优化。

根据本发明的第一个方面，一种多结太阳能电池，至少包括一底子电池和一位于所述底电池之上的顶子电池，所述顶子电池仅形成于所述底子电池的部分表面上以减少顶子电池的受光面积，当光线入射至该多结太阳能电池时，部分光线直接由顶子电池下面的其余子电池吸收，降低所述顶子电池的电流。

在一些实施例中，所述顶子电池的表面积占底子电池的70%~99%。

在一些实施例中，所述顶子电池具有沟槽图形，露出其下方子电池的表面，当光线入射至该沟槽图形时，由沟槽下方的子电池直接吸收。较佳的，所述沟槽图形的面积占总面积的1%~30%。较佳的，所述沟槽图形的深度不大于所述顶子电池的厚度。

在一些实施例中，所述的多结太阳能电池包括三结子电池，其从下到上分别为Ge第一子电池、GaAs第二子电池，GaInP第三子电池，其中所述第三子电池仅形成于第二子电池的部分表面上，所述第二子电池露出部分表面，当光线入射至该露出部分表面时直接由第二子电池吸收。较佳的，所述顶子电池的面积占中子电池的95%~99%。

在一些实施例中，所述的多结太阳能电池包括四结子电池，其从下到上分别为Ge第一子电池、InGaAs第二子电池、InGaAsP或AlInGaAs第三子电池、AlInGaP第四子电池，其中所述第四子电池仅形成于第三子电池的部分表面上，所述第三子电池露出部分表面，当光线入射至该露出部分表面时直接由第三子电池吸收。

根据本发明的第二个方面，一种多结太阳能电池的制备方法，包括依次沉积外延叠层，其包括一底子电池和一位于所述底电池之上的顶子电池，其特征在于：仅在所述底子电池的部分表面上形成顶子电池，以减少顶子电池的受光面积，当光线入射至该多结太阳能电池时，部分光线直接由顶子电池下面的其余子电池吸收，降低所述顶子电池的电流。

在一些实施例中，所述多结太阳能电池的制备方法，包括步骤：提供一衬底，在其上依次形成各结子电池，其至少包括底子电池和位于所述底子电池之上的顶子电池；在所述顶子电池形成沟槽图形，露出其下方子电池的表面，当光线入射至该沟槽图形时，由沟槽下方的子电池直接吸收。较佳的，所述形成的沟槽图形的面积占总面积的1%~30%。

附图说明

图1为太阳辐射光谱图。

图2为本发明第一实施例三结太阳能电池的侧面剖视图。

图3为图2所示三结太阳能电池的光吸收示意图。

图4为图2所示三结太阳能电池的沟槽图形。

图5为GaInP子电池的光谱响应曲线图。

图6为GaAs子电池的光谱响应曲线图。

图7为本发明第二实施例四结太阳能电池的侧面剖视图。

图8~11显示了本发明第二实施例四结太阳能电池制作过程中的结构剖视图。

具体实施方式