CN219476692U - 一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，其结构从下到上依次为背面金属电极、砷化镓太阳能电池、碳化硅接触层、正面金属电极，本实用新型使用掺杂多晶或微晶碳化硅作为碳化硅接触层，利用其宽带隙、高电导的性能作为透明导电电极，代替正面栅线电极，减少了正面金属使用量，降低成本，同时增大了表面透光面积，提高光电转换效率，为砷化镓太阳能电池提供一种可行的新结构。

Description

一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，尤其涉及一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池。

背景技术

砷化镓太阳能电池是以砷化镓(GaAs)为基体材料的太阳能电池，其发展已有40余年的历史。GaAs材料的Eg＝1.43eV，理论上估算，GaAs单结太阳能电池的效率可达27％，从上世纪80年代后，GaAs太阳能电池技术经历了从液相外延(Liquid Phase Epitaxy，LPE)到金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)，从同质外延到异质外延，从单结到多结叠层结构的几个发展阶段，其发展速度日益加快，效率也不断提高。

与硅基太阳能电池相比,砷化镓太阳能电池具有更高的光电转换效率、更强的抗辐照能力和更好的耐高温性能。但由于其成本高，在民用领域难以推广，所以设计新材料、新结构对于低成本且保证光电转化效率的砷化镓太阳能电池至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，使用掺杂多晶或微晶碳化硅作为碳化硅接触层，利用其宽带隙、高电导的性能作为透明导电电极，代替正面栅线电极，减少了正面金属使用量，降低成本，同时增大了表面透光面积，提高光电转换效率，为砷化镓太阳能电池提供一种可行的新结构。

有鉴于此，所述太阳能电池结构从下到上依次为背面金属电极、砷化镓太阳能电池本体、碳化硅接触层和正面金属电极，其中，所述碳化硅接触层为掺杂的多晶或微晶碳化硅。

优选的，所述正面金属电极为T i/Al、T i、A l、Ag、Cu中的一种或多种，所述背面金属电极为Ni/Cr、AuGeNi、N i、Ti、Al、Ag、Cu中的一种或多种。

优选的，所述碳化硅接触层的厚度为1～30μm，掺杂浓度范围为5×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3。

优选的，所述砷化镓太阳能电池本体为单结、双结、三结或者多结，所述砷化镓太阳能电池本体结构从下至上包括衬底层、缓冲层、电池层、窗口层、高掺接触层。

优选的，所述碳化硅接触层为N型或P型碳化硅膜层。

进一步优选的，所述P型碳化硅膜层的掺杂元素为铝或硼，N型碳化硅膜层的掺杂元素为氮。

本实用新型实施例提供的一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，从材料性能的角度，碳化硅具备高电导、高折射率、宽带隙且掺杂浓度易调控等优点，从而作为电池的透明导电电极层实现电流的有效收集，省去表面金属栅线的使用，大大降低电池生产成本，为砷化镓太阳能电池提供一种低成本高效率的结构，同时，碳化硅用作正面电极，增大了表面透光面积，提高光电转换效率，在生产制造的角度，多晶或微晶碳化硅利用磁控溅射法可以安全、大面积、低成本生产，与太阳能电池的生产制造工艺兼容。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池制备方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池的结构示意图，如图1所示，所述具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池结构从下到上依次为背面金属电极1、砷化镓太阳能电池本体2、碳化硅接触层3和正面金属电极4，其中，碳化硅接触层3为掺杂的多晶或微晶碳化硅。

其中，上述背面金属电极1可以为Ni/Cr、AuGeNi、Ni、Ti、Al、Ag、Cu中的一种或多种；上述正面金属电极4可以为T i/A l、T i、Al、Ag、Cu中的一种或多种，进一步的，正面金属电极优选为点状金属，一方面是减少电极遮光面积，一方面是降低金属成本。

砷化镓太阳能电池本体2可为单结、双结、三结或者多结砷化镓太阳能电池，主要结构从下至上包括从下至上包括衬底层、缓冲层、电池层(单结、双结、三结或者多结)、窗口层、高掺接触层。

碳化硅接触层3的厚度为1～30μm，掺杂浓度范围为5×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3，这里的碳化硅接触层3可以是P型或N型微晶或多晶碳化硅膜层，其中，P型碳化硅膜层的掺杂元素包括但不限于铝或硼，N型碳化硅膜层的掺杂元素包括但不限于氮。应当理解的是，碳化硅具有宽带隙、高电导、高折射率、制备工艺简单安全等优点，在性能与生产工艺上，可替代表面栅线电极。

本实施例的砷化镓太阳能电池工作过程是太阳光透过正面碳化硅接触层3照在砷化镓太阳能电池本体2产生电流，通过碳化硅接触层3将电流收集起来，再经过背面金属电极1和正面金属电极4将电流导出。与现有的电池相比，省去表面金属栅线的使用，大大降低电池生产成本，碳化硅用作接触层，增大了表面透光面积，提高光电转换效率。

本实用新型在砷化镓太阳能电池的结构中使用多晶或微晶碳化硅材料，从材料性能的角度，碳化硅具备高电导、高折射率、宽带隙且掺杂浓度易调控等优点，从而作为电池的透明导电电极层实现电流的有效收集，省去表面金属栅线的使用，大大降低电池生产成本，为砷化镓太阳能电池提供一种低成本高效率的结构，同时，碳化硅用作正面电极，增大了表面透光面积，提高光电转换效率。

本实用新型实施例还提供了一种上述具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池的制备方法，如图2所示，制备方法包括如下步骤：

步骤101，对砷化镓太阳能电池外延片进行清洗。

具体的，依次用丙酮、异丙醇、去离子水冲清洗，去除表面颗粒、有机污染物、表面金属离子等，然后放入HC l/H₂O溶液中清洗，再用去离子水冲洗，去除表面的污渍，这里的HC l/H₂O溶液体积配比优选为1:1。

步骤102，在清洗后的砷化镓太阳能电池外延片的正面沉积微晶或多晶碳化硅接触层。

具体的，利用磁控溅射在清洗后的砷化镓太阳能电池外延片的正面沉积微晶或多晶碳化硅接触层，这里的碳化硅接触层为P型或N型，P型碳化硅膜层的掺杂元素包括但不限于铝或硼，N型碳化硅膜层的掺杂元素包括但不限于氮。

其中，碳化硅接触层的厚度优选为1～30μm，掺杂浓度范围优选为5×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3。

步骤103，利用硬掩膜在碳化硅接触层上沉积正面金属电极。

具体的，利用硬掩膜在碳化硅接触层上采用电子束蒸发或磁控溅射沉积正面金属电极，正面金属电极优选为点状金属。

步骤104，在砷化镓太阳能电池外延片的背面沉积背面金属电极，然后对电池进行退火，由此得到具有碳化硅膜层的砷化镓太阳能电池。

具体的，采用电子束蒸发或磁控溅射在砷化镓太阳能电池外延片的背面沉积背面金属电极，然后采用快速退火炉或激光退火炉对电池进行退火，由此得到具有碳化硅膜层的砷化镓太阳能电池。

本实用新型实施例提供的一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池制备方法，采用多晶或微晶碳化硅利用磁控溅射法可以安全、大面积、低成本生产，与太阳能电池的生产制造工艺兼容。

为更好的理解本实用新型提供的技术方案，结合图1和图2所示，下述以多个具体实例分别说明应用本实用新型上述实施例提供的具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池的制备方法的具体过程，以及其制备的电池特性，并以对比例进行比较说明。

实施例1

本实施例提供了一种选用单结砷化镓太阳能电池外延片制备具有碳化硅接触层的单结砷化镓太阳能电池的方法，具体结构如下表1所示：

表1

本实施例的具有碳化硅接触层的单结砷化镓太阳能电池制备方法包括如下步骤：

1、对单结砷化镓太阳能电池外延片2清洗：在丙酮中清洗3分钟、放入异丙醇中清洗3分钟，用去离子水冲洗3分钟。之后放入HC l：H₂O＝1:1(体积比)的溶液中清洗1分钟，再用去离子水冲洗3分钟，去除表面的污渍。

2、使用掺铝P型微晶碳化硅靶材利用磁控溅射技术在外延片2正面沉积P型微晶碳化硅接触层3，厚度为5μm，掺杂浓度范围为5×10¹⁸cm^-3。

3、利用硬掩膜在P型碳化硅接触层3上采用电子束蒸发或磁控溅射沉积正面金属电极4，金属电极为点状金属。

4、利用电子束蒸发或磁控溅射在外延片2背面沉积背面金属电极1。采用快速退火炉或激光退火炉对电池进行退火，至此具有碳化硅膜层的单结砷化镓太阳能电池制备完成。

实施例2

本实施例提供了一种选用两结砷化镓太阳能电池外延片制备具有碳化硅接触层的两结砷化镓太阳能电池的方法，具体结构如下表2所示：

表2

1、对两结砷化镓太阳能电池外延片2清洗：在丙酮中清洗3分钟、放入异丙醇中清洗3分钟，用去离子水冲洗3分钟。之后放入HCl：H₂O＝1:1(体积比)的溶液中清洗1分钟，再用去离子水冲洗3分钟，去除表面的污渍。

2、使用掺铝P型微晶碳化硅靶材利用磁控溅射技术在外延片2正面沉积P型微晶碳化硅接触层3，厚度为5μm，掺杂浓度范围为5×10¹⁸cm^-3。

3、利用硬掩膜在P型碳化硅接触层3上采用电子束蒸发或磁控溅射沉积正面金属电极4，金属电极为点状金属。

4、利用电子束蒸发或磁控溅射在外延片2背面沉积背面金属电极1。采用快速退火炉或激光退火炉对电池进行退火，至此具有碳化硅膜层的两结砷化镓太阳能电池制备完成。

实施例3

本实施例提供了一种选用三结砷化镓太阳能电池外延片制备具有碳化硅接触层的三结砷化镓太阳能电池的方法，具体结构如下表3所示：

表3

本实施例的具有碳化硅接触层的三结砷化镓太阳能电池制备方法包括如下步骤：

1、对三结砷化镓太阳能电池外延片2清洗：在丙酮中清洗3分钟、放入异丙醇中清洗3分钟，用去离子水冲洗3分钟。之后放入HCl：H₂O＝1:1(体积比)的溶液中清洗1分钟，再用去离子水冲洗3分钟，去除表面的污渍。

2、使用掺氮的N型微晶碳化硅靶材利用磁控溅射技术在外延片2正面沉积N型微晶碳化硅接触层3，厚度为5μm，掺杂浓度范围为1×10¹⁹cm^-3。

3、利用硬掩膜在N型碳化硅接触层3上采用电子束蒸发或磁控溅射沉积正面金属电极4，金属电极为点状金属。

4、利用电子束蒸发或磁控溅射在外延片2背面沉积背面金属电极1。采用快速退火炉或激光退火炉对电池进行退火，至此具有碳化硅膜层的三结砷化镓太阳能电池制备完成。

对比例1

对比例1中砷化镓太阳能电池为单面电池，做法是先在表1所示的电池外延片正面做一层SiO₂/TiO₂的减反膜，然后在其上蒸发金属正面栅线电极，最后在背面整面蒸发金属电极，从而得到单结砷化镓太阳能电池。

对比例2

对比例2中砷化镓太阳能电池为单面电池，做法是先在表2所示的电池外延片正面做一层SiO₂/TiO₂的减反膜，然后在其上蒸发金属正面栅线电极，最后在背面整面蒸发金属电极，从而得到双结砷化镓太阳能电池。

对比例3

对比例3中砷化镓太阳能电池为单面电池，做法是先在表3所示的电池外延片正面做一层SiO₂/TiO₂的减反膜，然后在其上蒸发金属正面栅线电极，最后在背面整面蒸发金属电极，从而得到三结砷化镓太阳能电池。

选取上述实施例1、2、3和对比例1、2、3得到的太阳能电池中1平方厘米的电池片在一倍太阳光模拟器下进行多次测试，测试结果如下：

从测试结果可以看出每个实施例的砷化镓太阳能电池在Voc和FF指标上与其相对应对比例相当，在Isc，Pm和Eff指标上均高于对比例中的电池。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书中的描述中，术语“一个具体的实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，其特征在于，所述砷化镓太阳能电池的结构从下到上依次为背面金属电极、砷化镓太阳能电池本体、碳化硅接触层和正面金属电极，其中，所述碳化硅接触层为掺杂的多晶或微晶碳化硅。

2.根据权利要求1所述的具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，其特征在于，所述碳化硅接触层的厚度为1～30μm。

3.根据权利要求1所述的具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，其特征在于，所述砷化镓太阳能电池本体为单结、双结、三结或者多结，所述砷化镓太阳能电池本体结构从下至上包括衬底层、缓冲层、电池层、窗口层、高掺接触层。

4.根据权利要求1所述的具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，其特征在于，所述碳化硅接触层为N型或P型碳化硅膜层。

5.根据权利要求4所述的具有碳化硅接触层的砷化镓太阳能电池，其特征在于，所述P型碳化硅膜层的掺杂元素为铝或硼，N型碳化硅膜层的掺杂元素为氮。