一種含dbr結(jié)構(gòu)的五結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光伏的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種含DBR(分布式布拉格反射層，Distributed Brag Reflector)結(jié)構(gòu)的五結(jié)太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，大體可以分為三大類(lèi):第一代晶硅太陽(yáng)能電池、第二代薄膜太陽(yáng)能電池和第三代砷化鎵聚光(多結(jié))太陽(yáng)能電池。目前，砷化鎵化合物太陽(yáng)能電池因其轉(zhuǎn)換效率明顯高于晶硅電池而被廣泛地應(yīng)用于聚光光伏發(fā)電(CPV)系統(tǒng)和空間電源系統(tǒng)。砷化鎵多結(jié)電池的主流結(jié)構(gòu)是由GaInP、GaInAs和Ge子電池組成的GalnP/GalnAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)能電池，電池結(jié)構(gòu)上整體保持晶格匹配，帶隙組合為1.85/1.40/0.67eV。然而，對(duì)于太陽(yáng)光光譜，這種三結(jié)電池的帶隙組合并不是最佳的，由于GalnAs子電池和Ge子電池之間較大的帶隙差距，這種結(jié)構(gòu)下Ge底電池吸收的太陽(yáng)光譜能量比中電池和頂電池吸收的多出很多，Ge電池的短路電流最大可接近中電池和頂電池的兩倍(V.Sabnis, H.Yuen, andM.ffiemer,AIP Conf.Proc.1477 (2012) 14)，由于串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電流限制原因，這種結(jié)構(gòu)造成了很大一部分太陽(yáng)光能量不能被充分轉(zhuǎn)換利用，限制了電池性能的提高。
[0003]理論分析表明，半導(dǎo)體化合物四結(jié)和五結(jié)太陽(yáng)能電池可以?xún)?yōu)化帶隙組合，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，但是在材料選擇上必須保持晶格匹配，這樣才能保證外延材料的晶體質(zhì)量。近些年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)GalnNAs四元合金材料中，通過(guò)調(diào)節(jié)In和N的組分，并保持In組分約為N組分的3倍，就能使得GalnNAs的光學(xué)帶隙達(dá)到0.9?1.4eV，并且與Ge襯底(或GaAs襯底)晶格匹配。因此，基于Ge襯底可以生長(zhǎng)得到AlGalnP/AlGalnAs/Gal-3yIn3yNyAsl-y/Gal-3xIn3xNxAsl-x/Ge五結(jié)太陽(yáng)能電池，該五結(jié)電池的帶隙組合可調(diào)節(jié)為2.0?2.1/1.6?1.7/1.25?1.35/0.95?1.05/0.67eV，接近五結(jié)電池的最佳帶隙組合，其地面光譜聚光效率極限可達(dá)50%，空間光譜極限效率可達(dá)36%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)三結(jié)電池，這主要是因?yàn)橄啾扔谌Y(jié)電池，五結(jié)電池可以更加充分地利用太陽(yáng)光，提高電池的開(kāi)路電壓和填充因子。
[0004]然而，在GalnNAs材料的實(shí)際制備過(guò)程中，由于GalnNAs需要低溫生長(zhǎng)才能保證N原子的有效并入，材料中會(huì)同時(shí)引入大量的C原子，造成背景載流子濃度過(guò)高，影響少子擴(kuò)散長(zhǎng)度。此時(shí)，若GalnNAs材料層太厚，并不能形成對(duì)光生載流子的有效收集；若GalnNAs材料層太薄則不能將相應(yīng)波段的光子完全吸收。因此，在GalnNAs材料層下面插入布拉格反射層(DBR)結(jié)構(gòu)可以有效解決該問(wèn)題，降低GalnNAs電池設(shè)計(jì)厚度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)DBR結(jié)構(gòu)反射相應(yīng)波段的太陽(yáng)光，使初次沒(méi)有被GalnNAs材料的吸收光子反射回去被二次吸收，相當(dāng)于變相地增加了 GalnNAs的“有效吸收厚度”，完美解決了少子擴(kuò)散長(zhǎng)度較小和吸收厚度要求之間的矛盾。另外，由于提供N原子的N源(一般是二甲基肼源)價(jià)格比一般的有機(jī)源都要高出很多，減小GalnNAs材料層厚度還可以降低電池的生產(chǎn)成本。
[0005]綜上，含DBR 結(jié)構(gòu)的 AlGaInP/AlGaInAs/Gal_3yIn3yNyAsl_y/Gal-3xIn3xNxAsl-x/Ge五結(jié)太陽(yáng)能電池既可以滿(mǎn)足五結(jié)電池的理論設(shè)計(jì)要求，又能解決實(shí)際制備過(guò)程中GalnNAs材料少子擴(kuò)散長(zhǎng)度較小的問(wèn)題，還可以節(jié)約電池的生產(chǎn)成本，可最大程度地發(fā)揮五結(jié)電池的優(yōu)勢(shì)，提高電池效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)，提出一種含DBR結(jié)構(gòu)的五結(jié)太陽(yáng)能電池，可以提高GalnNAs子電池收集效率，增加五結(jié)電池整體短路電流，而且可以減少GalnNAs子電池厚度，節(jié)約生產(chǎn)成本，最終發(fā)揮五結(jié)電池的優(yōu)勢(shì)，提高電池整體光電轉(zhuǎn)換效率。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種含DBR結(jié)構(gòu)的五結(jié)太陽(yáng)能電池，包括有Ge襯底，所述Ge襯底為p型Ge單晶片；在所述Ge襯底上面按照層狀疊加結(jié)構(gòu)由下至上依次設(shè)置有 GalnAs/GalnP 緩沖層、AlGaAs/GalnAs DBR、6&1 3xIn3xNxASl x子電池、AlAs/AlGaAs DBR、Ga1 3yIn3yNyAs1 y子電池、AlGalnAs 子電池和 AlGalnP 子電池；所述GalnAs/GalnP緩沖層和AlGaAs/GalnAs DBR之間通過(guò)第一隧道結(jié)連接，所述Gal sxInaAAs! 電池和 AlAs/AlGaAs DBR 通過(guò)第二隧道結(jié)連接，所述 Ga i aylnayNyAsj y子電池和AlGalnAs子電池通過(guò)第三隧道結(jié)連接，所述AlGalnAs子電池和AlGalnP子電池通過(guò)第四隧道結(jié)連接；其中，所述AlGaAs/GalnAs DBR用于反射長(zhǎng)波光子，所述AlAs/AlGaAsDBR用于反射中長(zhǎng)波光子。
[0008]所述AlGaAs/GalnAs DBR 的反射波長(zhǎng)為 1000 ?1300nm，該 AlGaAs/GalnAs DBR 中AlGaAs/GalnAs組合層的對(duì)數(shù)為10?30對(duì)。
[0009]所述Gai 3xIn3xNxASl 3!子電池中 Ga ! 3xIn3xNxASl.材料的光學(xué)帶隙為 0.95 ?1.05eV。
[0010]所述AlAs/AlGaAs DBR 的反射波長(zhǎng)為 800 ?lOOOnm，該 AlAs/AlGaAs DBR 中 AlAs/AlGaAs組合層的對(duì)數(shù)為10?30對(duì)。
[0011]所述G&1 3yIn3yNyASl ,子電池中 Ga ! 3yIn3yNyASl ,材料的光學(xué)帶隙為 1.25 ?1.35eV。
[0012]所述AlGalnAs子電池中AlGalnAs材料的光學(xué)帶隙為1.6?L 7eV。
[0013]所述AlGalnP子電池中AlGalnP材料的光學(xué)帶隙為2.0?2.leV。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0015]本發(fā)明的關(guān)鍵在于將DBR反射層結(jié)構(gòu)引入到五結(jié)太陽(yáng)能電池中，在Gal klr^NxASi 電池和Gai sylnsyNyAsj y子電池下方分別插入AlGaAs/GalnAs DBR和AlAs/AlGaAs DBR,通過(guò)調(diào)節(jié)DBR結(jié)構(gòu)參數(shù)，使初次沒(méi)有被GalnNAs材料的吸收光子反射回去被二次吸收，相當(dāng)于變相地增加了 GalnNAs的“有效吸收厚度”，完美解決了少子擴(kuò)散長(zhǎng)度較小和吸收厚度要求之間的矛盾。該電池結(jié)構(gòu)既可以滿(mǎn)足五結(jié)電池的理論設(shè)計(jì)要求，又能解決實(shí)際制備過(guò)程中GalnNAs材料少子擴(kuò)散長(zhǎng)度較小的問(wèn)題，還可以節(jié)約電池的生產(chǎn)成本，可最大程度地發(fā)揮五結(jié)電池的優(yōu)勢(shì)，提高電池效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述含DBR結(jié)構(gòu)的五結(jié)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018