[發明專利]一種InGaP/GaAs/InGaAs三結薄膜太陽能電池的制備方法

無效

• 申請號: 201010193582.1
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101901854A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 吳志浩;宋明輝;陳長清;方妍妍;戴江南;余晨輝;熊暉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于化合物半導體薄膜太陽能電池的外延生長和器件制備領域，具體涉及在Ge或GaAs襯底上生長InGaP/GaAs/InGaAs三結高效太陽能電池材料，進而在低價格、低密度、散熱性好的新基板上制備出InGaP/GaAs/InGaAs三結高效薄膜太陽能電池器件，同時實現Ge或GaAs襯底可多次重復使用的方法。?

背景技術

由于煤、石油等不可再生能源的逐漸枯竭及其不斷造成的環境惡化，人類迫切需要使用綠色能源為人們解決所面臨的巨大問題。利用光電轉換技術制造的太陽能電池可將太陽能直接轉換為電能，這在很大程度上減少了人們生產生活對煤炭、石油及天然氣的依賴，成為利用綠色能源的最有效方式之一。Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體多結太陽能電池是轉換效率最高的一種太陽能電池，同時具有耐高溫性能、抗輻射能力強、溫度特性好等優點，早已經成為對價格不敏感的空間光伏電源的主流技術。近些年來，隨著聚光光伏技術的發展，GaAs及相關化合物Ⅲ-Ⅴ族太陽電池因其高光電轉換效率而越來越受到關注。聚光光伏技術通過將一塊面積較大的太陽光進行高倍率聚光、濃縮后照射到一個面積比較小的太陽能光伏電池上發電，從而大規模節約太陽能電池晶片。該裝置利用大面積、便宜的聚光裝置來代替昂貴而且供應緊張的電池芯片，進而達到大幅度降低太陽能光伏發電成本的目的，使太陽能光伏發電具有跟常規能源競爭的能力。因此基于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體多結太陽能電池的聚光光伏技術已經成為很有市場前景的光伏技術。?

對于本領域技術人員而言，InGaP/GaAs/Ge三結太陽能電池是目前最成熟也是最高效的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體多結太陽能電池，該類型太陽能電池的各個子電池的晶格常數基本匹配，且帶隙寬度從上而下分別是：InGaP為～1.86eV，GaAs為～1.42eV，Ge為～0.78eV，可以較有效利用太陽光譜，其轉換效率(AM1.5)已高?達32％(美國光譜實驗室)，而在聚光條件下，其效率為40.1％。然而，InGaP/GaAs/Ge三結電池存在兩大問題。第一個問題是該電池是在保證實現晶格完美匹配條件下的一種折衷考慮的三結帶隙組合結構，它并不能實現太陽光譜的最佳利用。其中，Ge子電池所產生的光生電流是InGaP和GaAs子電池的兩倍左右，這所導致的子電池間電流密度的不匹配將對多結太陽能電池的轉換效率產生一定程度的影響。另外一個問題是地球上Ge的資源比較稀缺，并且十分昂貴。Ge襯底的成本占InGaP/GaAs/Ge太陽能電池總成本的30～50％，是造成多結電池價格昂貴的主要因素之一。當大規模生產時，Ge襯底稀缺及昂貴的問題將進一步凸顯出來。目前，全球高效率太陽能用鍺晶片的生廠主要集中在比利時的優美可(Umicore)公司和美國晶體技術集團(AXT)，這嚴重威脅到了我國自主外延生長Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體多結太陽能電池的戰略需求。因此如何有效地提高Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體多結太陽能電池的轉換效率以及進一步降低電池制備成本是該技術是否能最終走向規?；孛姘l電的關鍵之一。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種InGaP/GaAs/InGaAs三結薄膜太陽能電池的制備方法，具有成本低低價格、低密度、散熱性好的優點，并實現Ge或GaAs襯底可多次重復使用。?

1、一種InGaP/GaAs/InGaAs三結薄膜太陽能電池的制備方法，具體為：?

(1)在Ge或GaAs襯底上外延生長Al_xGa_1-xAs作為犧牲層，0.4＜x≤1；?

(2)在犧牲層上外延生長形成底部InGaP子電池；?

(3)在底部InGaP子電池上外延生長形成中部GaAs子電池；?

(4)在中部GaAs子電池上外延生長In組分漸變的InGaP或InGaAs應力過渡層，該應力過渡層與中部GaAs子電池的接觸界面符合晶格匹配要求；?

(5)在InGaP或InGaAs應力過渡層上外延生長形成應力完全弛豫的頂部InGaAs子電池，頂部InGaAs子電池與InGaP或InGaAs應力過渡層的接觸界面符合晶格匹配要求；?

(6)在頂部InGaAs子電池的表面形成歐姆電極；?

(7)將InGaAs子電池粘接在具有散熱性的輕質基板上；?

(8)采用氫氟酸腐蝕掉犧牲層，Ge或GaAs襯底自然剝離得到InGaP/GaAs/InGaAs三結薄膜太陽能電池。?