[發明專利]太陽能電池及其制作方法

在審

• 申請號: 201810003282.9
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108198891A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 林志偉;陳凱軒;姜偉;吳真龍;張雙翔
• 申請（專利權）人: 廈門乾照光電股份有限公司
• 主分類號: H01L31/054
• 分類號: H01L31/054;H01L31/06;H01L31/18
• 代理公司: 廈門創象知識產權代理有限公司 35232
• 代理人: 尤懷成;廖吉保

本發明公開太陽能電池，包括Ge底電池，生長于Ge底電池之上的下隧穿結，生長于下隧穿結之上的InGaAs中電池，生長于InGaAs中電池之上的上隧穿結，生長于上隧穿結之上的GaInP頂電池，以及生長于GaInP頂電池之上的歐姆接觸層，歐姆接觸層吸收垂直入射光線；InGaAs中電池包括中電池發射區、上中電池基區和下中電池基區，上中電池基區之上生長中電池發射區，中電池發射區之上生長上隧穿結，上中電池基區與下中電池基區之間生長上波導層，下中電池基區與下隧穿結之間生長下波導層。本發明還公開太陽能電池制作方法。本發明提供不同結構的太陽能電池，同時提升電池轉換效率。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其是指太陽能電池及其制作方法。

背景技術

太陽能電池可將太陽能直接轉換為電能，III-V族化合物半導體太陽電池在目前材料體系中轉換效率最高，同時具有耐高溫性能好、抗輻照能力強等優點，其中GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配結構的三結電池已在航天領域得到廣泛應用。

傳統的晶格匹配三結電池中GaInP頂電池和InGaAs中電池與Ge底電池之間電流密度不匹配，限制光電轉換效率的提高。因此，三結太陽能電池如何進一步調整中電池與頂電池和底電池的電流匹配成為亟待解決的問題。

現有技術中，提高子電池電流密度的一種途徑是通過提高子電池InGaAs中的In組份，但高In組份會導致Ge底電池與InGaAs中電池之間較大晶格失配，產生失配位錯和穿透位錯，引起電池性能下降。

另一種途徑是在InGaAs中電池中引入諧振腔的技術，使得光譜中可被InGaAs中電池的吸收區域絕大部分都在InGaAs中電池被吸收掉，從而提高InGaAs中電池電流密度。如公開號為CN 101958348A公開一種外延生長的側向太陽能電池裝置，具有外延生長表面，包含基板；第一波導層形成在該基板之上；p-n結形成在該第一波導層之上；隧穿結形成在該p-n結之上；第二波導層形成在該隧穿結之上；以及歐姆接觸層形成在該第二波導層之上，其中該p-n結位于該外延生長表面與該基板之間，且光線入射方向與該外延生長表面平行。

與常規三結太陽電池相比，通過提高InGaAs中電池對光譜的吸收效率，調整與GaInP頂電池和Ge底電池的匹配電流，最終實現電池轉換效率的提升。然而，所述外延生長的側向太陽能電池裝置為側向結構，光線入射方向與該外延生長表面平行，其電池轉換效率有待進一步提升。

發明內容

本發明的目的在于提供太陽能電池及其制作方法，以提供不同結構的太陽能電池，同時提升電池轉換效率。

為了達成上述目的，本發明的解決方案為：

太陽能電池，包括Ge底電池，生長于Ge底電池之上的下隧穿結，生長于下隧穿結之上的InGaAs中電池，生長于InGaAs中電池之上的上隧穿結，生長于上隧穿結之上的GaInP頂電池，以及生長于GaInP頂電池之上的歐姆接觸層，歐姆接觸層吸收垂直入射光線；InGaAs中電池包括中電池發射區、上中電池基區和下中電池基區，上中電池基區之上生長中電池發射區，中電池發射區之上生長上隧穿結，上中電池基區與下中電池基區之間生長上波導層，下中電池基區與下隧穿結之間生長下波導層。

入射光經歐姆接觸層先進入頂電池后進入中電池，中電池吸收波段的光在上中電池基區吸收后，剩余部分通過上波導層反射再次被上中電池基區吸收，其余沒被上中電池基區吸收的中電池吸收波段的光在上波導層與下波導層之間形成全反射的波導作用，充分被下中電池基區吸收。因此，提高中電池對特定波段的吸收效率，減少光下漏至底電池被吸收而造成電流失配；同時提供不同結構的太陽能電池，并提升電池轉換效率。

進一步，上波導層和下波導層的材料分別為GaInP、AlGaInP、AlInP、GaAs、AlAs、AlGaAs、GaInAs、AlInAs、AlGaInAs中的一種或幾種。