[發明專利]具有反射層的三結太陽電池及其制造方法

有效

• 申請號: 200810072025.7
• 申請日: 2008-10-27
• 公開（公告）號: CN101388419A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 張銀橋;蔡建九;張雙翔;王向武
• 申請（專利權）人: 廈門乾照光電有限公司
• 主分類號: H01L31/052
• 分類號: H01L31/052;H01L31/0232;H01L31/18
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司
• 代理人: 李 寧

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及應用于太空和地面的三結太陽電池的結構及其制造方法。

背景技術

太陽能是新能源與可再生能源的一種，具有獨特的優勢和巨大的開發利用潛力，這一點已經得到了人們充分認識。通過轉換裝置直接把太陽輻射能轉換成電能，光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，太陽能光伏技術已經飛速發展。

近年來，以光伏技術為代表的光電轉換技術迅猛發展，新技術不斷出現，電池效率不斷提高。多結疊層光電池的研究更是令人振奮，聚光條件下GaInP/Ga(In)As/Ge[鎵銦磷/鎵(銦)砷/鍺]多結光電池的實驗室轉化效率已經突破了40％，高效率的電池受到廣泛重視。隨著空間科學技術的發展，航天器的功率要求也越來越高。尤其是年代以后微小衛星和長壽命衛星的發展，對太陽電池的轉換效率和抗輻射能力提出了更高的要求。由于多結太陽電池具有高的轉換效率，能滿足空間應用的飛速發展，成為近年來太陽電池研究的熱點。

1990年，研制出AM(airmass，大氣質量，定義為1/cosφ，φ為太陽光線與法線的夾角)1.5效率為27.3％的GaInP/GaAs/Ge(鎵銦磷/砷化鎵/鍺)的雙結光電池。經過對電池結構和柵線的進一步改進，1994年，效率又提高到29.5％(AM1.5)。1997年，采用GaInP隧道結結構，GaInP/GaAs/Ge雙結光電池的AM1.5效率提高到30.28％。1998年，研制出效率為33.3％的整體級聯三結GaInP/GaAs/Ge光電池。此外人們還從理論上設計了4結和5結的疊層光電池，給出了多結光電池的理論效率、期望效率和實驗效率，但經過近多年來進展緩慢。造成這一結果的一個重要原因是，為了充分吸收太陽光，電池的材料厚度偏厚造成了非平衡載流子的自由程加大，嚴重降低了電池效率。并且，帶隙的調整也帶來了晶格常數的不匹配，內應力的存在使這種電池的可靠性下降。

有鑒于此，本發明人利用在太陽電池材料中生長兩套布拉格反射層(DBR)，藉以通過增加光吸收的方法，減少電池的生長厚度，減小非平衡載流子的自由程，很好地提高光電轉換效率，本案由此產生。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有反射層的三結太陽電池及其制造方法，以減少電池的厚度，減小非平衡載流子的自由程，提高光電轉換效率。

為了實現上述目的，本發明的解決方案是：

一種具有反射層的三結太陽電池，在P-Ge襯底上生長形成包含兩套布拉格反射層(DBR)的三結太陽電池的半導體材料層；兩套布拉格反射層(DBR)是一套用于反射短波光子的鋁銦磷AlInP/鋁鎵銦磷AlGaInP頂電池反射層和一套用于反射中波光子的砷化鋁AlAs/鋁鎵砷AlGaAs中電池反射層。

所述的三結太陽電池是采用金屬有機氣相沉淀技術在P-Ge襯底上依序生長P-Ge底電池基區、N-Ge底電池發射區、N-GaInP底電池窗口層、N-GaAs底中電池緩沖層、P⁺⁺-GaAs/N⁺⁺-GaAs底中電池隧穿結、P-AlAs/AlGaAs中電池反射層、P-AlGaAs中電池BSF(背電場)、P^--InGaAs中電池基區、N-InGaAs中電池發射區、N-Al(Ga)InP或N-GaInP中電池窗口層、P⁺⁺-AlGaAs/N⁺⁺-GaInP中頂電池隧穿結、P-AlInP/AlGaInP頂電池反射層、P-AlGaInP頂電池BSF、P^--(Al)GaInP頂電池基區、N-(Al)GaInP頂電池發射區、N-AlInP頂電池窗口層、N-GaAs帽層、N⁺⁺-GaAs接觸層。

所述AlInP/AlGaInP頂電池反射層的反射波長為380～500nm。

所述AlAs/AlGaAs中電池反射層的反射波長為600～880nm。

所述AlInP/AlGaInP頂電池反射層為2對～10對。所述AlAs/AlGaAs中電池反射層為15對～25對。對數少了起不到反射作用，多了會增加內電阻，影響填充因子，從而降低效率，因此必須進行優化，取得最佳的對數。

一種具有反射層的三結太陽電池的制造方法，在P-Ge襯底上利用金屬有機氣相沉淀MOCVD技術生長半導體材料層，步驟如下：

(1)在P-Ge襯底上面在500～700℃下進行P擴散，形成P-Ge底電池基區/N-Ge底電池發射區；