四結級聯(lián)的太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光電元件領域，尤其涉及太陽能電池領域。
【背景技術】
[0002]環(huán)境和能源的要求，使得包括太陽能高效發(fā)電在內的新能源技術越發(fā)重要。而太陽能電池以其較小的體積和較輕的重量得到了重視。太陽能高效發(fā)電技術作為支撐我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的前瞻性、戰(zhàn)略性的新型清潔能源技術在國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃中被列為重點支持和優(yōu)先發(fā)展的方向。相比于硅太陽電池，多結II1-V化合物半導體太陽電池以多種帶隙寬度不同的半導體材料吸收與其帶隙寬度相匹配的那部分太陽光，從而實現(xiàn)對太陽光的寬光譜吸收，目前研究較多而且技術較為成熟的體系是GalnP/GaAs/Ge三結電池，該三結電池中Ge電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流最大可達到兩結電池的2倍，其轉換效率可到達32-33%。
[0003]然而GalnP/GaAs/Ge體系的太陽能電池仍然受晶格匹配的制約，使Ge電池對應的太陽光譜的能量沒有被充分轉換利用，所以該三結電池的效率還有進一步改善的空間。一種最直觀的想法是在GaAs和Ge電池中間插入一帶隙約為1.0OeV的InGaAsN或GaAsNBi材料，這樣可以在保持短路電流不變的情況下，將開路電壓提高約0.60V，從而使該四結電池的轉換效率提高到43%。但是少子壽命足夠長的InGaAsN或GaAsNBi材料的制備非常困難，而當InGaAsN或GaAsNBi材料的少子壽命較短時，吸收太陽光產(chǎn)生的電子_空穴對將沒有足夠的時間被分離和收集，從而使得太陽能電池難以具有較高的轉換效率。
[0004]另一種常用的獲取高效太陽能轉換效率的方法是:采用晶片鍵合的方法將晶格失配的具有合理帶隙組合的電池鍵合在一起，從而實現(xiàn)電流匹配。然而，晶片鍵合電池往往存在兩個主要問題:以GalnP/GaAs和InGaAlAs/InGaAs雙結電池的鍵合為例，晶片鍵合電池需要GaAs和InP兩個襯底，這大大增加了電池的制作成本；二是晶片鍵合電池的鍵合部分需要良好的歐姆接觸和良好的透光率，這給工藝帶來很大的挑戰(zhàn)，增加了電池的制作難度。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有較高轉換效率的太陽能電池。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種四結級聯(lián)的太陽能電池，包括依次設置的GaInP子電池、GaAs子電池、InGaAlAs子電池以及InGaAs子電池。
[0007]優(yōu)選地,所述GaAs子電池和InGaAlAs子電池之間設有由InxGa1IyAlyAs材料形成的漸變過渡層，所述漸變過渡層的帶隙大于GaAs子電池的帶隙。
[0008]優(yōu)選地,所述InxGa1TyAlyAs 材料中，χ=0.05 ?0.53, y=0.12 ?0.48, x 和 y 的值沿遠離GaAs子電池的方向逐漸增大。
[0009]優(yōu)選地，所述太陽能電池進一步包括設置在GaInP子電池和GaAs子電池之間的第一隧道結、GaAs子電池和漸變過渡層之間的第二隧道結以及InGaAlAs子電池和InGaAs子電池之間的第三隧道結。
[0010]優(yōu)選地，所述GaInP子電池包含依次設置的材料為GaAs的第一接觸層、Al (Ga) InP的第一窗口層、GaInP的第一發(fā)射極、GaInP的第一基極和(Al)GaInP或AlGaAs的第一背場；
[0011]所述第一隧道結包含按照逐漸遠離GaInP子電池方向依次設置的材料為(Al)GaAs的第一 P型隧道層、AlGaAs或Al (Ga) InP的第一 N型隧道層以及Al (Ga) InP或AlGaAs
的第一 N型勢魚層；
[0012]所述GaAs子電池包含按照逐漸遠離第一隧道結方向依次設置的材料為AlGaAs的第二窗口層、GaAs的第二發(fā)射極、GaAs的第二基極以及(Al)GaAs或(Al)GaInP的第二背場；
[0013]所述第二隧道結包含按照逐漸遠離GaAs子電池方向依次設置的材料為(Al)GaAs的第二 P型隧道層、GaInP或GaAs的第二 N型隧道層以及Al (Ga) InP或AlGaAs的第二 N型勢壘層；
[0014]所述InGaAlAs子電池包含按照逐漸遠離第二隧道結方向依次設置的材料為InP或In(Ga)AlAs的第三窗口層、InGaAlAs的第三發(fā)射極、InGaAlAs的第三基極以及InP的第三背場;
[0015]所述第三隧道結包含按照逐漸遠離InGaAlAs子電池方向依次設置的材料為InGaAs的第三P型隧道層和InGaAs的第三N型隧道層；
[0016]所述InGaAs子電池包含按照逐漸遠離第三隧道結方向依次設置的材料為InP的第四窗口層、InGaAs的第四發(fā)射極、InGaAs的第四基極以及InP的第四背場。
[0017]優(yōu)選地，所述太陽能電池還包括與所述InGaAs子電池鍵合的第二襯底，所述第二襯底為Si襯底、金屬片、陶瓷片或玻璃片。
[0018]本發(fā)明的另一目的是提供一種四結級聯(lián)的太陽能電池的制備方法，制備如上所述的太陽能電池，包括步驟:提供第一襯底，在第一襯底上依次生長GaInP子電池、第一隧道結、GaAs子電池、第二隧道結、InxGamAlyAs漸變過渡層、InGaAlAs子電池、第三隧道結以及InGaAs子電池，其中GaInP子電池、GaAs子電池、InGaAlAs子電池和InGaAs子電池為倒置生長。
[0019]優(yōu)選地，所述制備方法具體包括:
[0020]a)提供材料為GaAs或Ge的第一襯底，在所述第一襯底上生長材料為AlGaAs或(Al)GaInP的犧牲層；
[0021]b)生長GaInP子電池:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為GaAs的第一接觸層、Al (Ga) InP的第一窗口層、GaInP的第一發(fā)射極、GaInP的第一基極和(Al)GaInP或AlGaAs的第一背場；
[0022]c)生長第一隧道結:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為(Al)GaAs的第一 P型隧道層、AlGaAs或Al (Ga) InP的第一 N型隧道層以及Al (Ga) InP或AlGaAs的第一 N型勢壘層；
[0023]d)生長GaAs子電池:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為AlGaAs的第二窗口層、GaAs的第二發(fā)射極、GaAs的第二基極以及(Al)GaAs或(Al)GaInP的第二背場；
[0024]e)生長第二隧道結:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為(Al)GaAs的第二 P型隧道層、GaInP或GaAs的第二 N型隧道層以及Al (Ga) InP或AlGaAs的第二 N型勢壘層；
[0025]f)生長 InxGanAlyAs 漸變過渡層，其中，χ=0.05 ?0.53，y=0.12 ?0.48，x 和 y的值沿遠離第一襯底的方向逐漸增大；
[0026]g)生長InGaAlAs子電池:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為InP或In(Ga)AlAs的第三窗口層、InGaAlAs的第三發(fā)射極、InGaAlAs的第三基極以及InP的第三背場；
[0027]h)生長第三隧道結:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為InGaAs的第三P型隧道層和InGaAs的第三N型隧道層；
[0028]i)生長InGaAs子電池:按照逐漸遠離第一襯底方向依次生長材料為InP的第四窗口層、InGaAs的第四發(fā)射極、InGaAs的第四基極以及InP的第四背場；
[0029]優(yōu)選地，所述制備方法還包括:將如權利要求8所述的太陽能電池的第四背場鍵合到第二襯底上，并除去第一襯底；在GaInP子電池和第二襯底上分別制備頂電極和底電極。
[0030]優(yōu)選地，采用MOCVD法或MBE法生長形成所述太陽能電池。
[0031]有益效果:
[0032]本發(fā)明提供的四結級聯(lián)的太陽能電池，通過分別具有L90eVU.42eVU.00eV和0.73eV帶隙的GaInP子電池、GaAs子電池、InGaAlAs子電池和InGaAs子電池，降低各子電池之間的電流失配，從而減小光電轉換過程中的熱能損失，提高太陽能電池的轉換效率；同時，該太陽能電池通過一次生長并與第二襯底鍵合的方式形成，不僅降低了太陽能電池的制備難度，同時也降低了該太陽能電池的制備成本。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明一實施例提供的太陽能電池的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為了更好地闡述本發(fā)明的技術特點和結構，以下結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其附圖進行詳細描述。
[0035]參閱圖1，為本實施例提供的太陽能結構示意圖，該太陽能電池包括從上到下依次設置的頂電極120、GaInP子電池310、第一隧道結410、GaAs子電池320、第二隧道結420、漸變過渡層500、InGaAlAs子電池330、第三隧道結430、InGaAs子電池3