[發(fā)明專利]Si襯底的四結(jié)級聯(lián)太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310219216.2
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103346190A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙勇明;董建榮;李奎龍;孫玉潤;曾徐路;于淑珍;趙春雨;楊輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0693;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 楊林;馬翠平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種四結(jié)級聯(lián)太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

作為一種理想的綠色能源材料，太陽電池成為各國的研究熱點，為了促進太陽電池的進一步實用化，提高其光電轉(zhuǎn)換效率是其降低發(fā)電成本的一種有效手段。疊層電池采用不同禁帶寬度的子電池串聯(lián)能極大的提高太陽光的利用率，目前研究較多而且技術(shù)較為成熟的體系是GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池，該材料體系在一個太陽下目前達到的最高轉(zhuǎn)換效率為32-33%。然而該三結(jié)電池中Ge底電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流較大，為了實現(xiàn)與其他子電池的電流匹配必然會降低太陽光利用率。為了進一步提高轉(zhuǎn)換效率，需要對底電池進行拆分，如在GaAs和Ge電池中間插入一帶隙為1.00eV的InGaAsN材料，做成四結(jié)級聯(lián)電池，實現(xiàn)光電流匹配，提高電池效率。但目前制備的InGaAsN材料缺陷多、載流子遷移率低，影響了電池性能的提高。因此研究人員積極尋求別的途徑來獲得高效的太陽能電池，在GaAs襯底失配生長1.0eV的InGaAs被證實是可行的，為了節(jié)省過渡層個數(shù)，一般采用倒裝生長的方法，但器件性能相對正裝生長有所降低。由于1.0eV的InGaAs與GaAs存在2.1%的晶格失配，其晶體質(zhì)量很難提高。如單純從晶格匹配的角度采用基于GaAs襯底的GaInP/GaAs(1.9eV/1.42eV)和InP襯底的InGaAsP/InGaAs(1.05eV/0.74eV)雙結(jié)電池的鍵合，晶片鍵合電池需要GaAs和InP兩個襯底，采用常規(guī)的晶片鍵合技術(shù)則需要厚度較大（約350μm）的GaAs和InP兩個襯底生長，增加了電池的成本和對環(huán)境的污染。

如何實現(xiàn)多結(jié)太陽電池合理的帶隙組合，減小電流失配同時而又不提高電池制備成本和難度成為當前Ⅲ-Ⅴ族太陽電池亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種四結(jié)級聯(lián)太陽能電池，包括從下至上依次設(shè)置在Si襯底上的第一鍵合層、InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池、第二鍵合層、第三鍵合層、GaInP/GaAs雙結(jié)電池，使所述InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池、GaInP/GaAs雙結(jié)電池在Si襯底上形成串聯(lián)。

優(yōu)選地，所述Si襯底與所述第一鍵合層成歐姆接觸；所述第二鍵合層、第三鍵合層之間鍵合形成第二隧道結(jié)。

優(yōu)選地，所述第一鍵合層、第二鍵合層的材質(zhì)為InP；所述第三鍵合層的材質(zhì)為GaAs。

優(yōu)選地，所述第一鍵合層的厚度為0.2～10μm；所述第二鍵合層的厚度為10～50nm；所述第三鍵合層的厚度為0.2～10μm。

優(yōu)選地，所述InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池與所述第一鍵合層晶格匹配；InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池與所述第三鍵合層晶格匹配。

優(yōu)選地，所述InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池包括：按照逐漸遠離所述第一鍵合層的方向依次生長的InP緩沖層、InGaAs子電池、第一隧道結(jié)、InGaAsP子電池。

優(yōu)選地，所述InGaAs子電池、InGaAsP子電池的禁帶寬度分別為1.0eV、0.73eV。

優(yōu)選地，所述GaInP/GaAs雙結(jié)電池包括：按照逐漸遠離所述第三鍵合層的方向依次生長的GaAs緩沖層、GaAs子電池、第三隧道結(jié)、GaInP子電池、GaAs接觸層。

優(yōu)選地，所述GaAs子電池、GaInP子電池的禁帶寬度分別為1.89eV、1.42eV。

優(yōu)選地，還包括分別裝設(shè)在Si襯底底部及所述GaInP/GaAs雙結(jié)電池頂部的背電極、柵電極，以及蒸鍍在所述柵電極上的抗反膜。

本發(fā)明還提供所述四結(jié)級聯(lián)太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

步驟A：在Si襯底鍵合第一鍵合層，采用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積法或分子束外延從下到上依次在第一鍵合層上生長InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池、第二鍵合層；

步驟B：在所述第二鍵合層上鍵合第三鍵合層，采用金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積法或分子束外延從下到上在第三鍵合層上生長GaInP/GaAs雙結(jié)電池；

步驟C：在所述Si襯底底部及所述GaInP/GaAs雙結(jié)電池頂部的GaAs接觸層上制備背電極、柵電極，然后在所述柵電極上蒸鍍抗反膜。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

1.采用Si襯底作為支撐襯底具有良好的機械強度，