[发明专利]多结太阳能电池外延结构

说明书

技术领域

本发明属于化合物半导体薄膜太阳能电池的外延生长领域，具体涉及一种多结太阳能电池外延结构。

背景技术

III-V族化合物半导体多结太阳能电池是转换效率最高的一种太阳能电池，同时具有耐高温性能强、抗辐射能力强、轻薄、温度特性好等优点。近年来，随着聚光光伏技术的发展和移动能源应用的发展，GaAs及相关化合物III-V族太阳能电池因其高光电转换效率而越来越受到关注。同时，配合优异的衬底剥离技术，实现衬底的多次重复利用，能够进一步降低GaAs及相关化合物III-V族太阳能电池芯片的成本，同时减轻电池芯片重量。因此基于III-V族化合物半导体多结太阳能电池的光伏发电技术具有非常广泛的市场发展前景。

对于本领域技术人员而言，GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池是目前转换效率最高的III-V族化合物半导体三结太阳能电池。该类型太阳能电池的优点是各个子电池的带隙宽度和电流都基本匹配。目前，GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜电池在AM1.5G下的最高转换效率已达37.9％。

图2显示一种传统的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的外延结构的示意图。如图2所示，该传统的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的外延结构依次包括：

GaAs衬底101’；

生长在GaAs衬底101’上的GaAs缓冲层102’；

生长在GaAs缓冲层102’上的AlGaAs腐蚀剥离层a’(或标示为103’)；

生长在AlGaAs腐蚀剥离层a’上的欧姆接触层104’；

生长在欧姆接触层104’上的GaInP子电池b’，该GaInP子电池b’依次包括窗口层105’、发射区106’、基区107’和背场区108’；

生长在GaInP子电池b’上的第一隧穿结c’，该第一隧穿结c’依次包括AlGaAs层109’和GaInP层110’；

生长在第一隧穿结c’上的GaAs子电池d’，该GaAs子电池d’依次包括窗口层111’、发射区112’、基区113’和背场区114’；

生长在GaAs子电池d’上的第二隧穿结f’，该第二隧穿结f’依次包括AlGaAs层115’和GaInP层116’；

生长在第二隧穿结f’上的N型掺杂AlInGaAs、GaInP、AlGaInP、GaInPAs，AlGaInAsP等材料构成的晶格过渡层e’(或标示为117’)；

生长在晶格过渡层e’上的InGaAs子电池g’；和生长在InGaAs子电池g’上的InGaAs接触层122’。

然而，这种传统的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的生长有一个问题。为了实现带隙宽度和电流的匹配，InGaAs子电池必须在晶格失配的条件下生长。为了在晶格失配的情况下生长低位错密度InGaAs材料，通常需要生长厚度达数微米的晶格过渡层来减小外延层的位错密度，这不但提高了电池的制造成本，同时也增加了电池的重量，限制了电池的应用环境。因此，如何在改善三结电池效率的情况下，进一步减轻电池重量，降低电池制造成本，成为了改善GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的一个极为重要的方面。

发明内容

本发明的目的旨在进一步提高多结太阳能电池的光电转换效率和/或降低制造成本。

根据本发明的一个方面，提供一种多结太阳能电池外延结构，包括：包括层叠布置的第一子电池、第二子电池和第三子电池，其中，

第一子电池和第二子电池具有一致的晶格常数，第二子电池和第三子电池具有不同的晶格常数，

在第二子电池和第三子电池之间设置有反射渐变层，所述反射渐变层构造用于对透过第二子电池基区的光谱进行反射；并且

所述反射渐变层包括层叠布置的多组分布式布拉格反射层，其中，在每组分布式布拉格反射层内部，材料的晶格常数不变；从第二子电池到第三子电池，各组分布式布拉格反射层的晶格常数逐渐变化，使得最靠近第二子电池的一组分布式布拉格反射层的晶格常数接近第二子电池的晶格常数，而最靠近第三子电池的一组分布式布拉格反射层的晶格常数接近第三子电池的晶格常数；且整个反射渐变层材料的禁带宽度都不小于第二子电池基区的禁带宽度。

根据本发明的一个实施例，所述的多结太阳能电池外延结构还包括至少一个另外的子电池。