五结太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种五结太阳能电池，包括InP衬底、以及在InP衬底上依次叠层设置的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池。本发明专利技术还公开了五结太阳能电池的制备方法，包括：在InP衬底上制备InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池；在GaAs衬底上制备GaInP/AlGaInP双结太阳能电池；将InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池与GaInP/AlGaInP双结太阳能电池进行晶片键合，从而得到InGaAs/InGaAsP/InAlAs/GaInP/AlGaInP五结太阳能电池。根据本发明专利技术的五结太阳能电池满足0.73eV/1.05eV/1.47eV/1.89eV/2.2eV的带隙组合，从而可实现宽光谱的吸收，获得高电压及低电流输出，有效降低了太阳能电池在高倍聚光下的电阻损失，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。

Five junction solar cell and preparation method thereof

The invention discloses a five junction solar cell, which comprises a InP substrate and a InGaAs/InGaAsP/InAlAs three junction solar cell and a GaInP/AlGaInP double junction solar cell arranged in sequence on the InP substrate. Including the method, the invention also discloses a preparation five junction solar cell: the preparation of InGaAs/InGaAsP/InAlAs three solar cells on InP substrate; preparing GaInP/AlGaInP dual junction solar cells on GaAs substrate; three junction solar cell with GaInP/AlGaInP InGaAs/InGaAsP/InAlAs dual junction solar cell wafer bonding, so as to get the InGaAs/InGaAsP/InAlAs/GaInP/AlGaInP five junction solar cell. According to the five junction solar cell of the invention meets the band gap of 0.73eV/1.05eV/1.47eV/1.89eV/2.2eV, which can achieve wide spectral absorption, high voltage and low current output, effectively reduce the resistance loss of the solar cell in high concentration, so as to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池领域，具体地讲，涉及一种五结太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
多结III-V化合物半导体太阳能电池通过其多种带隙宽度不同的半导体材料吸收与其带隙宽度相匹配的那部分太阳光，从而实现对太阳光的宽光谱吸收，这已成为太阳能电池研究的一个热点。目前太阳能电池较为成熟的材料体系是GaInP/GaAs/Ge三结电池，其在一个太阳下的最高光电转换效率为32％～33％，在聚光下的光电转换效率大于41％。为进一步提高太阳能电池的光电转换效率，一般需要更多结的带隙组合，以有效地利用太阳光谱。四结太阳能电池依赖于1eV材料的生长，一般需利用GaInNAs材料，而GaInNAs材料的缺陷较多、载流子寿命低，从而导致扩散长度小，不利于载流子的收集，且直接影响了四结太阳能电池的光电转换效率的进一步提高。目前多采用将InP衬底上的InGaAs/InGaAsP双结太阳能电池和GaAs衬底上的GaInP/GaAs双结太阳能电池进行键合，以形成单片串联四结太阳能电池；但这种四结太阳能电池的带隙组合并不能完美地实现全光谱的吸收，尤其是不能将短波段部分的光有效地转换成电能。因此，研究人员致力于开发更多结的太阳能电池，以获得更高的光电转换效率；但在制备五结以上太阳能电池的过程中，如何兼顾晶格匹配与合理的带隙组合，成为亟需解决的一个问题。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种五结太阳能电池，其包括InP衬底、以及在所述InP衬底上依次叠层设置的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池。进一步地，所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池包括：在所述InP衬底上依次叠层设置的InGaAs子电池、第一隧道结、InGaAsP子电池、第二隧道结以及InAlAs子电池；其中，所述第一隧道结的材料为InGaAs，所述第二隧道结的材料为InGaAs。进一步地，所述GaInP/AlGaInP双结太阳能电池包括：在所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池上依次叠层设置的GaInP子电池、第三隧道结以及AlGaInP子电池；其中，所述第三隧道结的材料为GaAs。进一步地，所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池通过所述InAlAs子电池与所述GaInP子电池之间的晶片键合作用连接起来。进一步地，所述五结太阳能电池的带隙组合为0.73eV/1.05eV/1.47eV/1.89eV/2.2eV。本专利技术的另一目的还在于提供了一种五结太阳能电池的制备方法，其包括：在InP衬底上制备InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池；在GaAs衬底上制备GaInP/AlGaInP双结太阳能电池；将所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池与所述GaInP/AlGaInP双结太阳能电池进行晶片键合，从而得到InGaAs/InGaAsP/InAlAs/GaInP/AlGaInP五结太阳能电池。进一步地，在所述InP衬底上制备InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池的具体方法包括：在所述InP衬底上依次叠层制备InGaAs子电池、第一隧道结、InGaAsP子电池、第二隧道结及InAlAs子电池；在所述GaAs衬底上制备GaInP/AlGaInP双结太阳能电池的具体方法包括：在所述GaAs衬底上依次叠层制备AlGaInP子电池、第三隧道结及GaInP子电池；其中，所述第一隧道结的材料为InGaAs，所述第二隧道结的材料为InGaAs，所述第三隧道结的材料为GaAs。进一步地，将所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池与所述GaInP/AlGaInP双结太阳能电池进行晶片键合的具体方法包括：在所述InAlAs子电池上制备第一键合层；在所述GaInP子电池上制备第二键合层；将所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和所述GaInP/AlGaInP双结太阳能电池置于真空键合机中，且用Ar离子枪轰击所述第一键合层和所述第二键合层，在二者表面产生悬挂键，将所述第一键合层与所述第二键合层接触并加压压合。进一步地，所述第一键合层的掺杂物质为硅，掺杂浓度为5×1018cm-3～2×1019cm-3；所述第二键合层的掺杂物质为铍，掺杂浓度为5×1018cm-3～2×1019cm-3。进一步地，所述第一键合层与所述第二键合层在接触时的加压压力为3000N～8000N，加压时间为10min～30min。本专利技术的有益效果：本专利技术通过晶片键合技术将InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池进行晶片键合，制备得到了InGaAs/InGaAsP/InAlAs/GaInP/AlGaInP五结太阳能电池，所述五结太阳能电池的带隙组合为0.73eV/1.05eV/1.47eV/1.89eV/2.2eV；相比现有技术中GaInNAs材料的使用，避免了GaInNAs材料的缺陷较多、载流子寿命低等不利因素，从而可实现宽光谱的吸收，获得高电压及低电流输出，有效降低了太阳能电池在高倍聚光下的电阻损失，继而提高了太阳能电池的光电转换效率。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的实施例的五结太阳能电池的结构示意图；图2是根据本专利技术的实施例的五结太阳能电池的制备方法的步骤流程图；图3是根据本专利技术的实施例的具有第一键合层的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池的结构示意图；图4是根据本专利技术的实施例的具有第二键合层的GaInP/AlGaInP双结太阳能电池的结构示意图；图5是根据本专利技术的实施例的五结太阳能电池在剥离GaAs衬底前的结构示意图；图6是根据本专利技术的实施例的五结太阳能电池在剥离GaAs衬底后的结构示意图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。图1是根据本专利技术的实施例的五结太阳能电池的结构示意图。参照图1所示，根据本专利技术的实施例的五结太阳能电池包括InP衬底1、以及在InP衬底1上依次叠层设置的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池。具体地，InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池包括依次叠层设置在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五结太阳能电池，其特征在于，包括InP衬底、以及在所述InP衬底上依次叠层设置的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种五结太阳能电池，其特征在于，包括InP衬底、以及在所述InP衬底上依次叠层设置的InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池。2.根据权利要求1所述的五结太阳能电池，其特征在于，所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池包括：在所述InP衬底上依次叠层设置的InGaAs子电池、第一隧道结、InGaAsP子电池、第二隧道结以及InAlAs子电池；其中，所述第一隧道结的材料为InGaAs，所述第二隧道结的材料为InGaAs。3.根据权利要求2所述的五结太阳能电池，其特征在于，所述GaInP/AlGaInP双结太阳能电池包括：在所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池上依次叠层设置的GaInP子电池、第三隧道结以及AlGaInP子电池；其中，所述第三隧道结的材料为GaAs。4.根据权利要求3所述的五结太阳能电池，其特征在于，所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池和GaInP/AlGaInP双结太阳能电池通过所述InAlAs子电池与所述GaInP子电池之间的晶片键合作用连接起来。5.根据权利要求1至4任一所述的五结太阳能电池，其特征在于，所述五结太阳能电池的带隙组合为0.73eV/1.05eV/1.47eV/1.89eV/2.2eV。6.一种五结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：在InP衬底上制备InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池；在GaAs衬底上制备GaInP/AlGaInP双结太阳能电池；将所述InGaAs/InGaAsP/InAlAs三结太阳能电池与所述GaInP/AlGaInP双...

【专利技术属性】
技术研发人员：代盼，陆书龙，谭明，吴渊渊，季莲，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32