CN112909099B - 一种双面应力补偿的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双面应力补偿的太阳能电池，包括：衬底；第一薄膜层，设置在所述衬底的一侧壁面上；第二薄膜层，设置在所述衬底的另一侧壁面上，所述第一薄膜层的晶格常数与所述第二薄膜层的晶格常数均小于或大于所述衬底的晶格常数。通过在衬底的两侧壁面上分别设置有第一薄膜层、第二薄膜层，由于第一薄膜层的晶格常数与第二薄膜层的晶格常数均小于或大于衬底的晶格常数，使得第一薄膜层和衬底之间的应力与第二薄膜层和衬底之间的应力方向相反，进而令衬底两侧壁面受到的应力相互抵消，有利于降低衬底因晶格失配应力产生的翘曲度，有利于提高良品率、整体性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及具有一种双面应力补偿的太阳能电池。
背景技术
太阳能电池通过在衬底上延长不同材料的薄膜层，薄膜层与衬底之间或者不同薄膜层之间形成PN结，当太阳光照射在太阳能电池上时，薄膜层吸收与带隙对应的太阳光波段，进而激发载流子配合PN结产生电压。
现有技术中的太阳能电池，在衬底上延长薄膜层时，由于衬底与薄膜层的材料不同，使得在薄膜层延长过程中，因为晶格失配导致衬底与薄膜层之间产生应力，进而令衬底产生翘曲，降低良品率并且影响太阳能电池的性能和寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种双面应力补偿的太阳能电池，其能够减低衬底的翘曲度，有利于提高良品率和性能。
根据本发明的一种双面应力补偿的太阳能电池，包括：衬底；第一薄膜层，设置在所述衬底的一侧壁面上；第二薄膜层，设置在所述衬底的另一侧壁面上，所述第一薄膜层的晶格常数与所述第二薄膜层的晶格常数均小于或大于所述衬底的晶格常数。
根据本发明实施例的一种双面应力补偿的太阳能电池，至少具有如下有益效果：通过在衬底的两侧壁面上分别设置有第一薄膜层、第二薄膜层，由于第一薄膜层的晶格常数与第二薄膜层的晶格常数均小于或大于衬底的晶格常数，使得第一薄膜层和衬底之间的应力与第二薄膜层和衬底之间的应力方向相反，进而令衬底两侧壁面受到的应力相互抵消，有利于降低衬底因晶格失配应力产生的翘曲度，有利于提高良品率、整体性能和使用寿命。
根据本发明的一些实施例，还包括至少一层设置在所述第一薄膜层上的第一附加薄膜层。
根据本发明的一些实施例，还包括至少一层设置在所述第二薄膜层上的第二附加薄膜层。
根据本发明的一些实施例，所述第一附加薄膜层的光学带隙、所述第一薄膜层的光学带隙、所述衬底的光学带隙、所述第二薄膜层的光学带隙以及所述第二附加薄膜层的光学带隙依次递减或递增。
根据本发明的一些实施例，所述衬底为InP片。
根据本发明的一些实施例，所述第一薄膜层为AlGaAs层。
根据本发明的一些实施例，所述第二薄膜层为GaNAsSb层。
根据本发明的一些实施例，所述第一附加薄膜层有一层，所述第一附加薄膜层为AlGaInP层。
根据本发明的一些实施例，所述第二附加薄膜层有一层，所述第二附加薄膜层为GaInNAs层。
根据本发明的一些实施例，所述AlGaInP层的光学带隙为2.1eV，所述AlGaAs层的光学带隙为1.7eV，所述InP片的光学带隙为1.34eV，所述GaNAsSb层的光学带隙为1.0eV，所述GaInNAs层的光学带隙为0.6eV。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明其中一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，根据本发明实施例的一种双面应力补偿的太阳能电池，包括：衬底100；第一薄膜层200，设置在衬底100的一侧壁面上；第二薄膜层300，设置在衬底100的另一侧壁面上，第一薄膜层200的晶格常数与第二薄膜层300的晶格常数均小于或大于衬底100的晶格常数。
通过在衬底100的两侧壁面上分别设置有第一薄膜层200、第二薄膜层300，由于第一薄膜层200的晶格常数与第二薄膜层300的晶格常数均小于或大于衬底100的晶格常数，使得第一薄膜层200和衬底100之间的应力与第二薄膜层300和衬底100之间的应力方向相反，进而令衬底100两侧壁面受到的应力相互抵消，有利于降低衬底100因晶格失配应力产生的翘曲度，有利于提高良品率、整体性能和使用寿命。
衬底100与第一薄膜层200之间以及衬底100与第二薄膜层300之间形成PN结。
参照图1，在本发明的一些实施例中，还包括至少一层设置在第一薄膜层200上的第一附加薄膜层400。
为了提高太阳能转换为电能的转换效率，通过设置至少一层第一附加薄膜层400，第一附加薄膜层400的带隙与第一薄膜层200的带隙、衬底100的带隙以及第二薄膜层300的带隙不同，以能够吸收太阳光的不同波段，充分利用太阳光的能量，实现相同光照时间下，产生更多电能的效果。
参照图1，在本发明的一些实施例中，还包括至少一层设置在第二薄膜层300上的第二附加薄膜层500。
通过设置有第二附加薄膜层500，第二附加薄膜层500的带隙与第一附加薄膜层400的带隙、第一薄膜层200的带隙、衬底100的带隙以及第二薄膜层300的带隙不同，以吸收太阳光的更多波段，有利于提高太阳光能量的利用率以及电能转换效率。
在有多层第一附加薄膜层400或多层第二附加薄膜层500时，多层第一附加薄膜层400层叠设置在第一薄膜层200上，多层第二附加薄膜层500层叠设置在第二薄膜层300上，不同第一附加薄膜层400之间、不同第二附加薄膜层500之间的的带隙可以不同。
参照图1，在本发明的一些实施例中，第一附加薄膜层400的光学带隙、第一薄膜层200的光学带隙、衬底100的光学带隙、第二薄膜层300的光学带隙以及第二附加薄膜层500的光学带隙依次递减或递增。
太阳光中不同波段的光子能量不同，太阳光照射太阳能电池时，光子能量小于薄膜层带隙的波段不被吸收，光子能量大于薄膜层带隙的波段被吸收并且大于带隙的多余能量以热量形式散发。
因此，按照光学带隙依次递减或递增的方式设置各个薄膜层，通过合适设置太阳能电池的正反面，使得太阳光能够从光学间隙大侧一侧射入，太阳光经过薄膜层以及衬底100的光学带隙逐渐减少。太阳光中波长较短，即能量较高的波段先被吸收，波长较长即能量较低的波段经过若干个薄膜层后才被吸收，以此，防止能量高的波段被光学带隙小的薄膜层吸收而产生大量热量，有利于充分利用太阳光的能量，减少产生的热量，提高转换效率，延长使用寿命。
参照图1，在本发明的一些实施例中，衬底100为InP片。InP具有温度稳定性好、容易设计和预测器件性能、散热性能好、频率响应性能高等优点。
为了提高在InP片上延长第一薄膜层200和第二薄膜层300的质量，InP片的两侧壁面可以为抛光面。
参照图1，在本发明的一些实施例中，第一薄膜层200为AlGaAs层。
AlGaAs材料具有耐高温、高效率的优点，并且AlGaAs层的带隙较高，适用于吸收波长较短的太阳光波段，
参照图1，在本发明的一些实施例中，第二薄膜层300为GaNAsSb层。
AlGaAs层和GaNAsSb层的晶格常数均小于InP片的晶格常数，在InP片两侧壁面上分别延长AlGaAs层、GaNAsSb层，能够使InP片两侧壁面由晶格失配产生的应力相互抵消，有利于减少InP片的翘曲度。
参照图1，在本发明的一些实施例中，第一附加薄膜层400有一层，第一附加薄膜层400为AlGaInP层。
AlGaInP层与AlGaAs层的晶格常数较为接近，有利于减少两层之间的应力，同时AlGaInP层具有合适的光学带隙，满足设计使用需求。
参照图1，在本发明的一些实施例中，第二附加薄膜层500有一层，第二附加薄膜层500为GaInNAs层。
GaInNAs层与GaNAsSb层晶格常数较为接近，有利于减少两层之间的应力，同时GaInNAs层具有合适的光学带隙，满足设计使用需求。
参照图1，在本发明的一些实施例中，AlGaInP层的光学带隙为2.1eV，AlGaAs层的光学带隙为1.7eV，InP片的光学带隙为1.34eV，GaNAsSb层的光学带隙为1.0eV，GaInNAs层的光学带隙为0.6eV。
以此将各个薄膜层设置合适的光学带隙，并且依次递减，有利于充分吸收利用太阳光的不同波段，提高转换效率，减少产生的热量，延长使用寿命。
各个薄膜层之间、薄膜层与衬底100之间通过隧道结连接。在某些实施例中，制备过程可以如下：首先，以4英寸双面抛光的p型InP片作为衬底100，然后采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)或分子束外延技术(MBE)在InP片的上侧壁面依次生长InP层、第一隧道结、AlGaAs层、第二隧道结和AlGaInP层，然后再在InP片的下侧壁面依次生长第三隧道结、GaNAsSb层、第四隧道结和GaInNAs层，即可完成制备。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (1)
1.一种双面应力补偿的太阳能电池，其特征在于，包括：
衬底（100）；
第一薄膜层（200），设置在所述衬底（100）的一侧壁面上；
第二薄膜层（300），设置在所述衬底（100）的另一侧壁面上，所述第一薄膜层（200）的晶格常数与所述第二薄膜层（300）的晶格常数均小于所述衬底（100）的晶格常数；
所述衬底（100）为InP片；
所述第一薄膜层（200）为AlGaAs层；
所述第二薄膜层（300）为GaNAsSb层；
还包括一层设置在所述第一薄膜层（200）上的第一附加薄膜层（400）；
还包括一层设置在所述第二薄膜层（300）上的第二附加薄膜层（500）；
所述第一附加薄膜层（400）的光学带隙、所述第一薄膜层（200）的光学带隙、所述衬底（100）的光学带隙、所述第二薄膜层（300）的光学带隙以及所述第二附加薄膜层（500）的光学带隙依次递减；
所述第一附加薄膜层（400）为AlGaInP层；
所述第二附加薄膜层（500）为GaInNAs层；
所述AlGaInP层的光学带隙为2.1eV，所述AlGaAs层的光学带隙为1.7eV，所述InP片的光学带隙为1.34eV，所述GaNAsSb层的光学带隙为1.0eV，所述GaInNAs层的光学带隙为0.6eV。
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