四結(jié)太陽(yáng)能電池制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種四結(jié)太陽(yáng)能電池，其包括GaAs襯底，所述GaAs襯底為雙面拋光的n型GaAs單晶片，在所述GaAs襯底的上表面設(shè)置有GaInP子電池、GaAs子電池、InGaNAsBi子電池和第一GaAs緩沖層，在所述GaAs襯底的下表面設(shè)置有第二GaAs緩沖層、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，所述GaInP子電池和GaAs子電池之間通過第三隧道結(jié)連接，所述GaAs子電池與InGaNAsBi子電池之間通過第二隧道結(jié)連接，所述InGaNAsBi子電池與第一GaAs緩沖層之間通過第一隧道結(jié)連接。本發(fā)明專利技術(shù)可以提高太陽(yáng)電池對(duì)太陽(yáng)光譜的利用率，從而提高多結(jié)太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及太陽(yáng)能光伏的
，尤其是指一種含有量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池的四結(jié)太陽(yáng)能電池。
技術(shù)介紹
Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池作為一種高效的能源材料成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)，為了促進(jìn)太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步實(shí)用化，提高其光電轉(zhuǎn)換效率是其降低發(fā)電成本的一種有效手段。高效的太陽(yáng)能電池需要對(duì)太陽(yáng)光譜進(jìn)行劃分，采用與之相匹配的不同帶隙寬度子電池進(jìn)行串聯(lián)，以達(dá)到充分利用太陽(yáng)光的目的。目前研究較為成熟的體系是晶格匹配生長(zhǎng)的GaInP/GaAs/Ge(1.9/1.42/0.7eV)三結(jié)電池，其最高轉(zhuǎn)換效率為32-33％(一個(gè)太陽(yáng))。然而該三結(jié)電池中Ge底電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流較大，為了實(shí)現(xiàn)與其他子電池的電流匹配必然會(huì)降低太陽(yáng)光利用率。理論分析表明，帶隙結(jié)構(gòu)為1.90/1.43/1.04/0.67eV的四結(jié)太陽(yáng)電池理論效率能達(dá)到58％，結(jié)合實(shí)際因素后的效率極限達(dá)47％，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)三結(jié)42％的極限效率(R.R.King,D.C.Law,K.M.Edmondsonetal.,AdvancesinOptoElectronics，2007(2007)29523)，這主要是因?yàn)橄啾扔谌Y(jié)電池，四結(jié)電池可以減少熱損失，提高電池對(duì)太陽(yáng)光譜的利用率，同時(shí)提高開路電壓和填充因子。如何實(shí)現(xiàn)多結(jié)太陽(yáng)能電池合理的帶隙組合，減小電流失配同時(shí)而又不提高電池制作成本和難度成為當(dāng)前Ⅲ-Ⅴ族太陽(yáng)能電池亟需解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提供一種量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池的四結(jié)太陽(yáng)能電池，可以使電池的帶隙結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)光譜更加匹配，充分發(fā)揮四結(jié)電池的優(yōu)勢(shì)，提高電池對(duì)太陽(yáng)光譜的利用率，提高多結(jié)電池的整體開路電壓和填充因子，并最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提出的一種四結(jié)太陽(yáng)能電池，包括有GaAs襯底，所述GaAs襯底為雙面拋光的n型GaAs單晶片，在所述GaAs襯底的上表面設(shè)置有GaInP子電池、GaAs子電池、InGaNAsBi子電池和第一GaAs緩沖層，在所述GaAs襯底的下表面設(shè)置有第二GaAs緩沖層、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，所述GaInP子電池和GaAs子電池之間通過第三隧道結(jié)連接，所述GaAs子電池與InGaNAsBi子電池之間通過第二隧道結(jié)連接，所述InGaNAsBi子電池與第一GaAs緩沖層之間通過第一隧道結(jié)連接。作為優(yōu)選，所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池為p-i-n結(jié)構(gòu)的InGaAs/GaAs量子點(diǎn)太陽(yáng)電池，從上至下依次包括有n型AlGaAs窗口層、n型GaAs層、非摻雜的InxGa1-xAs/GaAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)層、p型GaAs層、p型AlGaAs背場(chǎng)層；其中0.8〈x〈0.95，InxGa1-xAs/GaAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)層光學(xué)帶隙為0.65eV—0.75eV。作為優(yōu)選，所述InGaNAsBi子電池包含材料為InGaNAsBi的基區(qū)，以及在所述基區(qū)上設(shè)置的材料為InGaNAsBi的發(fā)射區(qū)。作為優(yōu)選，所述GaInP子電池和所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池上分別設(shè)有電極。作為優(yōu)選，所述四結(jié)太陽(yáng)能電池的帶隙組合為1.90eV、1.42eV、1.00eV、0.70eV。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：利用GaAs雙面生長(zhǎng)襯底，并結(jié)合量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)材料的自身特點(diǎn)，在GaAs襯底的上表面設(shè)置有GaInP子電池、GaAs子電池以及InGaNAsBi子電池，在其下表面設(shè)置帶隙約0.65eV—0.75eV的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，最終得到帶隙組合結(jié)構(gòu)接近1.9/1.42/1.04/0.7eV的四結(jié)太陽(yáng)電池，達(dá)到太陽(yáng)光譜下四結(jié)電池最佳帶隙組合，最大程度發(fā)揮四結(jié)電池的優(yōu)勢(shì)，提高電池對(duì)太陽(yáng)光譜的利用率，顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)的四結(jié)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)施例所述的一種四結(jié)太陽(yáng)能電池，包括有GaAs襯底1，所述GaAs襯底1為雙面拋光的n型GaAs單晶片，在所述GaAs襯底1的上表面設(shè)置有GaInP子電池8、GaAs子電池6、InGaNAsBi子電池4和第一GaAs緩沖層2，在所述GaAs襯底1的下表面設(shè)置有第二GaAs緩沖層9、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池10，所述GaInP子電池8和GaAs子電池6之間通過第三隧道結(jié)7連接，所述GaAs子電池6與InGaNAsBi子電池4之間通過第二隧道結(jié)5連接，所述InGaNAsBi子電池4與第一GaAs緩沖層2之間通過第一隧道結(jié)3連接，所述InGaNAsBi子電池4包含材料為InGaNAsBi的基區(qū)，以及在所述基區(qū)上設(shè)置的材料為InGaNAsBi的發(fā)射區(qū)，所述GaInP子電池8和所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池10上分別設(shè)有電極，所述四結(jié)太陽(yáng)能電池的帶隙組合可以為1.90eV、1.42eV、1.00eV、0.70eV。所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池10為p-i-n結(jié)構(gòu)的InGaAs/GaAs量子點(diǎn)太陽(yáng)電池，從上至下依次包括有n型AlGaAs窗口層、n型GaAs層、非摻雜的InxGa1-xAs/GaAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)層、p型GaAs層、p型AlGaAs背場(chǎng)層；其中0.8〈x〈0.95，InxGa1-xAs/GaAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)層光學(xué)帶隙為0.65eV—0.75eV。下面為本實(shí)施例上述四結(jié)太陽(yáng)能電池的具體制備過程，其情況如下：首先，以4英寸雙面拋光的n型GaAs單晶片為襯底，然后采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)或分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)(MBE)在GaAs襯底的上表面依次生長(zhǎng)第一GaAs緩沖層2、第一隧道結(jié)3、InGaNAsBi子電池4、第二隧道結(jié)5、GaAs子電池6、第三隧道結(jié)7和GaInP子電池8，最后將GaAs襯底翻轉(zhuǎn)180°，再在GaAs襯底的下表面依次生長(zhǎng)第二GaAs緩沖層9和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，即可完成四結(jié)太陽(yáng)能電池的制備。綜上所述，本專利技術(shù)利用GaAs雙面生長(zhǎng)襯底，并結(jié)合量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)材料的自身特點(diǎn)，在GaAs襯底的上表面設(shè)置有GaInP子電池、GaAs子電池以及InGaNAsBi子電池，在其下表面設(shè)置帶隙約0.65eV—0.75eV的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，最終得到帶隙組合結(jié)構(gòu)接近1.9/1.42/1.04/0.7eV的四結(jié)太陽(yáng)電池，達(dá)到太陽(yáng)光譜下四結(jié)電池最佳帶隙組合，最大程度發(fā)揮四結(jié)電池的優(yōu)勢(shì)，提高電池對(duì)太陽(yáng)光譜的利用率，從而盡可能提高多結(jié)太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，值得推廣。以上所述是本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本專利技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種四結(jié)太陽(yáng)能電池，包括有GaAs襯底，其特征在于：所述GaAs襯底為雙面拋光的n型GaAs單晶片，在所述GaAs襯底的上表面設(shè)置有GaInP子電池、GaAs子電池、InGaNAsBi子電池和第一GaAs緩沖層，在所述GaAs襯底的下表面設(shè)置有第二GaAs緩沖層、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，所述GaInP子電池和GaAs子電池之間通過第三隧道結(jié)連接，所述GaAs子電池與InGaNAsBi子電池之間通過第二隧道結(jié)連接，所述InGaNAsBi子電池與第一GaAs緩沖層之間通過第一隧道結(jié)連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種四結(jié)太陽(yáng)能電池，包括有GaAs襯底，其特征在于：所述GaAs襯底為雙面拋光的n型GaAs單晶片，在所述GaAs襯底的上表面設(shè)置有GaInP子電池、GaAs子電池、InGaNAsBi子電池和第一GaAs緩沖層，在所述GaAs襯底的下表面設(shè)置有第二GaAs緩沖層、量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池，所述GaInP子電池和GaAs子電池之間通過第三隧道結(jié)連接，所述GaAs子電池與InGaNAsBi子電池之間通過第二隧道結(jié)連接，所述InGaNAsBi子電池與第一GaAs緩沖層之間通過第一隧道結(jié)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四結(jié)太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)子電池為p-i-n結(jié)構(gòu)的InGaAs/GaAs量子點(diǎn)太陽(yáng)電池，從上至下依次包括有n型AlGaAs窗...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅雷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：羅雷，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44