太阳能电池结构及其制备方法

摘要

本发明涉及一种太阳能电池结构，包括：衬底；多结电池结构，多结电池结构形成于衬底相对的两侧；绝缘层，绝缘层位于衬底与多结电池结构之间。同一衬底上正反两面均能够形成将太阳能转化为电能的结构，且衬底两侧的结构通过绝缘层隔离，互不干扰。采用双面都可吸收太阳光能并转化为电能的太阳能电池结构，可以增加单位重量电池芯片的发电功率，提高重量比功率，尤其在安装的有太阳能电池的航天器材由透光材料制成时，太阳能电池结构无需事实调整其角度也能够在大部分时间保持良好的产生电能的能力。

权利要求

1.一种太阳能电池结构，其特征在于，包括：衬底；

多结电池结构，所述多结电池结构形成于所述衬底相对的两侧；

绝缘层，所述绝缘层位于所述衬底与所述多结电池结构之间。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，还包括：第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层至少位于所述绝缘层和所述多结电池结构之间。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述多结电池结构上还形成有第二欧姆接触层，所述第二欧姆接触层上形成有第一电极，所述第一欧姆接触层上形成有第二电极。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述多结电池结构包括第一隧穿结、第一子电池、第二隧穿结和第二子电池，所述第一隧穿结、所述第一子电池、所述第二隧穿结和所述第二子电池沿所述衬底指向所述绝缘层的方向依次叠成。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池结构，其特征在于，所述太阳能电池结构还包括反射层，所述反射层位于所述第一隧穿结与所述第一子电池之间，所述反射层包括交替生长的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的折射率不同。

6.一种太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底；

于所述衬底的一侧形成绝缘层，并于所述绝缘层上形成多结电池结构；

于所述衬底的另一侧形成绝缘层，并于所述绝缘层上形成多结电池结构。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘层为非掺杂的砷化镓层或非掺杂的镓铟磷层。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，于所述衬底的一侧形成多结电池结构之前还包括：于所述绝缘层上形成第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层位于所述绝缘层和所述多结电池结构之间。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，于所述衬底的一侧形成多结电池结构具体包括：于所述第一欧姆接触层上形成第一隧穿结；

于所述第一隧穿结上形成反射层；

于所述反射层上形成第一子电池；

于所述第一子电池上形成第二隧穿结；

于所述第二隧穿结上形成第二子电池。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，于所述第一隧穿结上形成所述反射层具体包括：于所述第一隧穿结上交替生长的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的折射率不同。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，于所述衬底的一侧形成所述绝缘层，并于所述绝缘层上形成所述多结电池结构之后还包括：于所述多结电池结构上形成第二欧姆接触层；

于所述衬底的另一侧形成所述绝缘层，并于所述绝缘层上形成所述多结电池结构之后，还包括：于所述第二欧姆接触层上形成第一电极；

刻蚀所述第二欧姆接触层和所述多结电池结构至暴露所述第一欧姆接触层，并于所述第一欧姆接触层上形成第二电极。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述第一欧姆层和所述第二欧姆接触层均为砷化镓层。

说明书

太阳能电池结构及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种太阳能电池结构及其制备方法。

背景技术

[0002] 太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流，是一种高效的清洁能源形式，III-V族化合物半导体太阳能电池在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强等优点，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，其中GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配结构的三结电池已在航天领域得到广泛应用。

[0003] 目前空间应用中，太阳能电池均是单面受光照射产生电能，太阳能电池板需要对准太阳照射方向才能最大程度的产生电能，因此在产生电能上存在很大的限制。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种太阳能电池及其制备方法，其具有令太阳能电池保持良好的产生电能能力的效果。

[0005] 一种太阳能电池结构，包括：

[0006] 衬底；

[0007] 多结电池结构，所述多结电池结构形成于所述衬底相对的两侧；

[0008] 绝缘层，所述绝缘层位于所述衬底与所述多结电池结构之间。

[0009] 通过上述技术方案，同一衬底上正反两面均能够形成将太阳能转化为电能的结构，且衬底两侧的结构通过绝缘层隔离，互不干扰。采用双面都可吸收太阳光能并转化为电能的太阳能电池结构，可以增加单位重量电池芯片的发电功率，提高重量比功率，尤其在安装的有太阳能电池的航天器材由透光材料制成时，太阳能电池结构无需事实调整其角度也能够在大部分时间保持良好的产生电能的能力。

[0010] 在其中一个实施例中，还包括：

[0011] 第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层至少位于所述绝缘层和所述多结电池结构之间。

[0012] 在其中一个实施例中，所述多结电池结构上还形成有第二欧姆接触层，所述第二欧姆接触层上形成有第一电极，所述第一欧姆接触层上形成有第二电极。

[0013] 在其中一个实施例中，所述多结电池结构包括第一隧穿结、第一子电池、第二隧穿结和第二子电池，所述第一隧穿结、所述第一子电池、所述第二隧穿结和所述第二子电池沿所述衬底指向所述绝缘层的方向依次叠成。

[0014] 在其中一个实施例中，所述太阳能电池结构还包括反射层，所述反射层位于所述第一隧穿结与所述第一子电池之间，所述反射层包括交替生长的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的折射率不同。

[0015] 本发明还提供了一种太阳能电池结构的制备方法，包括以下步骤：

[0016] 提供衬底；

[0017] 于所述衬底的一侧形成绝缘层，并于所述绝缘层上形成多结电池结构；

[0018] 于所述衬底的另一侧形成绝缘层，并于所述绝缘层上形成多结电池结构。

[0019] 在其中一个实施例中，所述绝缘层为非掺杂的砷化镓层或非掺杂的镓铟磷层。

[0020] 在其中一个实施例中，于所述衬底的一侧形成多结电池结构之前还包括：

[0021] 于所述绝缘层上形成第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层位于所述绝缘层和所述多结电池结构之间。

[0022] 在其中一个实施例中，于所述衬底的一侧形成多结电池结构具体包括：

[0023] 于所述第一欧姆接触层上形成第一隧穿结；

[0024] 于所述第一隧穿结上形成反射层；

[0025] 于所述反射层上形成第一子电池；

[0026] 于所述第一子电池上形成第二隧穿结；

[0027] 于所述第二隧穿结上形成第二子电池。

[0028] 在其中一个实施例中，于所述第一隧穿结上形成所述反射层具体包括：

[0029] 于所述第一隧穿结上交替生长的第一材料层和第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的折射率不同。

[0030] 在其中一个实施例中，于所述衬底的一侧形成所述绝缘层，并于所述绝缘层上形成所述多结电池结构之后还包括：于所述多结电池结构上形成第二欧姆接触层；

[0031] 于所述衬底的另一侧形成所述绝缘层，并于所述绝缘层上形成所述多结电池结构之后，还包括：

[0032] 于所述第二欧姆接触层上形成第一电极；

[0033] 刻蚀所述第二欧姆接触层和所述多结电池结构至暴露所述第一欧姆接触层，并于所述第一欧姆接触层上形成第二电极。

[0034] 在其中一个实施例中，所述第一欧姆层和所述第二欧姆接触层均为砷化镓层。

附图说明

[0035] 图1本发明一个实施例展示太阳能电池结构的制备方法流程图；

[0036] 图2为本发明另一个实施例展示太阳能电池结构的制备方法流程图；

[0037] 图3为本发明的一个实施例展示衬底的截面结构示意图；

[0038] 图4为本发明的一个实施例衬底一侧形成绝缘层后的截面结构示意图；

[0039] 图5为本发明的一个实施例衬底一侧形成第一欧姆接触层后的截面结构示意图；

[0040] 图6为本发明的一个实施例衬底一侧形成第一隧穿结后的截面结构示意图；

[0041] 图7为本发明的一个实施例衬底一侧形成反射层后的截面结构示意图；

[0042] 图8为本发明的一个实施例衬底一侧形成第一子电池后的截面结构示意图；

[0043] 图9为本发明的一个实施例衬底一侧形成第二隧穿结后的截面结构示意图；

[0044] 图10为本发明的一个实施例衬底一侧形成第二子电池后的截面结构示意图；

[0045] 图11为本发明的一个实施例衬底一侧形成第二欧姆接触层后的截面结构示意图；

[0046] 图12为本发明的一个实施例形衬底两侧均形成绝缘层、第一欧姆接触层、第一隧穿结、反射、第一子电池、第二隧穿结、第二子电池和第二欧姆接触层后的截面结构示意图；

[0047] 图13为本发明的一个实施例衬底两侧均形成第一电极和第二电极后的截面结构示意图；其中，图13为本发明一个实施例展示半导体结构的截面结构示意图。

[0048] 附图标记：10、衬底；11、绝缘层；12、多结电池结构；121、第一隧穿结；122、反射层；123、第一子电池；124、第二隧穿结；125、第二子电池；13、第一欧姆接触层；14、第二欧姆接触层；15、第一电极；16、第二电极。

具体实施方式

[0049] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

[0050] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0051] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0052] 本发明提供了一种太能电池结构的制备方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

[0053] 步骤S10：提供衬底10；

[0054] 步骤S20：于衬底10的一侧形成绝缘层11，并于绝缘层11上形成多结电池结构12；

[0055] 步骤S30：于衬底10的另一侧形成绝缘层11，并于绝缘层11上形成多结电池结构12。

[0056] 对于步骤S10，如图3所示，在一个可选的实施例中，该衬底10为双面抛光衬底，两边皆能够外延生长电池结构，衬底10可以为Ge衬底或GaAs衬底。

[0057] 对于步骤S20，在一个可选的实施例中，具体的包括以下步骤：

[0058] 步骤S201：于衬底10的一面形成绝缘层11，如图4所示；

[0059] 步骤S202：于绝缘层11上形成第一欧姆接触层13，如图5所示；

[0060] 步骤S203：于第一欧姆接触层13上形成第一隧穿结121，如图6所示；

[0061] 步骤S204：于第一隧穿结121上形成反射层122，如图7所示；

[0062] 步骤S205：于反射层122上形成第一子电池123，如图8所示；

[0063] 步骤S206：于第一子电池123层上形成第二隧穿结124，如图9所示；

[0064] 步骤S207：于第二隧穿结124上形成第二子电池125，如图10所示。

[0065] 具体的，上述太阳能电池结构采用金属有机化学气相外延沉积或分子束外延方法在衬底10上生长而成。绝缘层11可以为非掺杂的GaAs层或GaInP层，第一欧姆接触层13可以为GaAs层。

[0066] 对于第一隧穿结121，生长N型GaAs或N型GaInP作为第一隧穿结121的N型层，生长p型(Al)GaAs材料作为第一隧穿结121的P型层。其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。

[0067] 对于反射层122，包括第一材料层和第二材料层，第一材料层于第二材料层交替生长，第一材料层为AlxGaAs，第二材料层为AlyGaAs，其中0≦x

[0068] 对于第一子电池123，其沿着第一隧穿结121指向反射层122的方向依次包括背场层、p型掺杂GaAs层基区、n型掺杂GaAs层发射区和窗口层。其中第一子电池123的背场层选取GaInP材料，窗口层选取AlGaInP或AlInP材料。

[0069] 对于第二隧穿结124，生长n型GaAs或n型GaInP作为第二隧穿结124的N型层，生长p型(Al)GaAs材料作为第二隧穿结124的P型层。其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。

[0070] 对于第二子电池125，其沿着第一子电池123指向第二隧穿结124的方向依次包括AlGaInP背场层、p型掺杂AlGaInP或GaInP层基区、n型掺杂AlGaInP或GaInP层发射区和窗口层，窗口层选取AlInP材料。

[0071] 如图2所示，在一个可选的实施例中，步骤S20之后还包括步骤S21。

[0072] 步骤S21：于多结电池结构12上形成第二欧姆接触层14，如图11所示。

[0073] 具体的，第二欧姆接触层14采用沉积工艺形成于多结电池结构12远离衬底10的面上，第二欧姆接触层14可以为GaAs层。

[0074] 对于步骤S30，如图12所示，在一个可选的实施例中，具体的，翻转衬底10，将衬底10还未生长电池结构的一面朝上，并采用步骤S20和步骤S21中相同的工艺依次生长绝缘层
11、第一欧姆接触层13、第一隧穿结121、反射层122、第一子电池123、第二隧穿结124、第二子电池125和第二欧姆接触层14。

[0075] 如图2所示，在一个可选的实施例中，步骤S30之后还包括以下步骤：

[0076] 步骤S40：于第二欧姆接触层14上形成第一电极15，如图13所示；

[0077] 步骤S50：刻蚀多结电池结构12至暴露第一欧姆接触层13，并于第一欧姆接触层13上形成第二电极16，如图13所示。

[0078] 具体的，分别于衬底10两侧的第二欧姆接触层14上选图光刻胶层，通过曝光显影对光刻胶层进行图形化处理，继而采用蒸镀工艺在第二欧姆接触层14上形成第一电极15，第一电极15可以为N型电极。利用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺分别刻蚀衬底10两侧的第二欧姆接触层14和多结电池结构12直至暴露出第一欧姆接触层13，并在暴露出的第一欧姆接触层13上形成第二电极16，第二电极16可以为P型电极。

[0079] 本发明还提供了一种太阳能电池结构，如图13所示，包括：

[0080] 衬底10；

[0081] 多结电池结构12，多结电池结构12形成于衬底10相对的两侧；

[0082] 绝缘层11，绝缘层11位于衬底10与多结电池结构12之间。

[0083] 其中，衬底10为双面抛光衬底，两边皆能够外延生长电池结构，衬底10可以为Ge衬底或GaAs衬底。绝缘层11可以为非掺杂的GaAs层或GaInP层。

[0084] 在一个可选的实施例中个，绝缘层11和多结电池结构12之间还包括第一欧姆接触层13，第一欧姆接触层13第一欧姆接触层13可以为GaAs层。

[0085] 对于多结电池结构12，在一个可选的实施例中，多结电池结构12沿着其所在一侧衬底10指向绝缘层11的方向依次包括第一隧穿结121、反射层122、第一子电池123、第二隧穿结124和第二子电池125。

[0086] 对于第一隧穿结121，生长N型GaAs或N型GaInP作为第一隧穿结121的N型层，生长p型(Al)GaAs材料作为第一隧穿结121的P型层。其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。

[0087] 对于反射层122，包括第一材料层和第二材料层，第一材料层于第二材料层交替生长，第一材料层为AlxGaAs，第二材料层为AlyGaAs，其中0≦x

[0088] 对于第一子电池123，其沿着第一隧穿结121指向反射层122的方向依次包括背场层、p型掺杂GaAs层基区、n型掺杂GaAs层发射区和窗口层。其中第一子电池123的背场层选取GaInP材料，窗口层选取AlGaInP或AlInP材料。

[0089] 对于第二隧穿结124，生长n型GaAs或n型GaInP作为第二隧穿结124的N型层，生长p型(Al)GaAs材料作为第二隧穿结124的P型层。其中N型和P型掺杂分别采用Si和C掺杂。

[0090] 对于第二子电池125，其沿着第一子电池123指向第二隧穿结124的方向依次包括AlGaInP背场层、p型掺杂AlGaInP或GaInP层基区、n型掺杂AlGaInP或GaInP层发射区和窗口层，窗口层选取AlInP材料。

[0091] 在一个可选的实施例中，太阳能电池结构还包括第二欧姆接触层14，第二欧姆接触层14形成于第二子电池125远离第一子电池123的面上。

[0092] 太阳能电池结构还包括第一电极15和第二电极16，第一电极15形成于第二欧姆接触层14远离衬底10的面上，第二电极16形成于第一欧姆接触层13远离衬底10的面上，第一电极15可以为N型电极，第二电极16可以为P型电极。

[0093] 本发明涉及的太阳能电池结构，同一衬底10上正反两面均能够形成将太阳能转化为电能的结构，且衬底10两侧的结构通过绝缘层11隔离，互不干扰。采用双面都可吸收太阳光能并转化为电能的太阳能电池结构，可以增加单位重量电池芯片的发电功率，提高重量比功率，尤其在安装的有太阳能电池的航天器材由透光材料制成时，太阳能电池结构无需事实调整其角度也能够在大部分时间保持良好的产生电能的能力。

[0094] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0095] 以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。