[发明专利]GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着一些传统非再生能源如煤、石油、天然气日趋枯竭，太阳电池作为一种新型的理想绿色能源材料已成为各国研究热点，作为一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体光电转化器件，GaAs体系的太阳能电池具有更高的光电转换效率、更强的抗辐射能力和更高的耐温特性，是目前世界上最具竞争力的新一代太阳电池。

为了进一步促进GaAs体系太阳电池的进一步实用化，提高其光电转换效率是其降低发电成本的一种有效手段。将不同禁带宽度的子电池进行串联做成叠层结构可实现对太阳光谱的充分利用，减小电流失配，最终提高电池效率。叠层电池中研究较为成熟的体系是晶格匹配生长的GaInP/GaAs/Ge(1.9/1.42/0.67eV)三结电池，其最高转换效率为32-33%(一个太阳)。然而该三结电池中通过在Ge衬底外延生长GaAs时，Ga原子和As原子在格点上有两种选择，具有不确定性，两种原子并没有优先的成核位置，这就容易引入反相畴，影响载流子寿命和界面形貌，使得材料生长质量较差，传统的降低反相畴的方法对生长条件的要求比较苛刻，增加了制作难度。同时Ge资源有限，制约了Ge基电池的规模生产。

如何得到高质量的GaInP/GaAs/Ge三结电池的外延材料，同时降低电池制作成本和难度成为当前Ⅲ-Ⅴ族太阳电池亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池，包括支撑衬底，以及在所述支撑衬底上依次设置的第二接触层、Ge子电池、第二隧道结、GaAs子电池、第一隧道结、GaInP子电池和第一接触层。

所述第一接触层的材料为GaAs，第二接触层的材料为Ge或(In)GaAs。

所述Ge子电池包含依次按照逐渐远离支撑衬底的方向设置的材料为InGaAs或GaInP的第一背场层、Ge的第一基区、Ge的第一发射区和GaInP或AlInP的第一窗口层。

所述第二隧道结包含依次按照逐渐远离支撑衬底的方向设置的材料为GaInP或(Al)GaAs的第一掺杂层和(Al)GaAs的第二掺杂层。

所述GaAs子电池包含依次按照逐渐远离支撑衬底的方向设置的材料为GaInP或AlGaAs的第二背场层、GaAs的第二基区、GaAs的第二发射区和Al(Ga)InP或AlGaAs的第二窗口层。

所述第一隧道结包含依次按照逐渐远离支撑衬底的方向设置的材料为GaInP或GaAs的第三掺杂层和GaAs的第四掺杂层。

所述GaInP子电池包含依次按照逐渐远离支撑衬底的方向设置的材料为Al(Ga)InP的第三背场层、GaInP的第三基区、GaInP的第三发射区和AlInP或AlGaAs的第三窗口层。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池的制备方法，包括步骤： 

1）提供一GaAs衬底；

2）在GaAs衬底表面依次生长AlGaAs的牺牲层、第一接触层、GaInP子电池、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、Ge子电池及第二接触层；

3）提供一支撑衬底；

4）将支撑衬底键合至第二接触层表面；

5）从第一接触层处将GaAs衬底及AlGaAs的牺牲层剥离以去除GaAs衬底及AlGaAs的牺牲层。

本发明提供GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法，优点在于：

1.材料消耗低：外延Ge和GaAs衬底采用衬底剥离，GaAs衬底可多次重复利用，有利于降低成本和资源消耗。

2.电池材料质量高：GaAs上倒置生长GaInP、GaAs，无反向畴的问题，外延Ge子电池可以很好地控制结深和掺杂浓度，优于扩散结，同时可以采用宽带隙的III-V材料作其背场。

附图说明

图1是本发明提供的GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池第一具体实施方式的电池结构图；

图2是本发明提供的GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池制备方法第二具体实施方式的步骤流程图；

图3是本发明提供的GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池制备方法第二具体实施方式步骤S202后形成的电池结构图；