CN103165688B - 一种具有减反射膜的四结级联的光伏电池 - Google Patents

一种具有减反射膜的四结级联的光伏电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有减反射膜的四结级联光伏电池，其结构为：在InP衬底（1）的下表面设置底电极（12），在所述InP衬底（1）的上表面依次设置ＧａＩｎＡｓ子电池（2）、应变补偿ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ超晶格子电池（3）、ＧａＡｓ子电池（4）、第一减反射层（5）、第二减反射层（6）、GaInP子电池（7）、第三减反射层（8）、第四减反射层（9）、第五减反射层（10），其中在第三减反射层（8）上形成有顶电极（11）。

Description

一种具有减反射膜的四结级联的光伏电池
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，特别是涉及一种具有减反射膜的四结级联的光伏电池。
背景技术
光伏电池是把光能转换为电能的光电子器件，对光伏电池来说，单结的光伏电池只能覆盖及利用某一波长范围的阳光，为了充分利用太阳光不同波段的光子能量，提高光伏电池的光电转换效率，一般将多种不同带隙的半导体材料搭配，组成多结光伏电池。
目前，在晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge三结光伏电池中，在无聚光条件下光电转换效率最大能达到32％。该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍，由于受三结电池串联的制约，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用。GaInP/(In)GaAs/InGaAsN/Ge四结晶格匹配电池理论上可以获得很高的转化效率，但是受制于减小InGaAs N材料缺陷密度的生长难度，该四结电池对于材料生长具有很大的挑战。
而且光伏电池进行光转换的过程中，反射的损失降低了光伏电池单位面积入射的光子数，导致光伏电池电流密度降低，从而影响电池的能量转换效率，为提高电池的光电转换效率，应减少电池表面光的反射损失，增加光的透射。
发明内容：
为解决上述问题，本发明旨在提出一种具有减反射膜的四结级联光伏电池结构，采用本发明提出的上述减反射膜，可以达到良好的折射率匹配，提高光伏电池的效率。
本发明提出的具有减反射膜的四结光伏电池的结构为：
在InP衬底（1）的下表面设置底电极（12），在所述InP衬底（1）的上表面依次设置ＧａＩｎＡｓ子电池（2）、应变补偿ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ超晶格子电池（3）、ＧａＡｓ子电池（4）、第一减反射层（5）、第二减反射层（6）、Ga InP子电池（7）、第三减反射层（8）、第四减反射层（9）、第五减反射层（10），其中在第三减反射层（8）上形成有顶电极（11）。
其中，第一减反射层（5）为Al Ga InN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第二减反射层（6）为ZnS薄膜，其折射率为2.1-2.3，厚度为50-70nm；第三减反射层（8）为Al Ga InN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第四减反射层（9）为S i3N4薄膜，其折射率为：2.1-2.4，其厚度为50-60nm；第五减反射层（10）为Ta2O5薄膜，其折射率为2.0～2.15，其厚度为80-100nm。
附图说明：
图1为本发明提出的具有减反射膜的四结级联光伏电池。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式对本发明提出的具有减反射膜的四结光伏电池进行详细说明。
实施例1
本发明提出的具有减反射膜的四结级联光伏电池具有如下结构：
参见图1，在InP衬底（1）的下表面设置底电极（12），采用InP作为衬底，其主要的作用是提高光伏电池的抗辐照能力。在所述InP衬底（1）的上表面依次设置ＧａＩｎＡｓ子电池（2）、应变补偿ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ超晶格子电池（3）、ＧａＡｓ子电池（4）；
为了使光伏电池在进行光转换的过程中，减少电池表面光的反射损失，增加光的透射，从而提高电池的光电转换效率，本发明在ＧａＡｓ子电池（4）上设置了第一减反射层（5）和第二减反射层（6），此后再在第二减反射层（6）上设置GaInP子电池（7）；
而且，仅设置第一减反射层（5）和第二减反射层（6）是不够的，因此在GaInP子电池（7）上还设置有第三减反射层（8）、第四减反射层（9）和第五减反射层（10）；
此后，设置顶电极（11），该顶电极（11）设置在第三减反射层（8）上，其中，所述底电极和顶电极的材料为金属材料，例如铝、银或金等。
其中，第一减反射层（5）为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第二减反射层（6）为ZnS薄膜，其折射率为2.1-2.3，厚度为50-70nm；第三减反射层（8）为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第四减反射层（9）为S i3N4薄膜，其折射率为：2.1-2.4，其厚度为50-60nm；第五减反射层（10）为Ta2O5薄膜，其折射率为2.0～2.15，其厚度为80-100nm。
实施例2
下面介绍本发明提出的具有减反射膜的四结光伏电池的优选实施例，该具有减反射膜的四结光伏电池具有如下结构：
参见图1，在InP衬底（1）的下表面设置底电极（12），在所述I nP衬底（1）的上表面依次设置ＧａＩｎＡｓ子电池（2）、应变补偿ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ超晶格子电池（3）、ＧａＡｓ子电池（4）；
为了使光伏电池在进行光转换的过程中，减少电池表面光的反射损失，增加光的透射，从而提高电池的光电转换效率，本发明在ＧａＡｓ子电池（4）上设置了第一减反射层（5）和第二减反射层（6），此后再在第二减反射层（6）上设置GaInP子电池（7）；
而且，仅设置第一减反射层（5）和第二减反射层（6）是不够的，因此在GaInP子电池（7）上还设置有第三减反射层（8）、第四减反射层（9）和第五减反射层（10）；
此后，设置顶电极（11），该顶电极（11）设置在第三减反射层（8）上，其中，所述底电极和顶电极的材料为金属材料，例如铝、银或金等。
其中，第一减反射层5为AlGaInN薄膜，其折射率为3.3，厚度为36nm；第二减反射层6为ZnS薄膜，其折射率为2.15，厚度为60nm；第三减反射层8为AlGaInN薄膜，其折射率为3.3，厚度为36nm；第四减反射层9为Si3N4薄膜，其折射率为：2.3，其厚度为55nm；第五减反射层10为Ta2O5薄膜，其折射率为2.1，其厚度为85nm。
本发明所提出的有减反射膜的四结级联光伏电池在应用波段范围吸收小，折射率相匹配，具有良好的光学性能。
以上实施方式已经对本发明进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (3)

1.一种具有减反射膜的四结级联光伏电池，其特征在于，所述光伏电池的结构为：
在InP衬底(1)的下表面设置底电极(12)，在所述InP衬底(1)的上表面依次设置GaInAs子电池(2)、应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(3)、GaAs子电池(4)、第一减反射层(5)、第二减反射层(6)、GaInP子电池(7)、第三减反射层(8)、第四减反射层(9)、第五减反射层(10)，其中在第三减反射层(8)上形成有顶电极(11)。
2.如权利要求1所述的光伏电池，其特征在于：
其中，第一减反射层(5)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第二减反射层(6)为ZnS薄膜，其折射率为2.1-2.3，厚度为50-70nm；第三减反射层(8)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第四减反射层(9)为Si3N4薄膜，其折射率为：2.1-2.4，其厚度为50-60nm；第五减反射层(10)为Ta2O5薄膜，其折射率为2.0～2.15，其厚度为80-100nm。
3.如权利要求1或2所述的光伏电池，其特征在于：其中，所述底电极和顶电极的材料为金属材料。
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