太阳能电池及其制作方法技术

本发明专利技术公开太阳能电池，包括Ge底电池，生长于Ge底电池之上的下隧穿结，生长于下隧穿结之上的InGaAs中电池，生长于InGaAs中电池之上的上隧穿结，生长于上隧穿结之上的GaInP顶电池，以及生长于GaInP顶电池之上的欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；InGaAs中电池包括中电池发射区、上中电池基区和下中电池基区，上中电池基区之上生长中电池发射区，中电池发射区之上生长上隧穿结，上中电池基区与下中电池基区之间生长上波导层，下中电池基区与下隧穿结之间生长下波导层。本发明专利技术还公开太阳能电池制作方法。本发明专利技术提供不同结构的太阳能电池，同时提升电池转换效率。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其是指太阳能电池及其制作方法。
技术介绍
太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，III-V族化合物半导体太阳电池在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强等优点，其中GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配结构的三结电池已在航天领域得到广泛应用。传统的晶格匹配三结电池中GaInP顶电池和InGaAs中电池与Ge底电池之间电流密度不匹配，限制光电转换效率的提高。因此，三结太阳能电池如何进一步调整中电池与顶电池和底电池的电流匹配成为亟待解决的问题。现有技术中，提高子电池电流密度的一种途径是通过提高子电池InGaAs中的In组份，但高In组份会导致Ge底电池与InGaAs中电池之间较大晶格失配，产生失配位错和穿透位错，引起电池性能下降。另一种途径是在InGaAs中电池中引入谐振腔的技术，使得光谱中可被InGaAs中电池的吸收区域绝大部分都在InGaAs中电池被吸收掉，从而提高InGaAs中电池电流密度。如公开号为CN101958348A公开一种外延生长的侧向太阳能电池装置，具有外延生长表面，包含基板；第一波导层形成在该基板之上；p-n结形成在该第一波导层之上；隧穿结形成在该p-n结之上；第二波导层形成在该隧穿结之上；以及欧姆接触层形成在该第二波导层之上，其中该p-n结位于该外延生长表面与该基板之间，且光线入射方向与该外延生长表面平行。与常规三结太阳电池相比，通过提高InGaAs中电池对光谱的吸收效率，调整与GaInP顶电池和Ge底电池的匹配电流，最终实现电池转换效率的提升。然而，所述外延生长的侧向太阳能电池装置为侧向结构，光线入射方向与该外延生长表面平行，其电池转换效率有待进一步提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供太阳能电池及其制作方法，以提供不同结构的太阳能电池，同时提升电池转换效率。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案为：太阳能电池，包括Ge底电池，生长于Ge底电池之上的下隧穿结，生长于下隧穿结之上的InGaAs中电池，生长于InGaAs中电池之上的上隧穿结，生长于上隧穿结之上的GaInP顶电池，以及生长于GaInP顶电池之上的欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；InGaAs中电池包括中电池发射区、上中电池基区和下中电池基区，上中电池基区之上生长中电池发射区，中电池发射区之上生长上隧穿结，上中电池基区与下中电池基区之间生长上波导层，下中电池基区与下隧穿结之间生长下波导层。入射光经欧姆接触层先进入顶电池后进入中电池，中电池吸收波段的光在上中电池基区吸收后，剩余部分通过上波导层反射再次被上中电池基区吸收，其余没被上中电池基区吸收的中电池吸收波段的光在上波导层与下波导层之间形成全反射的波导作用，充分被下中电池基区吸收。因此，提高中电池对特定波段的吸收效率，减少光下漏至底电池被吸收而造成电流失配；同时提供不同结构的太阳能电池，并提升电池转换效率。进一步，上波导层和下波导层的材料分别为GaInP、AlGaInP、AlInP、GaAs、AlAs、AlGaAs、GaInAs、AlInAs、AlGaInAs中的一种或几种。进一步，上波导层和下波导层分别为复合波导层，包括反射不同波段入射光的多个波导层，每一波导层包括双层循环结构，其中第一层的厚度D1＝(2K+1)*λ/4n1，K为自然数，λ为中电池吸收光谱波长，n1为该第一层材料的折射率，第二层的厚度D2＝(2K+1)*λ/4n2，K为自然数，λ为中电池吸收光谱波长，n2为第二层材料的折射率。进一步，上波导层和下波导层分别包括反射不同波段入射光的第一上波导层、第二上波导层、第三上波导层、以及第一下波导层、第二下波导层、第三下波导层；其中第一上波导层和第一下波导层的第一层的厚度D11＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱上限/4n1，第二层的厚度D21＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱上限/4n2，第二上波导层和第二下波导层的第一层的厚度D12＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱中间/4n1，第二层的厚度D22＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱中间/4n2，第三上波导层和第三下波导层的第一层的厚度D13＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱下限/4n1，第二层的厚度D23＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱下限/4n2。进一步，Ge底电池与下隧穿结之间生长成核层；下波导层与下中电池基区之间生长中电池BSF层；中电池发射区与上隧穿结之间生长中电池窗口层；GaInP顶电池由顶电池基区及顶电池发射区形成，顶电池基区与上隧穿结之间生长顶电池BSF层，顶电池基区之上生长顶电池发射区，顶电池发射区之上生长顶电池窗口层，顶电池窗口层之上生长欧姆接触层。太阳能电池制作方法，包括以下步骤：采用金属有机化学气相外延沉积MOCVD或分子束外延MBE方法在Ge衬底上堆叠生长Ge底电池、下隧穿结、下波导层、下中电池基区、上波导层、上中电池基区、中电池发射区、上隧穿结、顶电池及欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；中电池包括下中电池基区、上中电池基区和中电池发射区，中电池为InGaAs中电池，顶电池为GaInP顶电池。进一步，还包括：在Ge底电池与下隧穿结之间生长成核层；在下波导层与下中电池基区之间生长中电池BSF层；在中电池发射区与上隧穿结之间生长中电池窗口层；上隧穿结之上生长顶电池BSF层，在顶电池BSF层之上生长顶电池基区，在顶电池基区之上生长顶电池发射区，在顶电池发射区之上生长顶电池窗口层，在顶电池窗口层之上生长欧姆接触层。进一步，上波导层和下波导层的材料分别为GaInP、AlGaInP、AlInP、GaAs、AlAs、AlGaAs、GaInAs、AlInAs、AlGaInAs中的一种或几种。进一步，下中电池基区的厚度小于上中电池基区的厚度。进一步，上波导层和下波导层分别为复合波导层，包括反射不同波段入射光的多个波导层，每一波导层包括双层循环结构，其中第一层的厚度D1＝(2K+1)*λ/4n1，K为自然数，λ为中电池吸收光谱波长，n1为该第一层材料的折射率，第二层的厚度D2＝(2K+1)*λ/4n2，K为自然数，λ为中电池吸收光谱波长，n2为第二层材料的折射率。进一步，上波导层和下波导层分别包括反射不同波段入射光的第一上波导层、第二上波导层、第三上波导层、以及第一下波导层、第二下波导层、第三下波导层；其中第一上波导层和第一下波导层的第一层的厚度D11＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱上限/4n1，第二层的厚度D21＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱上限/4n2，第二上波导层和第二下波导层的第一层的厚度D12＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱中间/4n1，第二层的厚度D22＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱中间/4n2，第三上波导层和第三下波导层的第一层的厚度D13＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱下限/4n1，第二层的厚度D23＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱下限/4n2。附图说明图1是本专利技术具体实施方式的结构示意图。标号说明Ge底电池1Ge衬底11底电池发射区12下隧穿结21上隧穿结22下波导层31第一下波导层311第二下波导层312第三下波导层313上波导层32第一上波导层321第二上波导层322第三上波导层323InGaAs中电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.太阳能电池，其特征在于：包括Ge底电池，生长于Ge底电池之上的下隧穿结，生长于下隧穿结之上的InGaAs中电池，生长于InGaAs中电池之上的上隧穿结，生长于上隧穿结之上的GaInP顶电池，以及生长于GaInP顶电池之上的欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；InGaAs中电池包括中电池发射区、上中电池基区和下中电池基区，上中电池基区之上生长中电池发射区，中电池发射区之上生长上隧穿结，上中电池基区与下中电池基区之间生长上波导层，下中电池基区与下隧穿结之间生长下波导层。

【技术特征摘要】
1.太阳能电池，其特征在于：包括Ge底电池，生长于Ge底电池之上的下隧穿结，生长于下隧穿结之上的InGaAs中电池，生长于InGaAs中电池之上的上隧穿结，生长于上隧穿结之上的GaInP顶电池，以及生长于GaInP顶电池之上的欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；InGaAs中电池包括中电池发射区、上中电池基区和下中电池基区，上中电池基区之上生长中电池发射区，中电池发射区之上生长上隧穿结，上中电池基区与下中电池基区之间生长上波导层，下中电池基区与下隧穿结之间生长下波导层。2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：上波导层和下波导层的材料分别为GaInP、AlGaInP、AlInP、GaAs、AlAs、AlGaAs、GaInAs、AlInAs、AlGaInAs中的一种或几种。3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：上波导层和下波导层分别为复合波导层，包括反射不同波段入射光的多个波导层，每一波导层包括双层循环结构，其中第一层的厚度D1＝(2K+1)*λ/4n1，K为自然数，λ为中电池吸收光谱波长，n1为该第一层材料的折射率，第二层的厚度D2＝(2K+1)*λ/4n2，K为自然数，λ为中电池吸收光谱波长，n2为第二层材料的折射率。4.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于：上波导层和下波导层分别包括反射不同波段入射光的第一上波导层、第二上波导层、第三上波导层、以及第一下波导层、第二下波导层、第三下波导层；其中第一上波导层和第一下波导层的第一层的厚度D11＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱上限/4n1，第二层的厚度D21＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱上限/4n2，第二上波导层和第二下波导层的第一层的厚度D12＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱中间/4n1，第二层的厚度D22＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱中间/4n2，第三上波导层和第三下波导层的第一层的厚度D13＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱下限/4n1，第二层的厚度D23＝(2K+1)*λ中电池吸收光谱下限/4n2。5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：Ge底电池与下隧穿结之间生长成核层；下波导层与下中电池基区之间生长中电池BSF层；中电池发射区与上隧穿结之间生长中电池窗口层；GaInP顶电池由顶电池基区及顶电池发射区形成，顶电池基区与上隧穿结之间生长顶电池BSF层，顶电池基区之上生长顶电池发射区，顶电池发射区之上生长顶电池窗口层，顶电池窗口层之上生长欧姆接触层。6.太阳能电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志伟，陈凯轩，姜伟，吴真龙，张双翔，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35