[發明專利]一種基于圖形化鍺襯底的三結太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310152437.2
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103258874A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 占榮
• 申請（專利權）人: 揚州乾照光電有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及高效三結太陽能電池制備技術，屬于半導體材料技術領域。

背景技術

太陽能電池作為一種清潔能源，在國防和民用方面有巨大應用前景。隨著世界航天工業和地面聚光光伏的發展，高效率化合物半導體太陽能電池，廣泛受到學術界和產業界的重視。

目前制約化合物半導體太陽能電池發展的主要障礙是成本高，而降低太陽能電池成本的最關鍵的在于進一步提高太陽能電池的光電轉換效率。影響多節化合物太陽能電池效率的主要因素包括：晶格匹配、電流匹配和帶隙分布。現在在優先考慮晶格匹配情況下的三結疊層太陽能電池GaInP/GaAs/Ge，雖然在AM0下單倍效率可達30%，AM1.5下500倍效率達42%，但無論在空間還是地面應用，Ge底電池的電流密度約為其余兩節的2倍，而多節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，Ge底電池的利用率較低。解決這一問題的方法是在是在Ge底電池和GaAs中電池之間增加一節帶隙為1eV的子電池。雖然有晶格匹配的GaInNAs，但由N原子在GaInAs中的固溶度低，存在位錯密度高，光生載流子壽命短，擴散長度短等問題，難以達到太陽能電池要求，導致GaInP/GaAs/GaInNAs/Ge四節電池效率反而低于三節電池的現象。由于材料生長上未能取得突破，發展一種能夠替代GaInP/GaAs/GaInNAs/Ge的四節電池成為一種提高化合物半導體太陽能電池的關鍵。

在Ge和GaAs襯底上先生長匹配的帶隙為1.9?GaInP子電池，然后在晶格匹配的基礎上，生長帶隙在1.35~1.45?的GaAs子電池，然后采用組分漸變的方式生長晶格常數大于襯底的帶隙在0.9～1.1的InGaAs第三子電池，最后采用組分漸變的方式生長晶格常數大于第三子電池，帶隙在0.6～0.8左右的第四子電池。芯片工藝采用wafer-bonding工藝，將電池倒過來bonding在Si片上，最后腐蝕掉襯底。這些工藝復雜，不僅外延生產成本高，而且浪費襯底。

發明內容

本發明目的是提出一種工藝簡單、成本低的基于圖形化鍺襯底的三結太陽能電池。

本發明包括Ge底電池，以及順序生長的底電池窗口、中電池底電池隧道結、In_xGa_1-xAs中電池、中電池頂電池隧道結、In_yGa_1-yP頂電池和In_xGa_1-xAs?蓋層接觸層。

具體地：所述Ge底電池由Ge底電池基區和生長在Ge底電池基區上的Ge底電池發射區組成；

所述中電池底電池隧道結由n⁺⁺-InGaP隧道結和生長在n⁺⁺-InGaP隧道結上的p⁺⁺-InAlGaAs隧道結組成；

所述In_xGa_1-xAs中電池由InAlGaAs中電池BSF和順序生長的In_xGa_1-xAs中電池基區、In_xGa_1-xAs中電池發射區、InAlP中電池窗口組成；

所述中電池頂電池隧道結由n⁺⁺-InGaP隧道結和生長在n⁺⁺-InGaP隧道結上的p⁺⁺-InAlGaAs隧道結組成；

所述In_yGa_1-yP頂電池由InAlGaP中電池BSF和順序生長的In_yGa_1-yP頂電池基區、

In_yGa_1-yP頂電池發射區、InAlP頂電池窗口組成。

采用上述結構的太陽能電池，從太陽光譜和帶隙的角度看上，底電池、中電池和頂電池電流比較接近，光源利用率比一般帶隙不匹配的三節電池高很多，能顯著提高太陽能電池效率。同時從晶格常數匹配的角度看，采用圖形化的襯底，解決了帶隙匹配的材料晶格失配帶來的材料生長難題。

本發明另一目的是提出具有以上特點的基于圖形化鍺襯底的三結太陽能電池的制備方法。

本發明先將圖形化Ge襯底通過擴散形成Ge底電池；然后在襯底圖形上直接生長大失配In_xGa_1-xAs中電池；最后生長與中電池晶格匹配的頂電池In_yGa_1-yP。