多结太阳能电池外延结构、多结太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开一种多结太阳能电池外延结构，包括：GaAs衬底；在GaAs衬底上的GalnP第一子电池；在GalnP第一子电池上的GaAs第二子电池；和在GaAs第二子电池上的lnGaAs第三子电池，其中，GaAs衬底采用(001)面偏<100>方向5～20度的偏角。在具有该偏角的衬底上生长的多结电池材料，可以在获得大禁带宽度(Al)GalnP材料的同时，减小lnGaAs电池应变缓冲层的缺陷密度，从而提高倒装多结太阳能电池的整体性能。另外公开了相应的多结太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种多结太阳能电池外延结构，包括：GaAs衬底；在GaAs衬底上的GalnP第一子电池；在GalnP第一子电池上的GaAs第二子电池；和在GaAs第二子电池上的lnGaAs第三子电池，其中，GaAs衬底采用(001)面偏<100>方向5～20度的偏角。在具有该偏角的衬底上生长的多结电池材料，可以在获得大禁带宽度(Al)GalnP材料的同时，减小lnGaAs电池应变缓冲层的缺陷密度，从而提高倒装多结太阳能电池的整体性能。另外公开了相应的多结太阳能电池。【专利说明】多结太阳能电池外延结构、多结太阳能电池
本技术属于化合物半导体太阳能电池领域，具体涉及一种多结太阳能电池外 延结构和相应的多结太阳能电池。
技术介绍
近年来，光伏太阳能电池作为一种重要的可再生能源技术，获得了广泛和深入的 发展，正在逐步进入各种商业和应用领域。光电转换效率是太阳能电池的核心技术参数，由 III-V族半导体化合物组成的多结太阳能电池是目前光电转换效率最高的光伏电池。尤其 是在高倍聚光的情况下，GalnP/GaAs/InGaAs倒装三结太阳能电池的最高效率已经超过了 44%。 GalnP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池由禁带宽度依次减小的GalnP顶电池、GaAs 中电池和InGaAs底电池组成。其材料制备技术主要为分子束外延（MBE)和金属有机物化 学气相沉积（M0CVD)，它们都需要使用GaAs作为衬底来进行材料外延生长。由于GalnP顶 电池与GaAs晶格匹配，而InGaAs底电池与GaAs的晶格失配度较大，所以在材料生长时，一 般采用倒装结构来获得更好的材料质量，也就是先生长晶格匹配的顶电池（GalnP第一子 电池）和中电池（GaAs第二子电池），然后生长晶格递变缓冲层（GalnP或AlGalnAs)和底 电池（InGaAs第三子电池）。 在这种三结电池的结构设计中，为了获得最高的光电转换效率，要求GalnP顶电 池的禁带宽度达到1.9eV。GalnP材料的禁带宽度，在固定晶格常数的条件下，受到Ga、In 原子排列有序度的影响，有序度越弱，禁带宽度越大。通常情况下，GalnP材料的禁带宽度 小于1. 9eV。只有完全无序的GalnP材料的禁带宽度才能达到结构设计所要求的1. 9eV。 GalnP材料的有序度与材料生长条件密切相关，包括生长温度、生长速度、V/III比、掺杂源 和衬底晶向等等。其中，衬底晶向对获得1?质量的低有序度GalnP材料最为关键。研究表 明，当GalnP外延表面为（001)面偏向（lll)A时，有序度最弱，在合适的生长条件下能获得 完全无序的材料；当外延表面为（001)面偏向（lll)B时，有序度最强，无法获得完全无序的 材料。当外延表面为（001)面偏向〈1〇〇>时，偏角方向介于以上两者之间，也可以通过调节 生长条件，获得接近无序的GalnP材料，只是调节窗口比较窄。因此采用（001)面偏（111) A或（001)面偏〈100>的衬底更有利于提高GalnP顶电池的禁带宽度。 另一方面，在InGaAs底电池的外延生长中，如何调节应变缓冲层以减少InGaAs材 料中的缺陷密度，是提高底电池效率的关键。以（〇〇1)表面的GaAs衬底为例，在应变缓冲 层中，由于和方向上的失配位错的滑移速率不同，晶格失配应力的释放是各 向异性的，这将引起材料缺陷密度的增加，从而导致底电池效率的降低。剩余应力的各向异 性程度，与缓冲层材料的种类、掺杂源、结构设计，以及衬底晶向和材料生长参数有关。对于 (001)表面的衬底，（lll)A或（lll)B偏向都会不同程度地加剧剩余应力的各向异性程度， 而〈100>偏向则有利于减小剩余应力的各向异性程度。 综上，由于GalnP顶电池与InGaAs底电池对衬底晶向的要求不同，因此怎样选取 合适的衬底晶向来获得理想的电池效率是一个需要解决的问题。
技术实现思路
鉴于上述技术背景，本技术的目的旨在解决现有技术中所存在的问题或缺陷 的一个方面。 相应地，本技术提供一种多结太阳能电池外延结构，包括： GaAs 衬底； 在GaAs衬底上的GalnP第一子电池； 在GalnP第一子电池上的GaAs第二子电池，和 在GaAs第二子电池上的InGaAs第三子电池， 其特征在于，GaAs衬底采用（001)面偏向〈100>方向5?20度的偏角。 根据本技术的多结太阳能电池外延结构，由于所使用的GaAs衬底在特定的 晶向范围内，即，所述GaAs衬底采用（001)面偏向〈100>方向5-20度的偏角，在具有该偏 角的GaAs衬底上制备GalnP第一子电池、GaAs第二子电池和InGaAs第三子电池，可以在 获得大禁带宽度（Al)GalnP材料的同时，减小InGaAs电池应变缓冲层的缺陷密度，因此，能 同时克服多结电池材料生长中的GalnP子电池的有序度问题和InGaAs子电池的剩余应力 的各向异性问题，从而提高多结太阳能电池的效率和整体性能。 优选地，GaAs衬底的偏角采用（001)面偏向〈100>方向15度。在这种情况下，可 以获得最佳的电池综合性能。 根据一个实施例，所述多结太阳能电池还包括： 在GaAs衬底上的腐蚀截止层或剥离牺牲层； 所述GalnP第一子电池设置在所述腐蚀截止层或剥离牺牲层上； 在GalnP第一子电池上的第一隧穿结； 所述GaAs第二子电池设置在所述第一隧穿结上； 在GaAs第二子电池上的第二隧穿结； 在第二隧穿结上的GalnP或AlGalnAs第一缓冲层； 所述InGaAs第三子电池设置在所述第一缓冲层上；和 在InGaAs第三子电池上的接触层。 根据一个实施例，所述多结太阳能电池还包括：所述多结太阳能电池还包括： 在InGaAs第三子电池和接触层之间的InGaAs第四子电池。 根据一个实施例，所述多结太阳能电池还包括：所述多结太阳能电池还包括： 在InGaAs第三子电池上的第三隧穿结， 在第三隧穿结上的GalnP或AlGalnAs第二缓冲层；和 所述第四子电池设置在GalnP或AlGalnAs第二缓冲层上。 根据一个实施例，所述多结太阳能电池还包括除第一至第四子电池之外的至少一 个另外的子电池。 根据本技术的另一方面，提供一种多结太阳能电池，包括： GalnP 第一子电池； 在GalnP第一子电池上的GaAs第二子电池；和 在GaAs第二子电池上的InGaAs第三子电池， 其特征在于，各个子电池的表面晶向为（001)面偏向〈100>方向5?20度。 优选地，GaAs衬底的偏角采用（001)面偏向〈100>方向15度。 根据本技术的另一方面，提供一种多结太阳能电池的制备方法，包括步骤： 制备GaAs衬底； 在GaAs衬底上制备GalnP第一子电池； 在GalnP第一子电池上制备GaAs第二子电池；和 在GaAs第二子电池上制备InGaAs第三子电池， 其特征在于，所制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多结太阳能电池外延结构，其特征在于，包括： GaAs衬底； 在GaAs衬底上的GaInP第一子电池； 在GaInP第一子电池上的GaAs第二子电池；和 在GaAs第二子电池上的InGaAs第三子电池， 其特征在于，GaAs衬底采用(001)面偏向(100)面、面、(010)面和面中的任一晶面5～20度的偏角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，吴文俊，颜建，王伟明，
申请(专利权)人：李华，杨军，王伟明，国电科技环保集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32