一种正向生长的匹配四结太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种正向生长的匹配四结太阳能电池，顶电池为AlGaInP顶电池，上子电池为AlGaAs子电池，下子电池为GaInAsNSb子电池，缓冲层为GaInAs缓冲层，成核层为GaInP成核层，底电池为Ge底电池，顶电池、上子电池、下子电池和底电池晶格匹配。本实用新型专利技术中，顶电池、上子电池、下子电池和底电池的电流失配小，减小了光电转换过程中的热致损失，提高了电池效率；最下方的衬底为Ge衬底，降低了成本；制造时不需要其他技术路线的剥离、金属键合或半导体键合等复杂工艺，成品率可以达到50％以上，电池性能的一致性和均匀性好，生产效率高，易于实现规模生产。

A forward matching four junction solar cell

Matching four junction solar cell of the utility model relates to a positive growth of the top cell AlGaInP top cell, sub AlGaAs battery battery, GaInAsNSb battery battery suddenly, buffer layer and GaInAs buffer layer, core layer for GaInP nucleation layer, the bottom end of Ge battery battery, battery, on top of battery, battery and battery at the bottom of lattice matching. In the utility model, the current top cell, battery, battery and battery at the bottom of a small mismatch, reduces the photoelectric conversion process the heat loss, improve the efficiency of the battery; the bottom of the substrate for the Ge substrate, the cost is reduced; stripping metal does not need other key manufacturing technology and or a semiconductor bonding process is complex, the yield can reach more than 50%, the consistency of the battery performance and good uniformity, high production efficiency, easy to realize the scale of production.

【技术实现步骤摘要】
一种正向生长的匹配四结太阳能电池
本技术属于砷化镓太阳电池结构
，尤其是一种正向生长的匹配四结太阳能电池。
技术介绍
砷化镓是一种重要的半导体材料，属III-V族化合物半导体，化学式为GaAs，是闪锌矿型晶格结构，其可以制成电阻率比硅、锗高三个数量级以上的半绝缘高阻材料，经过人们的研究，砷化镓作为高效太阳能电池的材料性能也很优异。目前，某些公司研制的正向匹配三结级联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。为了解决上述问题，人们经过研究，制备出四结砷化镓太阳电池和五结砷化镓太阳电池，这些结构能够保证各个子电池的外延质量，但是仍然存在欧姆损耗和光学损失的问题，所使用的键合技术要求两个衬底，提高了制造成本。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供成本合理、电流失配小、电池效率高、性能优异的一种正向生长的匹配四结太阳能电池。本技术采取的技术方案是：一种正向生长的匹配四结太阳能电池，其特征在于：包括底电池、子电池和顶电池，顶电池上为接触层，顶电池和底电池之间依次为第三隧穿结、上子电池、第二隧穿结、下子电池、第一隧穿结、缓冲层和成核层；所述顶电池为AlGaInP顶电池，所述上子电池为AlGaAs子电池，所述下子电池为GaInAsNSb子电池，所述缓冲层为GaInAs缓冲层，所述成核层为GaInP成核层，所述底电池为Ge底电池，所述衬底为Ge衬底，所述顶电池、上子电池、下子电池和底电池晶格匹配。而且，所述顶电池、上子电池、下子电池和Ge底电池的禁带宽度分别为2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV。而且，所述第一隧穿结为AlGaAs层和GaAs层；第二隧穿结为AlGaAs层和GaAs层；第三隧穿结为GaInP层和AlGaAs层。而且，所述第一隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaAs层；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述第二隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaAs层；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述第三隧穿结包括p型掺杂的GaInP层和n型掺杂的AlGaAs层；所述GaInP层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm。而且，所述顶电池、上子电池和下子电池均包括窗口层、发射区、基区和背场层。本技术的优点和积极效果是：本技术中，AlGaInP顶电池、AlGaAs子电池、GaInAsNSb子电池和Ge底电池的禁带宽度分别为2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV，各个电池的电流失配小，减小了光电转换过程中的热致损失，提高了电池效率；最下方的衬底为Ge衬底，降低了成本；制造时不需要其他技术路线的剥离、金属键合或半导体键合等复杂工艺，成品率可以达到50％以上，电池性能的一致性和均匀性好，生产效率高，易于实现规模生产。附图说明图1为本技术的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例，对本技术进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本技术的保护范围。一种正向生长的匹配四结太阳能电池，如图1所示，本技术的创新在于：包括底电池10、子电池和顶电池2，顶电池上为GaAs欧姆接触层1，顶电池和底电池之间依次为第三隧穿结3、上子电池4、第二隧穿结5、下子电池6、第一隧穿结7、缓冲层8和成核层9；所述顶电池为AlGaInP顶电池，所述上子电池为AlGaAs子电池，所述下子电池为GaInAsNSb子电池，所述缓冲层为GaInAs缓冲层，所述成核层为GaInP成核层，所述底电池为Ge底电池，所述衬底为Ge衬底11，所述顶电池、上子电池、下子电池和底电池晶格匹配。本实施例中，顶电池、上子电池、下子电池和Ge底电池的禁带宽度分别为2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV。所述第一隧穿结为AlGaAs层71和GaAs层72；第二隧穿结为AlGaAs层51和GaAs层52；第三隧穿结为GaInP层31和AlGaAs层32。上述各个隧穿结具体结构是：所述第一隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaAs层；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述第二隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaAs层；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述第三隧穿结包括p型掺杂的GaInP层和n型掺杂的AlGaAs层；所述GaInP层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm。所述顶电池、上子电池和下子电池如图1所示，三者均包括窗口层、发射区、基区和背场层，具体是：1.AlGaInP顶电池包括AlInP窗口层21、AlGaInP发射区22、AlGaInP基区23和AlInP背场层24；2.AlGaAs子电池包括AlGaInP窗口层41、GaInP发射区42、AlGaAs基区43和GaInP背场层44；3.GaInAsNSb子电池包括AlGaAs窗口61、GaInAsNSb发射区62、GaInAsNSb基区63和AlGaAs背场层64。上述正向生长的匹配四结太阳能电池可以使用MOCVD法或者MBE法依次生长制得成品。MOCVD法，Ge层的N型掺杂原子为As或P，其余层N型掺杂原子为Si、Se、S或Te，P型掺杂原子为Zn、Mg或C。MBE法中，Ge层的N型掺杂原子为As或P，其余层N型掺杂原子为Si、Se、S、Sn或Te，P型掺杂原子为Be、Mg或C。以MOCVD法(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)为例，在p形Ge衬底上依次外延生长Ge底电池、GaInP成核层、GaInAs缓冲层、第一隧穿结、GaInAsNSb子电池、第二隧穿结、AlGaAs子电池、第三隧穿结和AlGaInP顶电池、以及n型重掺杂的GaAs接触层。本技术中，AlGaInP顶电池、AlGaAs子电池、GaInAsNSb子电池和Ge底电池的禁带宽度分别为2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV，各个电池的电流失配小，减小了光电转换过程中的热致损失，提高了电池效率；最下方的衬底为Ge衬底，降低了成本；制造时不需要其他技术路线的剥离、金属键合或半导体键合等复杂工艺，成品率可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正向生长的匹配四结太阳能电池，其特征在于：包括底电池、子电池和顶电池，顶电池上为接触层，顶电池和底电池之间依次为第三隧穿结、上子电池、第二隧穿结、下子电池、第一隧穿结、缓冲层和成核层；所述顶电池为AlGaInP顶电池，所述上子电池为AlGaAs子电池，所述下子电池为GaInAsNSb子电池，所述缓冲层为GaInAs缓冲层，所述成核层为GaInP成核层，所述底电池为Ge底电池，衬底为Ge衬底，所述顶电池、上子电池、下子电池和底电池晶格匹配；所述顶电池、上子电池、下子电池和Ge底电池的禁带宽度分别为2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV；所述第一隧穿结为AlGaAs层和GaAs层；第二隧穿结为AlGaAs层和GaAs层；第三隧穿结为GaInP层和AlGaAs层；所述第一隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaAs层；所述AlGaAs层的厚度0.01～0.02μm；所述GaAs层的厚度0.01～0.02μm；所述第二隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaAs层；所述AlGaAs层的厚度0.01～0.02μm；所述GaAs层的厚度0.01～0.02μm；所述第三隧穿结包括p型掺杂的GaInP层和n型掺杂的AlGaAs层；所述GaInP层的厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs层的厚度0.01～0.02μm；所述AlGaInP顶电池包括AlInP窗口层、AlGaInP发射区、AlGaInP基区和AlInP背场层；所述AlGaAs子电池包括AlGaInP窗口层、GaInP发射区、AlGaAs基区和GaInP背场层；所述GaInAsNSb子电池包括AlGaAs窗口、GaInAsNSb发射区、GaInAsNSb基区和AlGaAs背场层。...

【技术特征摘要】
1.一种正向生长的匹配四结太阳能电池，其特征在于：包括底电池、子电池和顶电池，顶电池上为接触层，顶电池和底电池之间依次为第三隧穿结、上子电池、第二隧穿结、下子电池、第一隧穿结、缓冲层和成核层；所述顶电池为AlGaInP顶电池，所述上子电池为AlGaAs子电池，所述下子电池为GaInAsNSb子电池，所述缓冲层为GaInAs缓冲层，所述成核层为GaInP成核层，所述底电池为Ge底电池，衬底为Ge衬底，所述顶电池、上子电池、下子电池和底电池晶格匹配；所述顶电池、上子电池、下子电池和Ge底电池的禁带宽度分别为2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV；所述第一隧穿结为AlGaAs层和GaAs层；第二隧穿结为AlGaAs层和GaAs层；第三隧穿结为GaInP层和AlGaAs层；所述第一隧穿结包括p型掺杂的AlGaAs层和n型掺杂的GaA...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪松，方亮，高伟，张宝，高慧，裴东，
申请(专利权)人：天津蓝天太阳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12