[发明专利]砷化镓与钙钛矿异质结太阳能电池及其制作方法

说明书

本发明提供了一种砷化镓与钙钛矿异质结太阳能电池及其制作方法。该电池包括N型砷化镓半电池和位于N型砷化镓半电池上方的P型钙钛矿半电池，N型砷化镓半电池从下至上依次包括衬底、N型砷化镓层和砷化镓吸收层；P型钙钛矿半电池从下至上依次包括钙钛矿吸收层、空穴传输层和电极层。该电池的结构使得在制作过程中去除了砷化镓太阳能电池P型半导体层生长步骤，降低了电池生产过程的难度，提高产品良率。与此同时，P型钙钛矿太阳能半电池具有吸光系数强、载流子迁移距离长、电池电压高等优势，能进一步提高砷化镓太阳能电池光电转化效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种砷化镓与钙钛矿异质结太阳能电池及其制作方法。

背景技术

砷化镓太阳能电池是目前光电转化效率最高的太阳能电池，砷化镓作为直接带隙的半导体材料，禁带宽度1.43eV。多结砷化镓太阳能电池是由不同禁带宽度的子电池串联而成，子电池由上到下，禁带宽度依次降低，主要是利用不同材料的子电池禁带宽度不同，吸收阳光能量范围不同，拓宽对太阳光吸收范围，提高光电转化效率。

近年来，钙钛矿太阳能电池是发展最为迅速的一类太阳能电池，钙钛矿太阳能电池制备方法简单，生产成本低，钙钛矿材料禁带宽度1.2-2.3eV可调，光吸收系数强，载流子迁移距离长，其光电转换效率在短短的几年时间内从3.8％上升至目前的22.1％。

专利CN107046027A提出一种通过采用金属键合技术，将钙钛矿太阳能电池串接在多结砷化镓太阳能电池上，其原理相当于电池之间的串联模式。然而，砷化镓太阳能电池一般通过金属有机化合物气相沉积(MOCVD)或者分子束外延(MBE)中进行外延沉积制备，在外延生长过程中，p型砷化镓半导体层一般掺杂C元素或者Zn元素，生长较为困难，p型重掺杂GaAs更是难以制备。基于以上原因，目前将钙钛矿太阳能电池和砷化镓太阳能电池集成时存在生产难度大、产品良率低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种砷化镓与钙钛矿异质结太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中将钙钛矿太阳能电池和砷化镓太阳能电池集成时生产难度大、产品良率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种砷化镓与钙钛矿异质结太阳能电池，其包括N型砷化镓半电池和位于N型砷化镓半电池上方的P型钙钛矿半电池，N型砷化镓半电池从下至上依次包括衬底、N型砷化镓层和砷化镓吸收层；P型钙钛矿半电池从下至上依次包括钙钛矿吸收层、空穴传输层和电极层。

进一步地，砷化镓吸收层的远离衬底的一侧表面为粗糙表面或凹凸表面，且钙钛矿吸收层的与砷化镓吸收层相接触的表面为与其相适配的粗糙表面或凹凸表面；优选地，砷化镓吸收层的远离衬底的一侧表面为锯齿形凹凸表面或T型凹凸表面，且钙钛矿吸收层的与砷化镓吸收层相接触的表面为与其相适配的锯齿形凹凸表面或T型凹凸表面。

进一步地，N型砷化镓层为Si掺杂层，优选N型砷化镓层中的Si掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3；优选地，N型砷化镓层的材料为Al_xGa_1-xAs或(Al_yGa_1-y)_ZIn_1-zP，其中x的取值范围为0～0.5，y的取值范围为0～0.5，z的取值范围为0.4～0.6。

进一步地，砷化镓吸收层的材料为GaAs，为Si掺杂，掺杂浓度低于1×10²²。

进一步地，衬底为Ge衬底、Si衬底或GaAs衬底；优选地，N型砷化镓层的厚度为50～500nm，砷化镓吸收层的厚度为500～5000nm，衬底的厚度为270～1000um。