[發明專利]一種改善型三結砷化鎵太陽電池及其制作方法

有效

• 申請號: 202111243885.4
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113690335B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 徐培強;李俊承;寧如光;林曉珊;潘彬;王向武
• 申請（專利權）人: 南昌凱迅光電股份有限公司
• 主分類號: H01L31/078
• 分類號: H01L31/078;H01L31/18
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 石紅麗

1.一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，自下而上依次為Ge襯底、Ge底電池、GaAs緩沖層、第一隧穿結、DBR、InGaAs中電池、第二隧穿結、GaInP頂電池；

其中，所述第一隧穿結和所述第二隧穿結結構相同，為N⁺⁺AlGaInP/N⁺⁺InP/P⁺⁺AlGaAs_xP/P⁺⁺AlGaInP多異質結結構；所述AlGaAs_xP中x的范圍為0x0.5。

2.根據權利要求1所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述Ge底電池由下至上依次包括P-Ge基區、N-Ge發射區和GaInP成核層；所述N-Ge發射區厚度為0.1-0.3μm，所述GaInP成核層厚度為0.03-0.10μm。

3.根據權利要求1所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述GaAs緩沖層的厚度為0.2-0.6μm，摻雜濃度大于5×10¹⁶/cm³。

4.根據權利要求1所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述多異質結結構為N⁺⁺AlGaInP/N⁺⁺InP/P⁺⁺AlGaAs_xP/P⁺⁺AlGaInP，其中，N⁺⁺AlGaInP層厚度為10-20nm，N⁺⁺InP層厚度為1-10nm，P⁺⁺AlGaAs_xP層厚度為1-10nm，P⁺⁺AlGaInP層厚度為10-20nm；所述AlGaAs_xP中x的范圍為0x0.5。

5.根據權利要求4所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述多異質結結構中N型材料的摻雜劑為Te、Se、Si其中的一種或多種的組合，摻雜濃度3×10¹⁸-3×10¹⁹/cm³；P型材料的摻雜劑為Mg、Zn、C其中的一種或多種的組合，摻雜濃度要求2×10¹⁹-8×10¹⁹/cm³。

6.根據權利要求1所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述DBR由15-30對AlGaAs/InGaAs結構組成，每對AlGaAs/InGaAs結構中AlGaAs層和InGaAs層的厚度均根據λ/4n計算，其中，λ為DBR反射的中心波長，其范圍為850nm≤λ≤920nm，n為對應AlGaAs或者InGaAs材料的折射率；所述AlGaAs中Al摩爾組分為70%-90%；所述InGaAs中In的摩爾組分為1%。

7.根據權利要求1所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述InGaAs中電池由下至上依次包括AlGaAs背電場、InGaAs基區、InGaAs發射區、AlInP或GaInP窗口層，所述InGaAs中電池的禁帶寬度為1.4eV，其中，AlGaAs背電場厚度為0.05-0.1μm，InGaAs基區厚度為1.5-2.5μm，InGaAs發射區厚度為0.1-0.2μm，AlInP或GaInP窗口層厚度為0.05-0.15μm。

8.根據權利要求1所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述GaInP頂電池由下至上依次包括AlGaInP背電場、GaInP基區、GaInP發射區、AlInP窗口層及GaAs蓋帽層。

9.根據權利要求8所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池，其特征在于，所述GaInP基區和GaInP發射區的禁帶寬度為1.8-1.9eV，其中，AlGaInP背電場、GaInP基區與GaInP發射區的總厚度為0.5-1μm，AlInP窗口層厚度為0.02-0.05μm，GaAs蓋帽層厚度為0.3-0.7μm。

10.根據權利要求1-9任一項所述的一種改善型三結砷化鎵太陽電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.在P型Ge襯底上通過PH₃擴散形成N-Ge發射區，然后生長GaInP成核層，所述GaInP成核層同時作為Ge底電池的窗口層；

S2.在Ge底電池上生長GaAs緩沖層；

S3.在GaAs緩沖層上生長N⁺⁺AlGaInP/N⁺⁺InP/P⁺⁺AlGaAs_xP/P⁺⁺AlGaInP第一隧穿結；

S4.在第一隧穿結上生長DBR；

S5.在DBR上生長InGaAs中電池；

S6.在InGaAs中電池上生長N⁺⁺AlGaInP/N⁺⁺InP/P⁺⁺AlGaAs_xP/P⁺⁺AlGaInP第二隧穿結；

S7.在第二隧穿結上生長GaInP頂電池。