一種GaAs雙面薄膜太陽能電池單元及電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能電池，具體地說涉及一種GaAs雙面薄膜太陽能電池單元及電池，屬于太陽能電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類工業(yè)文明的迅速發(fā)展，石化燃料成為稀缺資源，隨著時間的推移將消耗殆盡，而且石化燃料在燃燒過程中會產(chǎn)生大量毒害氣體及固體懸浮顆粒，對環(huán)境造成了嚴重破壞，因此開發(fā)具有環(huán)保價值的新能源成為刻不容緩的事情。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的能量來源，且具有不受地域限制、可實現(xiàn)光伏系統(tǒng)模塊化的特點，所以成為了最受青睞的研宄對象。
[0003]作為人類未來能源的希望，科學(xué)家們正致力于開發(fā)不同材料的太陽能電池，其中最具代表性的是GaAs太陽能電池，GaAs屬于II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙與太陽光譜的匹配較適合，與硅太陽能電池等相比，具有更好的性能。從上世紀80年代以來，GaAs太陽電池技術(shù)經(jīng)歷了從LPE (液相外延)到MOCVD (化學(xué)氣相沉積)，從同質(zhì)外延到異質(zhì)外延，從單結(jié)到多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)的幾個發(fā)展階段，其發(fā)展速度日益加快，光電轉(zhuǎn)換效率也不斷提高；目前，單結(jié)GaAs電池實驗室最高效率已達到28.8%，遠高于其他類型的太陽能電池；而且GaAs太陽能電池的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴展，由最初的空間應(yīng)用逐步擴展到地面應(yīng)用，在便攜式能源、汽車電子、消費電子等領(lǐng)域都有著非常大的發(fā)展空間。在GaAs太陽能電池中，柔性GaAs薄膜太陽能電池具有質(zhì)量輕、易附形、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點，已逐漸成為近年來太陽能應(yīng)用方面的重點產(chǎn)品。
[0004]從結(jié)構(gòu)上來講，GaAs薄膜太陽能電池通常至少包括支撐層、背電極層、實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的GaAs電池層和柵電極層；其一般采用外延剝離(Epitaxial Lift Off,簡寫為ELO)技術(shù)制備，g卩，首先在襯底層外延生長一犧牲層，再在犧牲層上依次生長GaAs電池層、背電極層，然后通過刻蝕除去犧牲層，從而將GaAs電池層與襯底層剝離，再在背電極層上設(shè)置具有支撐功能的柔性支撐層，最后在剝除犧牲層后的GaAs電池層上制備柵電極層，再剝除柔性支撐層即得到GaAs薄膜太陽能電池。
[0005]對于GaAs薄膜太陽能電池而言，光電轉(zhuǎn)換效率是評價其性能的重要指標；眾所周知，GaAs薄膜太陽能電池只有柵電極層可以接收太陽光，而背電極層是整塊金屬板無法接收太陽光。所以，為了提高GaAs薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，一方面需要提高電池本身對于所吸收光線的光電轉(zhuǎn)換能力，另一方面則需要盡可能控制柵電極層接收多的入射太陽光，減少反射光的量。
[0006]為了解決增加入射光而減少反射光的問題，一般會考慮設(shè)置減反膜，通過減反膜的設(shè)置而減少太陽能電池對入射光在一定波長范圍內(nèi)的反射，但是由于減反膜本身不導(dǎo)電，所以在無燒結(jié)工藝的太陽電池制備工藝中不能將減反膜設(shè)置在金屬電極與器件層之間。通常情況下，GaAs雙面薄膜電池的電極和減反膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制備是理論上獨立但實際工藝中會相互影響的，特別是在較為復(fù)雜的電極設(shè)計中，電極的高度和密度(間距)對減反膜的實際厚度會有影響，從而直接影響減反膜的減反射效果。
[0007]此外，但是現(xiàn)有技術(shù)中，GaAs襯底都是圓形片，位于其上的GaAs電池層的形狀與襯底形狀相同，也為圓形，圓形薄膜太陽能電池組成的太陽能電池陣列中相鄰電池間的空隙大，導(dǎo)致電池陣列的能量密度低，不適用于對能量密度要求較高且空間有限的衛(wèi)星、飛艇等領(lǐng)域；若剝離后再對GaAs電池層進行圖形化，由于GaAs薄膜太陽能電池非常薄且脆，對其進行切割或剪裁極易對電池結(jié)構(gòu)造成破壞導(dǎo)致效率降低，成本損失較大。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]為此，本實用新型所要解決的第一個技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中GaAs薄膜太陽能電池只有柵電極層可以接收太陽光，背電極無法接收太陽光，進而提供一種可雙面受光并且能夠提高薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的GaAs雙面薄膜太陽能電池單元及電池。
[0009]本實用新型所要解決的第二個技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中GaAs薄膜太陽能電池形狀為圓形，相鄰電池間的空隙大，電池陣列的能量密度低，進而提供一種圖形化的GaAs雙面薄膜太陽能電池單元及電池。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0011]本實用新型提供一種GaAs雙面薄膜太陽能電池單元，其包括背電極層、器件層和柵電極層，所述柵電極層具有第一柵線結(jié)構(gòu)；所述背電極層具有第二柵線結(jié)構(gòu)；所述器件層與所述背電極層之間設(shè)置有第一減反膜層，所述第一減反膜層設(shè)置在所述第二柵線結(jié)構(gòu)的柵線之間；
[0012]所述器件層與所述柵電極層之間設(shè)置有第二減反膜層，所述第二減反膜層設(shè)置在所述第一柵線結(jié)構(gòu)的柵線之間。
[0013]所述第一柵線結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在電池單元的一個或相對多個邊緣的部分邊緣主柵線。
[0014]所述第一柵線結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述柵電極層內(nèi)部的第一副柵線
[0015]所述第二柵線結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞所述電池單元邊緣設(shè)置的邊緣主柵線以及設(shè)置在所述邊緣主柵線內(nèi)部的第二副柵線。
[0016]進一步地，所述第二柵線結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述邊緣主柵線內(nèi)部且沿所述太陽能電池單元對角線交叉設(shè)置的內(nèi)部主柵線。
[0017]所述第一副柵線一端連接于所述部分邊緣主柵線設(shè)置并延伸至與所述部分邊緣主柵線對應(yīng)的另一邊；所述第二副柵線平行于所述邊緣主柵線設(shè)置。
[0018]所述邊緣主柵線的寬度為1-4_ ;所述內(nèi)部主柵線的寬度為0.5-4mm ;所述第二副柵線的寬度為0.1-0.5_，所述第二副柵線之間的間距為1-3_。
[0019]所述部分邊緣主柵線的寬度為l_4mm ;所述第一副柵線的寬度為0.1-0.5mm，所述正面副柵線間的間距為l_3mm。
[0020]所述第一減反膜層為MgF2/ZnS雙減反膜層，其中，MgF2層的厚度為90_130nm，ZnS層的厚度為35-50nm ;所述第二減反膜層為MgF2/ZnS雙減反膜層，其中，MgF2層的厚度為100-120nm，ZnS 層的厚度為 30_50nm。
[0021]所述器件層的厚度為2.8-4.0 μπι，沿遠離所述背電極層的方向依次包括P型窗口層、P+背場層、P型基區(qū)層、η+發(fā)射層和η型窗口層。
[0022]所述太陽能電池單元為正六邊形或矩形；所述正六邊形電池單元的邊長為2英寸或3英寸；所述矩形電池單元的對角線長度為4英寸或6英寸。
[0023]本實用新型還提供一種GaAs雙面薄膜太陽能電池，包含一個所述的薄膜太陽能電池單元，或由多個所述的薄膜太陽能電池單元組成的陣列。
[0024]進一步地，所述陣列中各電池單元之間的間距大于100 μπι。
[0025]本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0026](I)本實用新型所述的GaAs雙面薄膜太陽能電池單元，包括背電極層、器件層和柵電極層，柵電極層具有第一柵線結(jié)構(gòu)；背電極層具有第二柵線結(jié)構(gòu)；并進一步在器件層與背電極層之間設(shè)置第一減反膜層，在器件層與柵電極層之間設(shè)置第二減反膜層，同時保證第一減反膜、第二減反膜層分別對應(yīng)設(shè)置在第二柵線結(jié)構(gòu)、第一柵線結(jié)構(gòu)的柵線之間。本實用新型首次將背電極由常規(guī)的“整面金屬”制作成為第二柵線結(jié)構(gòu)，使光線可以由柵線結(jié)構(gòu)的空隙進入器件層中，并結(jié)合第一減反膜層和第二減反膜層的設(shè)置，有效解決了光線的反射和漫反射問題，減少了光損失，提供了更多的光線進入器件層內(nèi)部的通道，實現(xiàn)了柵線與電池單元外部有效的電連接，并開創(chuàng)了 GaAs薄膜太陽能電池雙面受光的技術(shù)先例；從而在整體上提高了 GaAs薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，其光電轉(zhuǎn)換效率可以達到普通GaAs薄膜太陽能電池的1.05倍，在雪地、垂直幕墻等領(lǐng)域有突出的表現(xiàn)；并且與現(xiàn)有的晶體硅雙面太陽能電池相比，GaAs雙面薄膜太陽能電池的重量更小，單位面積輸出功率更大，并可根據(jù)實際需求制作為柔性雙面薄膜太陽能電池。
[0027](2)本實用新型所述的GaAs雙面薄膜太陽能電池單元，第一柵線結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在電池單元的一個或相對多個邊緣的部分邊緣主柵線。部分邊緣主柵線只設(shè)置在電池單元的一側(cè)邊，能夠最大限度減小所述柵電極層對所述器件層的遮擋，讓更多的光線進入所述器件層，進一步提高光電轉(zhuǎn)換的效率；或者部分邊緣主柵線設(shè)置在電池單元相對的多個邊緣，能夠在進行封裝后提供穩(wěn)定的支撐，并且可以從兩端收集電流，緩解副柵線斷裂后電流收集效率降低的問題；而且本實用新型所述的太陽能電池單元，除了其用于與外部實現(xiàn)導(dǎo)通的主柵線外，其余柵線均由減反膜覆蓋，可有效緩解金屬電極的氧化以及外部濕氣等影響，在保證高效率的同時提高了 GaAs薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性。
[0028](3)本實用新型所述的GaAs雙面薄膜太陽能電池單元，第二柵線結(jié)構(gòu)包括環(huán)繞電池單元邊緣設(shè)置的邊緣主柵線以及設(shè)置在邊緣主柵線內(nèi)部的第二副柵線；由于GaAs薄膜太陽能電池單元厚度小且脆性高，易于破碎，第二主柵線環(huán)繞所述電池單元邊緣一周，可以保護薄膜太陽能電池單元易碎的邊緣，并對薄膜太陽能電池單元提供有效的支撐。
[0029](4)本實用新型所述的GaAs雙面薄膜太陽能電池單元，第二柵線結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在邊緣主柵線內(nèi)部且沿所述太陽能電池單元對角線交叉設(shè)置的內(nèi)部主柵