基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池及其制備方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池及其制備方法。 背景技術(shù) [0002] V/III族多結(jié)太陽能電池能將太陽光譜分成多個(gè)能量段分別吸收，轉(zhuǎn)換效率在所有太陽能電池技術(shù)中最高，目前最為成熟的技術(shù)是基于晶格匹配的InGaP/GaAs/Ge三結(jié)電池，其大規(guī)模生產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率在40％左右。但是，在InGaP/GaAs/Ge三結(jié)電池中，由于最下結(jié)的Ge子電池幾乎產(chǎn)生了兩倍于InGaP和GaAs子電池的電流，并非最佳能帶組合，許多公司和科研機(jī)構(gòu)都在如何實(shí)現(xiàn)電流匹配和提高電池效率上加大了研發(fā)力度。例如，2012年美國(guó)Solar?Junction公司采用1eV左右的晶格匹配的InGaAsNSb代替Ge電池，達(dá)到了44％的效率。2013年日本Sharp公司采用1eV的晶格異變的InGaAs子電池達(dá)到了44.4％的效率，是目前三結(jié)電池的最高效率。 [0003] 從基本原理上講，增加更多的子電池可以更均勻的劃分太陽光譜而產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)換效率。但是對(duì)于四結(jié)和四結(jié)以上的太陽能電池，很難找到同時(shí)擁有理想帶寬和優(yōu)良光電質(zhì)量的材料組合。目前較為成功的一個(gè)方向是基于GaAs襯底上的InGaP/GaAs/InGaAs/InGaAs(1.89/1.42/1/0.7eV)四結(jié)電池，其中兩個(gè)InGaAs子電池使用了兩個(gè)漸變緩沖層。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)使用該結(jié)構(gòu)于2014年實(shí)現(xiàn)了45.7％的高效率。另一種較直接的方法是在GaAs襯底和InP襯底上分別生長(zhǎng)高質(zhì)量的InGaP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池，然后用晶片鍵合的方法，將InGaP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池鍵合形成InGaP/GaAs/InGaAsP/InGaAs(1.89/1.42/1.05/0.74eV)四結(jié)電池。2014年底德國(guó)的Fraunhofer太陽能研究所用該方法實(shí)現(xiàn)了46％的超高效率，是當(dāng)前所有太陽能電池技術(shù)中的最高效率。但以上這兩種方法都有各自的缺點(diǎn)。前者需要兩次晶格異變的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)難度極高，若控制不當(dāng)產(chǎn)生的穿透位錯(cuò)可能會(huì)嚴(yán)重降低器件性能，而且電池需要從襯底上剝離出來，增加了工藝難度。后者涉及兩個(gè)襯底的生長(zhǎng)，增加了生產(chǎn)成本，而且必須進(jìn)行晶片鍵合和襯底移除，鍵合界面的光電損失、良率、可靠性等也值得考慮。 [0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201110219051.X)公開了一種在InP襯底上的四結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，具體包括使用InP襯底；具有第一能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格匹配的InGaAs第一子電池(0.72～0.76eV)；具有比第一能帶隙大的第二能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格匹配的InGaAsP第二子電池(0.9～1.1eV)；具有比第二能帶隙大的第三能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格匹配的InP第三子電池(1.31eV)；形成于第三子電池上，且具有比第三能帶隙大的第四能帶隙的AlAsSb組分漸變層；形成于組分漸變層上，且具有比所述第三能帶隙大的第五能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格失配的InGaP第四子電池(1.8～2.0eV)。該四結(jié)電池結(jié)構(gòu)能帶寬度并不是最理想組合，第三子電池帶寬太小容易產(chǎn)生過多電流而不能達(dá)到電流匹配，降低了電池性能；而且InGaP第四子電池與InP襯底的失配度超過3.6％，容易產(chǎn)生位錯(cuò)和裂紋，影響了InGaP第四子電池的性能以及四結(jié)電池的整體性能。 [0005] 總之，對(duì)于四結(jié)和四結(jié)以上的太陽能電池，如何在不增加材料生長(zhǎng)和器件制作難度的前提下尋找到合適的材料帶寬組合實(shí)現(xiàn)高效率是目前V/III多結(jié)太陽能電池研究和生產(chǎn)亟需解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容 [0006] 鑒于目前多結(jié)太陽能電池多是基于GaAs材料體系，存在材料選擇不靈活的問題，本發(fā)明提出了一種基于InP襯底的晶格異變的五結(jié)太陽能電池，其中包括晶格匹配的三結(jié)子電池和晶格異變的兩結(jié)子電池，通過合理的帶寬選擇實(shí)現(xiàn)子電池間的電流匹配，從而達(dá)到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，本發(fā)明提供的五結(jié)太陽能電池只需一次外延生長(zhǎng)，而且器件制備過程簡(jiǎn)單，不需要做晶片鍵合和襯底移除，非常適合于大規(guī)模生產(chǎn)。 [0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案： [0008] 一種基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池，包括InP襯底，還包括：在所述InP襯底上依次設(shè)置的InGaAsP第一子電池、第一隧道結(jié)、InGaAsP第二子電池、第二隧道結(jié)、InGaAsP第三子電池、漸變緩沖層、第三隧道結(jié)、InGaP第四子電池、第四隧道結(jié)、InAlGaP第五子電池和InGaAs接觸層。

1.一種基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池，其特征在于，包括InP襯底，還包括：在所述InP襯底上依次設(shè)置的InGaAsP第一子電池、第一隧道結(jié)、InGaAsP第二子電池、第二隧道結(jié)、InGaAsP第三子電池、漸變緩沖層、第三隧道結(jié)、InGaP第四子電池、第四隧道結(jié)、InAlGaP第五子電池和InGaAs接觸層。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述InGaAsP第一子電池、InGaAsP第二子電池和InGaAsP第三子電池之間晶格匹配，且與所述InP襯底晶格匹配；所述InGaP第四子電池和所述InAlGaP第五子電池晶格匹配，且與所述InP襯底之間晶格異變。 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述InGaAsP第一子電池的帶寬為0.74eV～0.78eV，所述InGaAsP第二子電池的帶寬為0.9eV～1.1eV，所述InGaAsP第三子電池的帶寬為1.2eV～1.35eV，所述InGaP第四子電池的帶寬為1.55eV～1.65eV，所述InAlGaP第五子電池的帶寬為1.55eV～2.15eV。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述InGaAsP第一子電池包括沿逐漸遠(yuǎn)離所述InP襯底的方向依次設(shè)置的p型InP第一背場(chǎng)層、p型InGaAsP第一基區(qū)、n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)以及n型InAlGaAs或n型InP第一窗口層；其中，所述p型InGaAsP第一基區(qū)和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)與所述InP襯底晶格匹配，所述p型InGaAsP第一基區(qū)和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)的材料中，P組分為0％～8％。 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述InGaAsP第二子電池包括沿逐漸遠(yuǎn)離所述第一隧道結(jié)的方向依次設(shè)置的p型InAlGaAs或p型InP第二背場(chǎng)層、p型InGaAsP第二基區(qū)、n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)以及n型InAlGaAs或n型InP第二窗口層；其中，所述p型InGaAsP第二基區(qū)和n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)與所述InP襯底晶格匹配。