基于石墨襯底的倒裝三結太陽電池及其制備方法與流程

文檔序號：11136688閱讀：727來源：國知局

本發明屬于光伏技術領域，具體涉及一種基于石墨襯底的倒裝三結太陽電池及其制備方法。

背景技術：

提高太陽電池的光電轉換效率，同時降低其生產成本，一直是光伏領域的研究熱點。基于Ⅲ—V族材料制備的多結太陽電池，將不同禁帶寬度的子電池串聯在一起，使其選擇性地吸收不同波段的太陽光譜，不僅可以拓寬電池對太陽光譜的吸收范圍，且減小了熱化損失，可有效提高太陽電池的轉換效率。目前，基于晶格匹配原理制造的Ge\GaInAs\GaInP三結太陽電池技術最為成熟，應用最為廣泛，其在聚光條件下實驗室最高效率為41.6% (AM1.5，364-suns)。但由于其帶隙的限制，三結子電池的短路電流不匹配，光電效率很難進一步提高。同時，由于Ge是典型的烯散金屬，全世界可供開采的Ge資源比較匱乏，價格昂貴，使用Ge作為多結電池的襯底不利于降低成本，并且增加了電池的總重量。

因此，實現更高效率多結太陽電池的關鍵在于保證高質量晶體材料生長的前提下實現最優帶隙配比。目前主要技術途徑為優先考慮各子電池帶隙與太陽光譜的匹配，通過引入漸變緩沖層等方法來實現晶格失配材料的生長。為有效減少底電池與晶片之間的晶格失配引起的位錯對其他子電池生長的不利影響，采用倒裝結構的多結太陽電池，即先外延生長與襯底晶格匹配的頂電池、中電池，最后再外延底電池。而為了降低多結電池的制作成本，可采用廉價的石墨襯底來替代昂貴的Ge或者GaAs襯底。采用石墨作為襯底的另一好處是易于剝離，并且可以重復使用。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于石墨襯底的倒裝三結太陽電池及其制備方法，實現多結電池更優的帶隙配比，獲得更匹配的短路電流，同時降低電池的制作成本。

本發明基于石墨襯底的倒裝三結太陽電池，包括支撐襯底、背面電極、正面電極和外延結構，其特征在于，外延結構包括依次倒裝生長的GaInP頂電池、第一隧穿結、In_xGa_1-_xAs中電池、第二隧穿結、緩沖層、In_yGa_1-yAs底電池。

進一步，在于GaInP頂電池之下設置有第一歐姆接觸層，In_yGa_1-yAs底電池之上設置有第二歐姆接觸層。

進一步，所述GaInP頂電池和In_xGa_1-xAs中電池與外延襯底晶格匹配，其中0≤x＜0.1；所述In_xGa_1-xAs中電池與In_yGa_1-yAs底電池通過所述緩沖層進行過渡，其中0<y＜0.5。

進一步，所述緩沖層采用梯度組分漸變的In_zAl_1-zAs，其中0≤z＜0.5。

為實現上述目的，本發明還提供了所述倒裝三結電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）將石墨襯底進行機械拋光；

（2）在石墨襯底拋光面上利用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）的方法，依次沉積Ge層、GaAs層，作為倒裝三結太陽電池的外延襯底；

（3）采用MOCVD依次外延生長第一歐姆接觸層、GaInP頂電池、第一隧穿結、In_xGa_1-xAs中電池、第二隧穿結、緩沖層、In_yGa_1-yAs底電池，第二歐姆接觸層；

（4）在上述外延片第二歐姆接觸層表面蒸鍍背面電極并將其鍵合至一支撐襯底，去除外延襯底，制備正面電極，獲得目標電池。

本發明的有益效果：本發明采用廉價的石墨襯底沉積Ge層和GaAs層，替代Ge或GaAs晶圓片作為多結電池的外延襯底，減少了Ge或GaAs的消耗，降低了電池的制作成本。同時，所述倒裝三結太陽電池可實現更優的帶隙配比，獲得更匹配的短路電流，進一步提高電池的光電轉換效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例倒裝三結太陽電池外延襯底的結構示意圖。

圖2為本發明實施例倒裝三結太陽電池的外延結構示意圖。

圖3為本發明實施例倒裝三結太陽電池制成品的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1：以下結合附圖對本發明提供的倒裝三結太陽電池及其制備方法作進一步的詳細說明。

本發明基于石墨襯底制備了倒裝三結太陽電池。圖1示出了本實施例倒裝三結電池的外延襯底，包括石墨襯底01、Ge層02、GaAs層03。圖2示出了本實施例倒裝三結電池的外延結構，包括石墨襯底01、Ge層02、GaAs層03、第一歐姆接觸層04、GaInP頂電池05、第一隧穿結06、In_xGa_1-xAs中電池07、第二隧穿結08、緩沖層09、In_yGa_1-yAs底電池10、第二歐姆接觸層11。圖3示出了本實施例倒裝三結電池的制成品結構，包括支撐襯底12、背面電極13、第二歐姆接觸層11、In_yGa_1-yAs底電池10、緩沖層09、第二隧穿結08、In_xGa_1-xAs中電池07、第一隧穿結06、GaInP頂電池05、第一歐姆接觸層04、正面電極14。下面介紹本實施例倒裝三結電池的制備方法，包括如下步驟：