[发明专利]一种倒置三结太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及三结太阳能电池及其制造方法，尤其是一种倒置三结太阳能电池及其制造方法。

背景技术

砷化镓三结太阳能电池具有效率高、寿命长、温度特性好等优点，已在空间飞行器与地面聚光发电系统中得到广泛应用。传统GaInP₂/GaInAs/Ge三结太阳电池结构，其晶格与锗衬底匹配，便于通过金属有机化合物气相外延设备(MOVPE)工业化生产，但该结构锗底电池带隙较小(0.67eV)，造成了较大的电流损失，转换效率进一步提高的空间极为有限。

为了进一步提高电池光电转换效率，美国可再生资源实验室（NREL）提出采用GaInP₂/GaAs /In_0.3Ga_0.7As(1.0eV)倒置三结太阳电池结构，通过带隙1.0 eV的In_0.3Ga_0.7As底电池取代带隙0.67eV的锗底电池，减小了电流损失并提高开路电压，因而能获得更高的转换效率。该结构GaInP与GaAs子电池与衬底晶格匹配，易于生长，但第三结In_0.3Ga_0.7As底电池与GaAs中电池的晶格失配度为2.1%，临界厚度约为100 nm，一旦材料厚度超过临界厚度，应力释放将产生大量位错缺陷和出现严重的表面起伏，无法满足太阳能电池的应用，因此必须采取特殊的缓冲层技术来过渡晶格和过滤位错，从而获得高质量的In_0.3Ga_0.7As外延层。目前，国际上各大研究机构均开发出成熟的生长大失配结构的In_0.3Ga_0.7As外延层的方法，如美国NREL开发的Ga_yIn_1-yP组分跳变缓冲层结构，美国昂科公司（Emcore）开发的In_xAl_zGa_1-x-zAs组分跳变缓冲层结构等。然而，该三结电池结构的GaInP₂与GaAs子电池带隙受到衬底晶格的约束，电流还没达到完全匹配，限制转换效率进一步提升。

为了减少电流损失，台湾晶元光电(Epistar)提出采用Ga_0.46In_0.54P/Ga_0.96In_0.04As /In_0.37Ga_0.63As倒置三结太阳电池结构，即在GaAs或Ge衬底上，首先采用第一缓冲层过渡晶格，生长Ga_0.46In_0.54P/Ga_0.96In_0.04As倒置双结电池，然后采用第二缓冲层过渡晶格，生长更大失配的第三结In_0.37Ga_0.63As子电池。该结构增加了各子电池的吸收限，电流更加匹配，能进一步提升电池的转换效率。然而，该结构三个子电池均与衬底晶格均存在一定的失配，生长难度大，且在倒置双结上生长大失配缓冲层，不可避免在对已生长好的倒置双结电池产生热沉积影响，甚至会形成穿透位错，导致倒置双结电池性能退化，影响整个倒置电池效率的提升。且缓冲层位于三个子电池之间，存在一定的入射光损失，同时增加了电池的体电阻，降低光电转换效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种倒置三结太阳能电池，有效提高太阳能电池的光电转换效率。

本发明还提供上述倒置三结太阳能电池的制造方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种倒置三结太阳能电池，包括第一欧姆接触层，在第一欧姆接触层的上面依次连接有第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结、第三子电池、第二欧姆接触层，第一子电池、第二子电池、第三子电池的晶格常数相同，第一子电池具有第一带隙，第二子电池具有第二带隙，且其值小于第一带隙，第三子电池具有第三带隙，且其值小于第二带隙。

优选所述的第一子电池、第二子电池、第三子电池的晶格常数为0.57～0.59 nm。

优选所述的第一子电池带隙为1.7～1.9 eV，所述的第一子电池由In_xAl_zGa_1-x-zP构成，其中0.50＜x≤0.95，0＜z≤0.50。