CN114068730B - 一种太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池及其制作方法，通过将减反射复合层层叠于所述顶电池的裸露区域，可提高多结太阳能电池在各波段的反射效果。进一步地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述三结太阳能电池包括：沿生长方向依次设置的Ge底电池、InGaAs中电池和顶电池，所述顶电池为GaInP顶电池或AlGaInP顶电池；所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜，且所述第一反射膜的折射率为2.2‑2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6‑1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3‑1.5；从而可实现350～2000nm波段的减反射效果。

Description

一种太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能电池是把光能转换成电能的光电子器件，它的光电转换效率尤为重要，在光电转换的过程中，光的反射损失尤为重要，它降低了太阳能电池单位面积入射的光子数，导致太阳能电池电流密度降低，从而影响太阳能电池的光电转换效率。因此为提高电池的转换效率，应减少电池表面对光的反射损失，增加光的透射。因此减反射膜的设计直接影响太阳能电池对光的入射，对太阳能电池转换效率影响尤甚。
目前常用的减反射材料为MgF2\ZnS\TiO2\Ta3O5\S iO2\S i3N4等，太阳能电池所用的减反射膜需满足一定条件：在应用波段范围内吸收最小，具有良好的光学及化学稳定性，与GaAs窗口层具有良好的粘附性。
然而，目前常用的单层减反射膜仅对单一波长具有较好的减反射效果，对多结太阳能电池需要在较波长范围内消除反射效果时，由于单层减反射膜是利用光在膜层两侧反射光存在相位差的干涉原理从而达到减反射效果，因此，单层减反射膜对多结太阳能电池的反射效果一般，较难满足多结太阳能电池的应用。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种太阳能电池及其制作方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池及其制作方法，以提高多结太阳能电池在各波段的反射效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种太阳能电池，包括：
多结子电池，所述多结子电池包括依次层叠的底电池、中间电池和顶电池；
盖帽层，所述盖帽层位于所述顶电池背离所述底电池一侧的部分表面，使所述顶电池具有裸露区域；
电极，所述电极位于所述盖帽层背离所述顶电池的一侧表面；
减反射复合层，所述减反射复合层层叠于所述顶电池的裸露区域。
优选地，所述减反射复合层完全覆盖所述顶电池的裸露区域，并承接至所述电极的内沿。
优选地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述三结太阳能电池包括：
沿生长方向依次设置的Ge底电池、InGaAs中电池和顶电池，所述顶电池为GaInP顶电池或AlGaInP顶电池。
优选地，所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜。
优选地，所述第一反射膜的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3-1.5，均包括端点值。
优选地，所述第一反射膜包括Nb2O5薄膜，所述第二反射膜包括Al2O3薄膜，所述第三反射膜包括MgF2薄膜。
优选地，所述第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜的厚度依次增大。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，用于制作形成上述任意一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池包括三结太阳能电池，则所述制作方法包括如下步骤：
步骤S01、形成底电池，其中，所述底电池包括Ge底电池；
步骤S02、在所述底电池的表面形成中间电池，其中，所述中间电池包括InGaAs中电池；
步骤S03、在所述中间电池背离所述底电池的一侧形成顶电池，所述顶电池包括GaInP顶电池或AlGaInP顶电池；
步骤S04、在所述顶电池的表面沉积盖帽层；
步骤S05、在所述盖帽层的部分表面制作电极；
步骤S06、去除所述电极以外区域的盖帽层，并裸露所述顶电池的部分表面；
步骤S07、所述顶电池的裸露区域蒸镀形成减反射复合层。
优选地，所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜。
优选地，所述第一反射膜的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3-1.5，均包括端点值。
优选地，通过如下步骤制备获得所述减反射复合层：
步骤S07-1、对真空镀膜机在预设温度T1下进行预热后，通过等离子对所述顶电池的裸露区域进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第一反射膜，所述第一反射膜包括Nb2O5薄膜；
步骤S07-2、对真空镀膜机在预设温度T2下进行预热后，并通过等离子对所述第一反射膜的表面进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第二反射膜，所述第二反射膜包括Al2O3薄膜；
步骤S07-3、对真空镀膜机在预设温度T3下进行预热后，并通过等离子对所述第二反射膜的表面进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第三反射膜，所述第三反射膜包括MgF2薄膜；
步骤S07-4、采用光刻胶作掩膜蚀刻所述电极表面所沉积的减反射复合层；
步骤S07-5、采用快速退火炉对所述减反射复合层进行退火处理。
优选地，所述步骤S07-1、步骤S07-2和步骤S07-3的氧离子吹扫功率呈阶梯状逐渐增大。
优选地，步骤S07-5包括在氮气氛围下，对所述减反射复合层进行退火处理。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的太阳能电池，通过将减反射复合层层叠于所述顶电池的裸露区域，可提高多结太阳能电池在各波段的反射效果。进一步地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述三结太阳能电池包括：沿生长方向依次设置的Ge底电池、InGaAs中电池和顶电池，所述顶电池为GaInP顶电池或AlGaInP顶电池；所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜，且所述第一反射膜的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3-1.5；从而可实现350～2000nm波段的减反射效果。
然后，通过设置所述第一反射膜为Nb2O5薄膜，所述第二反射膜为Al2O3薄膜，所述第三反射膜为MgF2薄膜；由于Nb2O5、Al2O3、MgF2具有高的光学及化学稳定性，在聚光AM1.5系统的应用下具有高可靠性。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，在实现上述太阳能电池的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
同时，在形成所述第一反射膜、第二反射膜、第三反射膜前，均通过氧离子吹扫生长面后采用离子源助镀形成，且氧离子吹扫功率呈阶梯逐渐增大；使所述减反射复合层富氧化，从而进一步地提高所述减反射复合层的薄膜稳定性。
此外，在形成所述减反射复合层后，在氮气氛围下，对所述减反射复合层进行退火处理，可使所述减反射复合层再次结晶，从而有利于减反射复合层的坚膜，使其稳定性再次提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的太阳能电池的结构示意图；
图2.1至图2.7为本发明实施例所提供的太阳能电池的制作方法步骤所对应的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的减反射复合层的制作方法流程图；
图中符号说明：1、底电池，2、中间电池，3、顶电池，4、盖帽层，5、电极，6、第一反射膜，7、第二反射膜，8、第三反射膜。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种太阳能电池，包括：
多结子电池，所述多结子电池包括依次层叠的底电池1、中间电池2和顶电池3；
盖帽层4，所述盖帽层4位于所述顶电池3背离所述底电池1一侧的部分表面，使所述顶电池3具有裸露区域；
电极5，所述电极5位于所述盖帽层4背离所述顶电池3的一侧表面；
减反射复合层，所述减反射复合层层叠于所述顶电池3的裸露区域。
需要说明的是，本发明实施例中不限定太阳能电池的具体结数，所述多结太阳能电池可以是三结太阳能电池，也可以是四结太阳能电池，而且，所述三结太阳能电池和四结太阳能电池可以是晶格匹配的多结太阳能电池，也可以是晶格失配的多结太阳能电池，本发明实施例中对此不作限定。其中，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池时，所述三结太阳能电池包括：沿生长方向依次设置的Ge底电池、InGaAs中电池和顶电池，所述顶电池为GaInP顶电池或AlGaInP顶电池。
本发明实施例中，所述减反射复合层完全覆盖所述顶电池3的裸露区域，并承接至所述电极5的内沿。
本发明实施例中，所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜6、第二反射膜7和第三反射膜8。
本发明实施例中，所述第一反射膜6的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜7的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜8的折射率为1.3-1.5，均包括端点值。
本发明实施例中，所述第一反射膜6包括Nb2O5薄膜，所述第二反射膜7包括Al2O3薄膜，所述第三反射膜8包括MgF2薄膜。
本发明实施例中，所述第一反射膜6、第二反射膜7和第三反射膜8的厚度依次增大。
本发明实施例中，所述盖帽层4包括用于欧姆接触的GaAs层。
本发明实施例中，多结子电池主要包括：Ge生长衬底、及采用金属有机化学气相外延沉积MOCVD方法在Ge生长衬底上生长而成的底电池、中间电池、和顶电池，其中，所述底电池为Ge底电池，所述中间电池为InGaAs中电池，所述顶电池为GaInP顶电池或AlGaInP顶电池。
其中，底电池1从下到上包括：p型Ge衬底、n型发射区、成核层以及遂穿结。具体地，在p型Ge衬底上进行磷扩散获得所述n型发射区和与衬底晶格匹配的(Al)GaInP层作为成核层，成核层亦作为底电池的窗口层。其中，(Al)GaInP层代表GaInP层或AlGaInP层。隧穿结包括N型层和P型层，其中，N型层包括n型GaAs或n型GaInP，P型层包括p型(Al)GaAs材料，其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。
中间电池2从下到上依次包括背场层、p型掺杂InGaAs层基区、n型掺杂InGaAs层发射区、窗口层以及遂穿结。其中背场层选取GaInP或AlGaAs材料，窗口层选取AlGaInP或AlInP材料。隧穿结包括N型层和P型层，其中，N型层包括n型GaAs或n型GaInP，P型层包括p型(Al)GaAs材料，其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。
顶电池3从下往上依次包括AlGaInP背场层、p型掺杂AlGaInP或GaInP层基区、n型掺杂AlGaInP或GaInP层发射区、AlInP窗口层。
本发明实施例还提供了一种太阳能电池的制作方法，用于制作形成上述任意一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池包括三结太阳能电池，则所述制作方法包括如下步骤：
步骤S01、如图2.1所示，形成底电池1，所述底电池1包括Ge底电池；
其中，底电池1沿生长方向包括：p型Ge衬底、n型发射区、成核层以及遂穿结。具体地，在p型Ge衬底上进行磷扩散获得所述n型发射区和与衬底晶格匹配的(Al)GaInP层作为成核层，成核层亦作为底电池的窗口层。其中，(Al)GaInP层代表GaInP层或AlGaInP层。隧穿结包括N型层和P型层，其中，N型层包括n型GaAs或n型GaInP，P型层包括p型(Al)GaAs材料，其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。
步骤S02、如图2.2所示，在所述底电池1的表面形成中间电池2，其中，所述中间电池2包括InGaAs中电池；
其中，中间电池2沿生长方向依次包括背场层、p型掺杂InGaAs层基区、n型掺杂InGaAs层发射区、窗口层以及遂穿结。其中背场层选取GaInP或AlGaAs材料，窗口层选取AlGaInP或AlInP材料。隧穿结包括N型层和P型层，其中，N型层包括n型GaAs或n型GaInP，P型层包括p型(Al)GaAs材料，其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。
步骤S03、如图2.3所示，在所述中间电池2背离所述底电池1的一侧形成顶电池3，所述顶电池3包括GaInP顶电池或AlGaInP顶电池；
其中，顶电池3沿生长方向依次包括AlGaInP背场层、p型掺杂AlGaInP或GaInP层基区、n型掺杂AlGaInP或GaInP层发射区、AlInP窗口层。
步骤S04、如图2.4所示，在所述顶电池3的表面沉积盖帽层4，所述盖帽层4包括用于欧姆接触的GaAs层；
步骤S05、如图2.5所示，在所述盖帽层4的部分表面制作电极5；
步骤S06、如图2.6所示，去除所述电极5以外区域的盖帽层4，并裸露所述顶电池3的部分表面；
步骤S07、如图2.7所示，所述顶电池3的裸露区域蒸镀形成减反射复合层。
本发明实施例中，所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜。
本发明实施例中，所述第一反射膜的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3-1.5，均包括端点值。
如图3所示，本发明实施例中，通过如下步骤制备获得所述减反射复合层：
步骤S07-1、对真空镀膜机在预设温度T1＝100℃下进行预热15分钟后，通过等离子对所述顶电池的裸露区域进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第一反射膜，所述第一反射膜包括Nb2O5薄膜；
其中，氧离子吹扫功率为40-80W，氧流量为20～40sccm，助镀功率为100-150W，沉积温度为100～150℃，薄膜镀率为0.1～0.5A/s，第一反射膜的厚度为48～51nm。
步骤S07-2、对真空镀膜机在预设温度T2＝120℃下进行预热15分钟后，并通过等离子对所述第一反射膜的表面进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第二反射膜，所述第二反射膜包括Al2O3薄膜；
其中，氧离子吹扫功率为80-120W，氧流量为25～35sccm，助镀功率为200-250W，沉积温度为120～200℃，薄膜镀率为0.5～1A/s，第二反射膜的厚度为64～67nm。
步骤S07-3、对真空镀膜机在预设温度T3＝150℃下进行预热15分钟后，并通过等离子对所述第二反射膜的表面进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第三反射膜，所述第三反射膜包括MgF2薄膜；
其中，氧离子吹扫功率为120-180W，氧流量为流量20～30sccm，助镀功率为250-300W，沉积温度为150～250℃，薄膜镀率为0.5～1A/s，第三反射膜的厚度为80～90nm。
步骤S07-4、采用光刻胶作掩膜蚀刻所述电极表面所沉积的减反射复合层；
步骤S07-5、在氮气氛围下采用快速退火炉对所述减反射复合层进行退火处理。
其中，退火温度200～500℃，氮气流量优选的在7LPM～20LPM。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的太阳能电池，通过将减反射复合层层叠于所述顶电池的裸露区域，可提高多结太阳能电池在各波段的反射效果。进一步地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述三结太阳能电池包括：沿生长方向依次设置的Ge底电池、InGaAs中电池和顶电池，所述顶电池为GaInP顶电池或AlGaInP顶电池；所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜，且所述第一反射膜的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3-1.5；从而可实现350～2000nm波段的减反射效果。
然后，通过设置所述第一反射膜为Nb2O5薄膜，所述第二反射膜为Al2O3薄膜，所述第三反射膜为MgF2薄膜；由于Nb2O5、A l 2O3、MgF2具有高的光学及化学稳定性，在聚光AM1.5系统的应用下具有高可靠性。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，在实现上述太阳能电池的有益效果的同时，其工艺制作简单便捷，便于生产化。
同时，在形成所述第一反射膜、第二反射膜、第三反射膜前，均通过氧离子吹扫生长面后采用离子源助镀形成，且氧离子吹扫功率呈阶梯逐渐增大；使所述减反射复合层富氧化，从而进一步地提高所述减反射复合层的薄膜稳定性。
此外，在形成所述减反射复合层后，在氮气氛围下，对所述减反射复合层进行退火处理，可使所述减反射复合层再次结晶，从而有利于减反射复合层的坚膜，使其稳定性再次提高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述太阳能电池包括三结太阳能电池，所述制作方法包括如下步骤：
步骤S01、形成底电池，其中，所述底电池包括Ge底电池；
步骤S02、在所述底电池的表面形成中间电池，其中，所述中间电池包括InGaAs中电池；
步骤S03、在所述中间电池背离所述底电池的一侧形成顶电池，所述顶电池包括GaInP顶电池或AlGaInP顶电池；
步骤S04、在所述顶电池的表面沉积盖帽层；
步骤S05、在所述盖帽层的部分表面制作电极；
步骤S06、去除所述电极以外区域的盖帽层，并裸露所述顶电池的部分表面；
步骤S07、所述顶电池的裸露区域蒸镀形成减反射复合层；
其中，所述减反射复合层包括沿生长方向依次设置且折射率逐渐减小的第一反射膜、第二反射膜和第三反射膜；
所述第一反射膜的折射率为2.2-2.4，所述第二反射膜的折射率为1.6-1.7，所述第三反射膜的折射率为1.3-1.5，均包括端点值；
且，通过如下步骤制备获得所述减反射复合层：
步骤S07-1、对真空镀膜机在预设温度T1下进行预热后，通过等离子对所述顶电池的裸露区域进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第一反射膜，所述第一反射膜包括Nb2O5薄膜，所述第一反射膜的厚度为48～51nm；
步骤S07-2、对真空镀膜机在预设温度T2下进行预热后，并通过等离子对所述第一反射膜的表面进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第二反射膜，所述第二反射膜包括Al2O3薄膜，所述第二反射膜的厚度为64～67nm；
步骤S07-3、对真空镀膜机在预设温度T3下进行预热后，并通过等离子对所述第二反射膜的表面进行氧离子吹扫，并采用离子源助镀形成所述第三反射膜，所述第三反射膜包括MgF2薄膜，所述第三反射膜的厚度为80～90nm；
步骤S07-4、采用光刻胶作掩膜蚀刻所述电极表面所沉积的减反射复合层；
步骤S07-5、采用快速退火炉对所述减反射复合层进行退火处理；
其中，所述步骤S07-1、步骤S07-2和步骤S07-3的氧离子吹扫功率呈阶梯状逐渐增大；具体地，步骤S07-1、步骤S07-2和步骤S07-3所对应的氧离子吹扫功率依次为40-80W、80-120W、120-180W。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，步骤S07-5包括在氮气氛围下，对所述减反射复合层进行退火处理。
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