CN101764165A - 多结砷化镓太阳电池 - Google Patents

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陈鸣波
张玮
李红波
池卫英
余甜甜
张梦炎
陆剑锋
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Abstract

本发明涉及一种多结砷化镓太阳电池，它包括主要由GaInP构成的顶电池、主要由InGaAs构成的中电池和主要由Ge构成的底电池，在顶电池和中电池之间设有AlInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)或AlGaInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)隧穿结连接结构。本发明的多结砷化镓太阳电池由于采用了以上隧穿结连接结构，不仅能够显著减少入射光的反射，改善中电池的电流密度，还可以提高三结电池的转换效率。

Description

多结砷化镓太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳电池，特别涉及一种多结砷化镓太阳电池。
背景技术
GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池效率已经超过40％，是目前效率最高的太阳电池，成为人研究的热点之一。我们在研制GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池的过程中发现，在中电池InGaAs的吸收波段存在较强的驻波反射，减小了中电池的电流密度，进口GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池同样存在这个问题。
现有技术典型的三结太阳电池的结构为：顶电池为AlInP(n+，35nm，)/GaInP(n/p，520nm)/AlInP(p+，40nm)；中电池为AlInP(n+，50nm)/InGaAs(n/p，3.5μm)/A1GaAs(p+，100nm)；底电池为GaInP(n+，100nm)/Ge(n+，100nm)/Ge(p+，170μm)；隧穿结为AlGaAs(p++)-GaInP(n++)和GaAs(p++)-GaAs(n++)。为了减少入射光的反射，进一步提高GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池的效率，我们分析了产生这个现象的原因：GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池采用三个子电池分别吸收不同能量的入射光，子电池之间采用隧穿结(AlGaAs(p++)-GaInP(n++)和GaAs(p++)-GaAs(n++)连接，涉及到GaInP、InGaAs、AlInP、AlGaAs、Al(Ga)InP、GaAs等材料，由于这些材料的折射率不同，导致在电池中产生驻波效应，尤其在中电池的吸收区间产生强烈的驻波，增加了这一波段的反射，减少了太阳光进入电池，从而使中电池的产生电流减小，使GaInP/InGaAs/Ge三结太阳电池的效率降低。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种可以消弱多结砷化镓太阳电池中的驻波效应的多结砷化镓太阳电池。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种多结砷化镓太阳电池，包括主要由GaInP构成的顶电池、主要由InGaAs构成的中电池和主要由Ge构成的底电池，在顶电池和中电池以及中电池与底电池之间分别设有隧穿结连接结构，其特点是：
所述的顶电池和中电池之间的隧穿结连接结构为AlInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)，其中AlInP(p+)为顶电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlInP(n+)为中电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlGaAs(p++)的厚度为10nm～15nm；GaInP(n++)的厚度为10nm～15nm。
所述的顶电池和中电池之间的隧穿结连接结构还可以为AlGaInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)，其中AlGaInP(p+)为顶电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlInP(n+)为中电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlGaAs(p++)的厚度为10nm～15nm；GaInP(n++)的厚度为10nm～15nm。
本发明的多结砷化镓太阳电池由于在顶电池和中电池之间采用了以上隧穿结连接结构，不仅能够显著减少入射光的反射，改善中电池的电流密度，还可以提高三结电池的转换效率。改进后中电池的短路电流增加了0.65mA/cm2；改进前效率为27.1％，改进后效率提高到27.8％。
附图说明
图1是本发明的多结砷化镓太阳电池的结构原理示意图；
图2是本发明中的隧穿结连接结构的结构原理示意图。
图3为对本发明的多结砷化镓太阳电池和现有技术电池分别采用反射光谱仪CRAY5000测试得到的测试结果比较图。
具体实施方式
参见图1、图2，本发明的多结砷化镓太阳电池，包括由AlInP(n+，35nm)/GaInP(n/p，520nm)/AlInP(p+，120nm)构成的顶电池1、由AlInP(n+，120nm)/InGaAs(n/p，3.5μm)/AlGaAs(p+，100nm)构成的中电池2和由GaInP(n+，100nm)/Ge(n+，100nm)/Ge(p+，170μm)构成的底电池3，在顶电池和中电池之间设有由AlInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)或AlGaInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)构成的隧穿结连接结构4。其中41表示AlInP(p+)或AlGaInP(p+)，为顶电池的背场，厚度为100nm～150nm；44表示AlInP(n+)，为中电池的背场，厚度为100nm～150nm；42表示AlGaAs(p++)，厚度为10nm～15nm；43表示GaInP(n++)，厚度为10nm～15nm。(p+)表示p型掺杂，(n+)表示n型掺杂，(p++)表示p++重掺杂，(n++)表示n++重掺杂。在中电池和底电池之间设有隧穿结连接结构5，该隧穿结连接结构5与现有技术相同，不作具体表述。
为进一步说明本发明的具体技术内容，下面结合实施例对本发明作进一步描述。
采用低压金属有机物化学气相沉积(MOVPE)设备(Model Aixtron 200-4)在p型Ge衬底上生长GaInP/InGaAs/Ge三结叠层太阳电池。III族源分别为TMGa，TMAl，TMIn；V族源分别为SiH4和PH3；p型掺杂剂为SiH4；n型掺杂剂为DEZn和CCl4；载气为H2，钯过滤器在线纯化。
本发明的电池结构：顶电池为AlInP(n+，35nm)/GaInP(n/p，520nm)/AlInP(p+，120nm)；中电池为AlInP(n+，120nm)/InGaAs(n/p，3.5μm)/AlGaAs(p+，100nm)；底电池为GaInP(n+，100nm)/Ge(n+，100nm)/Ge(p+，170μm)；顶电池和中电池之间的隧穿结连接结构为AlInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)或AlGaInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)。
主要后生长技术包括：光刻、蒸发、选择性腐蚀、热退火等。背面电极为PdAg，正面电极为AuGeNi/Au。双层减反射膜TiO2/SiO2。采用Spectrolab x-25模拟器作为AM0光源，测量电池样品的光伏性能。采用Spectrolab的GaInP2/GaAs叠层电池样品作为参考电池，标定光源(135.3mW/cm2)。采用反射光谱仪CRAY5000测试电池的反射光谱。
图3是对本发明的多结砷化镓太阳电池和现有技术电池分别采用反射光谱仪CRAY5000测试得到的测试结果比较图。图中实线所示为本发明的多结砷化镓太阳电池对不同波长的反射率，圈线所示为现有技术典型多结砷化镓太阳电池对不同波长的反射率。由图可见，在650-850nm波长范围内，本发明的多结砷化镓太阳电池对不同波长的反射率大致稳定在5％左右，而且比现有技术典型多结砷化镓太阳电池的反射率小。

Claims (2)

1.一种多结砷化镓太阳电池，包括主要由GaInP构成的顶电池、主要由InGaAs构成的中电池和主要由Ge构成的底电池，在顶电池和中电池以及中电池与底电池之间分别设有隧穿结连接结构，其特征在于：
所述的顶电池和中电池之间的隧穿结连接结构为AlInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)，其中AlInP(p+)为顶电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlInP(n+)为中电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlGaAs(p++)的厚度为10nm～15nm；GaInP(n++)的厚度为10nm～15nm。
2.一种多结砷化镓太阳电池，包括主要由GaInP构成的顶电池、主要由InGaAs构成的中电池和主要由Ge构成的底电池，在顶电池和中电池以及中电池与底电池之间分别设有隧穿结连接结构，其特征在于：
所述的顶电池和中电池之间的隧穿结连接结构为AlGaInP(p+)/AlGaAs(p++)-GaInP(n++)/AlInP(n+)，其中AlGaInP(p+)为顶电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlInP(n+)为中电池的背场，厚度为100nm～150nm；AlGaAs(p++)的厚度为10nm～15nm；GaInP(n++)的厚度为10nm～15nm。
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