[发明专利]一种反向生长三结太阳电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种反向生长三结太阳电池的制备方法。本发明属于太阳电池技术领域。一种反向生长三结太阳电池的制备方法，其特点是：反向生长GaInP/GaAs/GaInAsN三结太阳电池的制备过程，使用MOCVD‑MBE技术，在GaAs或者Ge衬底上用MOCVD外延生长晶格匹配的太阳电池材料，包括两个子电池：GaInP子电池，GaAs子电池，然后将制备的器件结构转移到MBE生长GaInAsN子电池，然后通过低温键合工艺把GaInAsN子电池和表面有金属反射层的支撑衬底接在一起，最后通过化学刻蚀完成衬底的剥离，得到反向生长三结太阳电池。本发明具有性能优良、有效增加光生载流子的收集效率，提高三结电池的光电转换效率，应用前景广阔等优点。

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种反向生长三结太阳电池的制备方法。

背景技术

目前，正向晶格匹配三结砷化镓由于光电转换效率高、抗辐照性能好已经被广泛的应用在空间电源系统。正向匹配三结级联GaInP/GaAs/Ge太阳电池在AM0光谱下的转换效率都接近30.0％，但电池的光电流密度通常受限于顶电池，底电池上冗余的光电流密度不能被有效的利用，使其不能实现全光谱的吸收利用；同时三结级联砷化镓太阳电池有相当一部分大于对应子电池禁带宽度的能量以热能形式损失。

理论分析表明，用GaInAsN替代Ge底电池，形成带隙结构为1.86/1.4/1.0eV的三结太阳电池，既可以保持晶格匹配，又可以达到三结电池的最佳带隙组合，其理论效率能达到45％，高于传统三结42％的极限效率。

但是在实际应用中，MOCVD外延生长的GaInAsN晶体质量较差，使得1.0eV子电池的性能较低，从而导致叠层电池的整体效率低下。GaInAsN子电池材料晶体质量不高的原因主要归结为两点。一方面，N原子并入到GaInAs材料会形成填隙原子缺陷甚至形成诸如N-H-VGa或(N-N)As之类的与N相关的复合缺陷，这些缺陷会在能带中形成复合中心，使得少数载流子寿命降低。另一方面，由于N原子与As原子存在较大的共价半径和电负性差异，使得GaInAsN材料存在较大的混溶隙，容易出现相分离现象，这种N在InGaAs 材料中组分分布的不均匀性以及导致的合金无序散射使得载流子迁移率较低，从而使少数载流子扩散长度减小，此时材料层太厚还是不能形成对光生载流子的有效收集。然而， GaInNAs材料层厚度不够的话，并不能将对应波长的光子完全吸收，其电流密度会降低，严重影响电池的光电转换性能。采用MBE低温生长是获得高质量GaInNAs的有效方法，但是正向生长过程中用MOCVD高温外延生长GaInP和GaAs子电池将会影响GaInNAs的子电池的性能。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种反向生长三结太阳电池的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有电池性能优良、有效增加光生载流子的收集效率，提高三结电池的光电转换效率，应用前景广阔等特点的反向生长三结太阳电池的制备方法。

本发明GaInP/GaAs/GaInAsN三结太阳电池的制备方法包括以下制备步骤:

步骤1、外延反向生长制备GaInP和GaInAs子电池

将GaAs或者Ge衬底置于MOCVD操作室内,生长温度设置为500℃～800℃,在衬底上面依次外延生长厚度为0.1﹣0.3um的GaAs缓冲层、厚度为0.1﹣0.3um的GaInP腐蚀停止层、厚度为100﹣500nm的n型掺杂GaAs帽层、作为顶电池的GaInP电池、隧穿结、作为中电池的GaAs电池、布拉格反射器(DBR)、隧穿结；

步骤2、MBE生长制备GaInAsN子电池,将以上生长的器件结构置于MBE操作室中，生长温度设置为300℃～500℃，生长厚度为100-300nm的P型掺杂GaAs背场层、厚度1-2μm 的本征GaInAsN吸收层、厚度50-100nm的n型掺杂GaAs发射区；