[發明專利]一種四結四元化合物太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201210026736.7
• 申請日: 2012-02-08
• 公開（公告）號: CN102569475A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 畢京鋒;林桂江;劉建慶;熊偉平;宋明輝;王良均;丁杰;林志東
• 申請（專利權）人: 天津三安光電有限公司
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/0735;H01L31/18
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技術領域

本發明涉及一種四結四元化合物太陽能電池及其生長方法，屬半導體材料技術領域。

背景技術

在最近幾年，太陽電池作為實用的新能源，吸引了越來越多的關注。它是一種利用光生伏打效應，將太陽能轉化成電能的半導體器件，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。在所有新能源中，太陽能是最為理想的再生能源之一，充分開發利用太陽能成為世界各國政府可持續發展的能源戰略決策。近些年來，隨著聚光光伏技術的發展，Ⅲ-Ⅴ族合物半導體太陽能電池因其高光電轉換效率而越來越受到關注。

對于Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體領域來言，在Ge襯底上外延生長晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge?三結太陽能電池是一項比較成熟的技術，其轉換效率已達41。在晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge三結太陽電池中，Ge底電池帶隙為0.66?eV，AM1.5D條件下，其光電流密度J_ph≈27.0mA/cm²，為GaInP/GaAs/Ge三結疊層太陽電池光電流的兩倍，而多結電池的工作電流由各子電池中短路電流最小的電池決定，因此電流不匹配使得Ge底電池效率降低。目前解決這個問題的一個有效方法之一是在中電池和底電池之間再插入一結與Ge襯底和GaAs材料晶格匹配，帶隙為1.0eV左右的InGaNAs子電池，從而獲得InGaP/GaAs/InGaNAs/Ge四結太陽能電池，這樣可以使電流比三結電池時更加匹配，并且結數的增加可以更加細分太陽光譜，增加效率。然而由于N原子在InGaAs材料中的固溶度很低，存在高缺陷密度，光生載流子的壽命和擴散長度過短，難以達到太陽能電池所需的高質量要求，?導致InGaP/GaAs/InGaNAs/Ge四結太陽能電池的效率反而要遠低于三結電池。由于InGaNAs的晶體質量受到該材料本身的限制，除非在材料生長上取得突破，InGaP/GaAs/InGaNAs/Ge四結太陽能電池才有可能獲得成功，因此發展一種可以替代InGaP/GaAs/InGaNAs/Ge四結太陽能電池的新型四結太陽能電池器件成為進一步提高Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池效率的關鍵。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明旨在提供提一種四結四元化合物太陽能電池及其制備方法。

根據本發明的第一個方面，提供了一種四結四元化合物太陽能電池，包括：InP襯底；第一子電池，形成于襯底之上，具有第一帶隙，且其晶格常數與襯底匹配；第二子電池，形成于第一子電池之上，具有比第一帶隙大的第二帶隙，且其晶格常數與襯底匹配；漸變緩沖層，形成于第二子電池之上，具有比第二帶隙大的第三帶隙，且其組分漸變，晶格常數隨組分變化逐步縮小；第三子電池，形成于漸變緩沖層之上，具有比第三帶隙大的第四帶隙，且其晶格常數小于襯底和第一、二子電池；第四子電池，形成于第三子電池之上，具有比第四帶隙大的第五帶隙，且其晶格常數與第三子電池晶格匹配。

具體來說，所述第一子電池由InGaAs發射區和基區組成，其帶隙為0.72～0.76?eV；所述第二子電池由四元化合物InGaAsP發射區和基區組成，其帶隙為1～1.1?eV；所述漸變緩沖層為InGaP，其晶格常數隨In組分配比的變化而變化，在一側上與生長襯底晶格匹配且另一側上與第三子電池的晶格匹配；所述第三子電池由四元化合物InAlGaAs發射區和基區組成，其帶隙為1.35~1.42?eV；所述第四子電池由四元化合物InAlAsP發射區和基區組成，其帶隙為1.85～1.92?eV。

根據本發明的第二個方面，提供了一種四結四元化合物太陽能電池，包括：支撐基板；第一子電池，位于支撐基板之上，具有第一帶隙；第二子電池，位于第一子電池上，由四元化合物InGaAsP發射區和基區組成，其具有比第一帶隙大的第二帶隙，晶格常數與第一子電池匹配；漸變緩沖層，位于第二子電池之上，具有比第二帶隙大的第三帶隙，且其組分漸變，晶格常數隨組分變化逐步縮小；第三子電池，位于漸變緩沖層之上，由四元化合物InAlGaAs發射區和基區組成，其具有比第三帶隙大的第四帶隙，晶格常數小于第一、二子電池；第四子電池，位于第三子電池之上，由四元化合物InAlAsP發射區和基區組成，其具有比第四帶隙大的第五帶隙，晶格常數與第三子電池晶格匹配。