[发明专利]一种高效倒装五结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效倒装五结太阳能电池及其制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

最近几年，太阳电池作为实用的新能源，吸引了越来越多的关注。它是一种利用光生伏打效应，将太阳能转化成电能的半导体器件，这在很大程度上减少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依赖，成为利用绿色能源的最有效方式之一。在所有新能源中，太阳能是最为理想的再生能源之一，充分开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策。近些年来，作为第三代光伏发电技术的聚光多结化合物太阳电池，因其高光电转换效率而倍受关注。

当前高效GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池在聚光条件下已获得超过41.8%光电转换效率。但是由于Ge底电池过多的吸收了低能光子，因而与InGaP和GaAs中顶电池的短路电流不匹配，所以传统的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池结构并不是效率最优化的组合。理想状况下，如果能够寻找禁带宽度为1 eV的材料替代Ge，就能够实现三结电池电流匹配。In_0.3Ga_0.7As具有1eV的禁带宽度，是最佳的选择之一，但其与GaAs之间存在2.14%的晶格失配。采用倒装方式生长：先生长与衬底晶格匹配的InGaP和GaAs中、顶电池；然后再通过渐变缓冲层(InGaP、InAlP或InGaAs)过渡到InGaAs底电池；最后通过衬底剥离、新衬底键合等工艺逐步实施，实现整个电池的全结构制备。此技术的优点在于能够有效降低位错密度，剥离的衬底能够循环使用，降低了成本。

发明内容

本发明提供了一种包含双渐变缓冲层的倒装五结电池及其制备方法，通过此方法能够制备出了电流匹配、低位错密度的高效电池。

根据本发明的第一个方面，一种高效倒装五结太阳能电池及其制备方法，其具体步骤包括：

提供生长衬底，用于半导体外延生长；

在所述生长衬底上倒装生长(Al)GaInP第一子电池，晶格与衬底匹配；

在所述第一子电池上倒装生长AlGaAs(P)第二子电池，晶格与第一子电池匹配；

在所述第二子电池上倒装生长Ga(In)As(P)第三子电池，晶格与第二子电池匹配；

在所述第三子电池上生长第一渐变缓冲层，组分渐变；

在所述第一渐变缓冲层上倒装生长Ga_1-XIn_XAs第四子电池，晶格常数大于第三子电池；

在所述第四子电池上生长第二渐变缓冲层，组分渐变；

在所述第二渐变缓冲层上倒装生长Ga_1-yIn_yAs第五子电池，晶格常数大于第四子电池；

提供一支撑基板，将其安装在第五子电池的顶部；

移除所述生长衬底。

根据本发明的第二个方面，一种高效倒装五结太阳能电池，至上而下包括下面各子电池：

倒装生长的(Al)GaInP第一子电池；

倒装生长的AlGaAs(P)第二子电池，晶格常数与第一子电池匹配；

倒装生长的Ga(In)As(P)第三子电池，晶格常数与第二子电池匹配；

倒装生长的Ga_1-XIn_XAs第四子电池，晶格常数大于第三子电池；

倒装生长的Ga_1-yIn_yAs第五子电池，晶格常数大于第二子电池；

第一渐变缓冲层，位于所述第三、第四子电池之间，组分渐变；

第二渐变缓冲层，位于所述第四、第五子电池之间，组分渐变。