技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳能电池， 属半导体光电器件领域。

背景技术

[0002] GalnP/GaAs/Ge三结太阳电池在空间应用中的效率� �经接近极限， 为了进一步 提高太阳电池的效率， 对 AM0光谱进行更好的划分， 新的空间太阳电池更倾向 于四结至六结电池的研究。 多结太阳电池利用的光谱范围扩展， 需要减反射膜 的作用范围拓宽， 以保证光的有效吸收。 目前的三结电池可以用简单的双层减 反射膜控制反射， 最广泛采用的氧化钦 /氧化铝双层减反射膜结构， 氧化钛的厚 度在 40~55nm， 氧化铝的厚度在 60~80nm。 对于更宽光谱的减反射要求， 两层减 反射膜的减反射性能已经不够， 更多层减反射膜才能满足要求。

[0003] 通常设计三层减反射膜结构时， 遵循折射率渐变的原则。 例如申请号 CN20121 0535447.X的专利公开了一种三层复合结构减反射 膜的光伏电池及其复合镀膜方 法。 其采用折射率从高到低渐变的三层复合结构氮 化硅作为减反射膜， 扩展硅 片对各频谱波段的太阳光的吸收带宽。 但是要把同一种材料做出不同折射率势 必会使得制作工艺变得复杂而难以把控。 而如果采用折射率不同的三种材料， 也会在寻找折射率适合的材料的问题上遇到困 难， 同时对通常所用的电子束蒸 发设备也提出了更高要求。

[0004] 另外一种思路是采用一层高折射率光学层与一 层低折射率光学层组成一组光学 膜， 即所谓的 HL膜系结构， 通过调整高折射率与低折射率的材料的厚度比 例来 控制这组光学膜的等效折射率， 理论上这组光学膜的折射率可以在高折射率材 料与低折射率材料的折射率范围内任意调整， 这样就可以做出折射率渐变的数 组 HL膜系光学膜， 来实现折射率渐变的多层减反射膜结构。 申请号 CN20121053 9205.8的专利公布了这样一种在多结太阳能电池 上制备宽光谱减反射膜的方法。 这种方法的问题在于， 要组成 HL膜系， 需要光学膜的层数非常多， 最少也需要 四层， 并且要使得 HL膜系效果够好的话需要对每一层光学膜的厚� ��精确控制， 精确度要求很高， 工艺相对更加复杂。

[0005] 此外还需要加以考虑的是， 太阳能电池芯片完成后， 会在芯片之上用硅胶贴合 一层空间抗辐射玻璃， 该硅胶与玻璃的折射率都在 1.45~1.55。 为了降低玻璃的 反射， 该玻璃的外表面还会镀一层氟化镁薄膜。 在设计减反射膜结构的时候， 应充分考虑到后续封装造成的影响。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 本发明的目的在于提供一种太阳能电池， 以解决上述问题。

[0007] 本发明所公开的太阳能电池的减反射结构包含 ： 位于电池芯片之上的光学层、 位于光学层之上的透明封装材料。 所述光学层由三层光学层组成， 所述光学层 由三层结构组成， 其中第一光学层和第三光学层折射率都高于中 间的第二光学 层结构折射率。

[0008] 优选地， 从内到外依次为折射率为 1.8~2.6的第一光学层， 折射率为 1.3~1.8的第 二光学层， 折射率为 1.8 2.6的第三光学层。

[0009] 优选地， 所述所述透明封装材料的折射率低于第三光学 层， 并且根据目前常规 使用的封装材料， 折射率主要分布于 1.45~1.55。

[0010] 优选地， 所述光学层在 350~1800nm波段对光透明。 所述第一光学层与第三光 学层的材料包括但不限于氧化钛、 硫化锌、 氮化硅、 氧化钽、 氧化铪、 氧化锆 、 氧化铟、 氧化镧、 氧化锌， 所述第二光学层的材料包括但不限于氧化硅、 氧 化铝、 氮氧化铝、 氧化镁、 氟化镁、 氟化钡、 氟化锂、 氟化镧、 氟化铝， 第一 与第三光学层的折射率高于第二光学层。

[0011] 优选地， 所述第一光学层的厚度为 30~60nm; 所述第二光学层的厚度为 30~70n m； 所述第三光学层的厚度为 5~15nm。

[0012] 优选地， 第一光学层与第三光学层的材料相同。

[0013] 优选地， 所述的封装材料包括聚酰亚胺、 聚烯烃弹性体、 乙烯-醋酸乙烯酯共 聚物、 硅胶、 玻璃或树脂或其他透明材料。 发明的有益效果

有益效果

[0014] 本发明具备以下技术效果：

[0015] ( 1) 本发明通过于高折射率的第一光学层、 低折射第二光学层的两层减反射 结构之上插入较薄的第三光学层， 形成了更加匹配常见透明封装材料的减反射 膜结构；

[0016] (2) 相对于传统的双层减反射膜获得了明显的减反 射性能提高的效果， 其制 备工艺只需要在传统双层减反射膜的基础上的 简单修改， 制备简单， 适用于大 规模的批量生产；

[0017] (3) 本发明适用于封装材料折射率低， 更优选的为 1.45-1.55的太阳能电池， 特别适用于空间用的多结太阳能电池， 封装后在 350nm~1800nm波段具有比传统 双层减反射膜更好的减反射性能。

对附图的简要说明

附图说明

[0018] 图 1是本发明的太阳能电池的简单示意图。

[0019] 图 2是本发明实施例的减反射结构与传统双层减� �射膜结构在 GalnP/AlInP上的 反射率的模拟结果。

[0020] 图 3是本发明实施例的减反射结构与传统双层减� �射膜结构在 GalnP/GaAs/InGa As三结倒装太阳电池上的反射率的实测结果。

[0021] 图 4是本发明实施例的减反射结构与传统双层减� �射膜结构在 GalnP/GaAs/InGa

As三结倒装太阳电池上的外量子效率的实测� ��果 (包括有减反射结构与无减反 射结构的外量子效率的对比) 。

[0022] 附图标记说明

[0023] 001衬底

[0024] 002太阳能电池半导体功能层

[0025] 003正面电极

[0026] 004光学层

[0027] 004a第一光学层 [0028] 004b第二光学层

[0029] 004c第三光学层

[0030] 005硅胶

[0031] 006空间抗辐射玻璃

[0032] 007氟化镁薄膜

发明实施例

本发明的实施方式

[0033] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步描述 ， 但不应以此限制本发明的保护 范围。

[0034] 图 1是本发明的太阳能电池结构的简单示意图。 下面以具体实施例来说明。 在 本实施例中， 衬底 001选用硅衬底， 太阳电池半导体功能层 002为采用 MOCVD在 GaAs衬底上倒装生长的 GalnP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池结构， 通过金属键合 的方法将半导体功能层转移至硅衬底 001上， 并去除 GaAs衬底。 之后采用光刻和 金属蒸镀等方法制备 AuGeNi/Au/Ti/Ag/Au结构的正面电极 003。 之后通过电子束 蒸发的方式在电池表面蒸镀光学层 004。 蒸镀过程是， 首先蒸镀第一光学层 004a ， 为 42nm的氧化钛薄膜， 折射率在 2.4左右， 然后蒸镀第二光学层 004b， 为 49nm 的氧化铝薄膜， 折射率在 1.6左右， 最后蒸镀第三光学层 004c， 为 7nm的氧化钛 薄膜， 折射率在 2.4左右。 本实施例中为简化工艺， 第一光学层 004a与第三光学 层 004c采用了同一种材料氧化钛 （Ti0 ₂ ） ， 但也可以采用不同材料， 例如第三 光学层 004c可以改用氮化硅或氧化钽。

[0035] 之后在电池芯片表面涂硅胶 005， 硅胶的折射率为 1.5左右， 盖上空间用抗辐射 玻璃 006， 并在 100°C条件下进行硅胶 005的固化。 空间抗辐射玻璃 006在这之前已 经在电子束蒸发设备中蒸镀了一层 80nm的氟化镁薄膜 007 , 来降低玻璃 006表面 的反射率。

[0036] 图 2是本发明实施例的减反射结构与传统双层减� �射膜结构在 GalnP/AlInP上的 反射率的模拟结果。 之所以选择在 GalnP/AlInP上模拟， 是因为该实施例中倒装 三结电池的 GalnP顶电池的表面具有一层 AllnP窗口层， 其折射率在 2.8到 3.2左右 ， 而 GalnP顶电池以及其下的 GaAs中电池和 InGaAs底电池的各层材料的折射率都 在 3.2到 4.5左右， 因此 AllnP做为顶电池的窗口层的同时， 其折射率处于氧化钛和 各层半导体功能层之间， 起到一定的减反射效果。 模拟 GalnP/AlInP上的减反射 结构的反射率可以有效反应减反射膜对电池响 应波段的减反射效果， 而又不会 因为电池内部半导体层层数太多结构太复杂而 导致模拟过程太复杂。 在本实施 例中， 我们模拟了传统双层减反射膜结构： 1 umGaInP/25nmAlInP/42nmTi02/72n mA1203/桂胶 +玻璃 （折射率 1.5） 的反射率， 以及三层减反射膜结构： lumGalnP /25nmAlInP/42nmTi02/49nmA1203/7nmTi02/硅胶 +玻璃 （折射率 1.5） 的反射率 。 从图 2中可以看出， 相比传统的双层减反射膜， 我们设计的三层减反射膜对 40 0~500nm以及 700~ 1500nm波段的减反射效果更好。

[0037] 图 3是本发明实施例的减反射结构与传统双层减� �射膜结构在 GalnP/GaAs/InGa As三结倒装太阳电池上的反射率的实测结果。 可以看到相比传统双层减反射膜 结构， 我们设计的 42nmTi02/49nmA1203/7nmTi02三层减反射膜结构对 400~450n m以及 700~ lOOOnm波段的减反射效果更好， 与图 2中模拟的结果相符。

[0038] 图 4是本发明实施例的减反射结构与传统双层减� �射膜结构在 GalnP/GaAs/InGa As三结倒装太阳电池上的外量子效率的实测结� �� （包括有减反射结构与无减反 射结构的外量子效率的对比） 。 结合空间 AM0太阳光光谱， 可以计算出有减反 射膜结构与无减反射膜结构的情况下， GalnP/GaAs/InGaAs倒装三结太阳能电池 的各结子电池的光电流密度， 如表 1所示。

[0039] 表 1

[0040]

[0041] 将有减反射膜结构的各结子电池光电流密度除 以无减反射膜结构的各结子电池 电流密度， 可以得到减反射膜结构对各结子电池光电流密 度的提升比例。 可以 看到， 本实施例的实测结果中， 传统双层减反射膜对 GalnP/GaAs/InGaAs倒装三 结太阳能电池的顶电池、 中电池、 底电池的光电流密度提升比例分别是 31.98%

、 30.79%、 25.14% , 而我们设计的 42nm Ti02/49nmA1203/7nmTi02三层减反射 膜结构对 GalnP/GaAs/InGaAs倒装三结太阳能电池的顶电池、 中电池、 底电池的 光电流密度提升比例分别是 32.08%、 32.03%、 28.51%。 两者对顶电池的光电流 密度的提升比例相差不多， 而三层减反射膜对中电池和底电池的光电流密 度的 提升比例明显好于传统双层减反射膜结构。

[0042] 上述实施例仅为示例性说明本发明的原理及其 功效， 而非用于限制本发明。 任 何本发明所属技术领域中具有通常知识者均可 在不违背本发明的技术原理及精 神的情况下， 对上述实施例进行修改及变化。 因此本发明的权利保护范围如上 述的权利要求所列。