本發(fā)明屬于光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨襯底的倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)降低其生產(chǎn)成本，一直是光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；冖蟆猇族材料制備的多結(jié)太陽(yáng)電池，將不同禁帶寬度的子電池串聯(lián)在一起，使其選擇性地吸收不同波段的太陽(yáng)光譜，不僅可以拓寬電池對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收范圍，且減小了熱化損失，可有效提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。目前，基于晶格匹配原理制造的Ge\GaInAs\GaInP三結(jié)太陽(yáng)電池技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛，其在聚光條件下實(shí)驗(yàn)室最高效率為41.6% (AM1.5，364-suns)。但由于其帶隙的限制，三結(jié)子電池的短路電流不匹配，光電效率很難進(jìn)一步提高。同時(shí)，由于Ge是典型的烯散金屬，全世界可供開采的Ge資源比較匱乏，價(jià)格昂貴，使用Ge作為多結(jié)電池的襯底不利于降低成本，并且增加了電池的總重量。

因此，實(shí)現(xiàn)更高效率多結(jié)太陽(yáng)電池的關(guān)鍵在于保證高質(zhì)量晶體材料生長(zhǎng)的前提下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)帶隙配比。目前主要技術(shù)途徑為優(yōu)先考慮各子電池帶隙與太陽(yáng)光譜的匹配，通過引入漸變緩沖層等方法來實(shí)現(xiàn)晶格失配材料的生長(zhǎng)。為有效減少底電池與晶片之間的晶格失配引起的位錯(cuò)對(duì)其他子電池生長(zhǎng)的不利影響，采用倒裝結(jié)構(gòu)的多結(jié)太陽(yáng)電池，即先外延生長(zhǎng)與襯底晶格匹配的頂電池、中電池，最后再外延底電池。而為了降低多結(jié)電池的制作成本，可采用廉價(jià)的石墨襯底來替代昂貴的Ge或者GaAs襯底。采用石墨作為襯底的另一好處是易于剝離，并且可以重復(fù)使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于石墨襯底的倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法，實(shí)現(xiàn)多結(jié)電池更優(yōu)的帶隙配比，獲得更匹配的短路電流，同時(shí)降低電池的制作成本。

本發(fā)明基于石墨襯底的倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池，包括支撐襯底、背面電極、正面電極和外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，外延結(jié)構(gòu)包括依次倒裝生長(zhǎng)的GaInP頂電池、第一隧穿結(jié)、In_xGa_1-xAs中電池、第二隧穿結(jié)、緩沖層、In_yGa_1-yAs底電池。

進(jìn)一步，在于GaInP頂電池之下設(shè)置有第一歐姆接觸層，In_yGa_1-yAs底電池之上設(shè)置有第二歐姆接觸層。

進(jìn)一步，所述GaInP頂電池和In_xGa_1-xAs中電池與外延襯底晶格匹配，其中0≤x＜0.1；所述In_xGa_1-xAs中電池與In_yGa_1-yAs底電池通過所述緩沖層進(jìn)行過渡，其中0<y＜0.5。

進(jìn)一步，所述緩沖層采用梯度組分漸變的In_zAl_1-zAs，其中0≤z＜0.5。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了所述倒裝三結(jié)電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）將石墨襯底進(jìn)行機(jī)械拋光；

（2）在石墨襯底拋光面上利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）的方法，依次沉積Ge層、GaAs層，作為倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池的外延襯底；

（3）采用MOCVD依次外延生長(zhǎng)第一歐姆接觸層、GaInP頂電池、第一隧穿結(jié)、In_xGa_1-xAs中電池、第二隧穿結(jié)、緩沖層、In_yGa_1-yAs底電池，第二歐姆接觸層；

（4）在上述外延片第二歐姆接觸層表面蒸鍍背面電極并將其鍵合至一支撐襯底，去除外延襯底，制備正面電極，獲得目標(biāo)電池。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用廉價(jià)的石墨襯底沉積Ge層和GaAs層，替代Ge或GaAs晶圓片作為多結(jié)電池的外延襯底，減少了Ge或GaAs的消耗，降低了電池的制作成本。同時(shí)，所述倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池可實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的帶隙配比，獲得更匹配的短路電流，進(jìn)一步提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池外延襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池的外延結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池制成品的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明基于石墨襯底制備了倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池。圖1示出了本實(shí)施例倒裝三結(jié)電池的外延襯底，包括石墨襯底01、Ge層02、GaAs層03。圖2示出了本實(shí)施例倒裝三結(jié)電池的外延結(jié)構(gòu)，包括石墨襯底01、Ge層02、GaAs層03、第一歐姆接觸層04、GaInP頂電池05、第一隧穿結(jié)06、In_xGa_1-xAs中電池07、第二隧穿結(jié)08、緩沖層09、In_yGa_1-yAs底電池10、第二歐姆接觸層11。圖3示出了本實(shí)施例倒裝三結(jié)電池的制成品結(jié)構(gòu)，包括支撐襯底12、背面電極13、第二歐姆接觸層11、In_yGa_1-yAs底電池10、緩沖層09、第二隧穿結(jié)08、In_xGa_1-xAs中電池07、第一隧穿結(jié)06、GaInP頂電池05、第一歐姆接觸層04、正面電極14。下面介紹本實(shí)施例倒裝三結(jié)電池的制備方法，包括如下步驟：

（1）將石墨襯底01進(jìn)行機(jī)械拋光；

（2）在石墨襯底01拋光面上利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）的方法，依次沉積Ge層02、GaAs層03，作為倒裝三結(jié)太陽(yáng)電池的外延襯底；

（3）采用MOCVD依次外延生長(zhǎng)第一歐姆接觸層04、GaInP頂電池05、第一隧穿結(jié)06、In_xGa_1-xAs中電池07、第二隧穿結(jié)08、緩沖層09、In_yGa_1-yAs底電池10，第二歐姆接觸層11；

（4）在上述外延片第二歐姆接觸層表面蒸鍍背面電極13并將其鍵合至一支撐襯底12，去除外延襯底，制備正面電極14，獲得目標(biāo)電池。