Ge/GaAs双结太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种Ge/GaAs双结太阳能电池，所述Ge/GaAs双结太阳能电池包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、Ge/GaAs双结太阳能电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。本实用新型专利技术有如下有益效果：通过采用LRC工艺制备的Ge外延层，使基于Ge/Si衬底的Ge/GaAs双结太阳能电池器件质量提高，光电转化效率提高。

Ge/GaAs double junction solar cell

The utility model relates to a Ge/GaAs dual junction solar cell, the Ge/GaAs dual junction solar cell includes a Si substrate layer are sequentially stacked on the substrate of Si layer of Ge epitaxial layer, Ge/GaAs dual junction solar cell layer and a contact layer, a reflective film, wherein the Ge epitaxial layer of LRC crystal Ge. The utility model has the following beneficial effects: by adopting the Ge epitaxial layer prepared by the LRC process, the quality of the Ge/GaAs double junction solar cell device based on the Ge/Si substrate is improved, and the photoelectric conversion efficiency is improved.

【技术实现步骤摘要】
Ge/GaAs双结太阳能电池
本技术属于太阳能电池
，具体涉及一种Ge/GaAs双结太阳能电池。
技术介绍
对于太阳能电池，发光效率是最主要的参数，从光伏效应的角度分析，单结太阳能电池已经快接近发光极限，为提高太阳能电池的发光效率，就必须对结构进行优化。其中较优的解决方法就是增加太阳能电池结数。其中Ⅲ-Ⅴ族GaAs材料因为是直接能隙的半导体材料，可做较薄的厚度，而且其吸光效率特别高，能够做成顶电池，所以成为当前光电领域内重点研究的双结太阳能电池材料。Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池制作方法，既造价低廉，易于与其他器件集成，而且与单结太阳能电池相比，极大的提升了发光效率。传统的高温两步生长Ge/Si衬底的方法，无法解决Ge外延层中大量螺位错，而且得到的缓冲层较厚，表面粗糙度较高，这些因素使得太阳能电池的发光效率大大的降低。因此，如何研制出高质量Ge/Si衬底的Ge/GaAs双结太阳能电池至关重要。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种Ge/GaAs双结太阳能电池。本技术的一个实施例提供了一种Ge/GaAs双结太阳能电池，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、Ge/GaAs双结太阳能电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为激光再晶化(LaserRe-Crystallization,简称LRC)晶体。在本技术的一个实施例中，所述Ge/GaAs双结太阳能电池层包括依次层叠于所述Ge外延层上的底电池、第一窗口层，隧道结、顶电池、第二窗口层。在本技术的一个实施例中，所述底电池包括依次层叠于所述Ge外延层上的第一基区和第一发射区。在本技术的一个实施例中，所述隧道结包括依次层叠于所述第一窗口层32上的N型掺杂层和P型掺杂层。在本技术的一个实施例中，所述顶电池包括依次层叠于所述隧道结上的第二基区和第二发射区。在本技术的一个实施例中，所述LRC晶体为采用激光再晶化工艺制备生成。在本技术的一个实施例中，所述Ge外延层厚度为200nm。在本技术的一个实施例中，所述反射膜材料为SiN。在本技术的一个实施例中，所述Si衬底层材料为单晶硅。在本技术的一个实施例中，所述Si衬底层厚度为2μm。本技术有如下有益效果：通过采用LRC工艺制备的Ge外延层，使基于Ge/Si衬底的Ge/GaAs双结太阳能电池器件质量提高，光电转化效率提高。附图说明图1为本技术实施例提供的一种Ge/GaAs双结太阳能电池结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种LRC工艺的示意图；图3为本技术实施例提供的一种薄膜受激光照射过程中的温度相变关系示意图；图4为本技术实施例提供的一种Ge/Si衬底材料的工艺之有限元仿真结果示意图；图5为本技术实施例提供的一种连续激光再晶化工艺效果示意图；图6a-图6j为本技术实施例提供的一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池制作工艺示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1本技术实施例提供的一种Ge/GaAs双结太阳能电池结构示意图；该Ge/GaAs双结太阳能电池包括：Si衬底层10，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层20、Ge/GaAs双结太阳能电池层30、接触层40、反射膜50，其中所述Ge外延层20中Ge为LRC晶体。其中，所述Ge/GaAs双结太阳能电池层30包括依次层叠于所述Ge外延层上的底电池31、第一窗口层32，隧道结33、顶电池34、第二窗口层35。具体地，所述底电池包括依次层叠于所述Ge外延层20上的第一基区311和第一发射区312。具体地，所述隧道结包括依次层叠于所述第一窗口层32上的N型掺杂层331和P型掺杂层332。具体地，所述顶电池包括依次层叠于所述隧道结33上的第二基区341和第二发射区342。具体地，所述LRC晶体为采用激光再晶化工艺制备生成。其中，采用连续激光再晶化的好处在于：能够使得Ge外延层的位错率大大降低，而且能够制作较薄；优选地，所述Ge外延层20厚度为200nm。优选地，所述反射膜50材料为SiN。优选地，所述Si衬底层10材料为单晶硅。优选地，所述Si衬底层10厚度为2μm。请参见图2，图2为本技术实施例提供的一种LRC工艺的示意图。先用磁控溅射工艺或者CVD工艺经两步法形成薄的Ge外延层，再用连续激光再晶化横向释放Ge与Si之间的位错失配，从而减少外延层中由于晶格失配引起的位错，制备出品质优良的Ge/Si衬底。请参见图3，图3为本技术实施例提供的一种薄膜受激光照射过程中的温度相变关系示意图；其中，LRC的原理是利用激光的高能量对材料表面瞬间加热使之融化结晶，其本质是热致相变的过程，这点也与传统的激光热退火有本质区别。因此，LRC可以看作是激光对薄膜的热效应，即激光通过热效应将被照射的薄膜融化，在较短的时间使其冷却结晶的过程。LRC大致可分为以下三个阶段：1)激光与物质的相互作用阶段。此阶段物质吸收激光能量转变为热能，达到熔化状态。激光与物质相互作用过程中，物质的电学性能、光学性能、结构状况等均发生变化。2)材料的热传导阶段。根据热力学基本定律，激光作用于材料上将会发生传导、对流和辐射三种传热方式，此时加热速度快，温度梯度大。3)材料在激光作用下的传质阶段。传质，即物质从空间或空间某一部位运动到另一部位的现象。在此阶段，经激光辐射获得能量的粒子开始运动。传质存在两种形式：扩散传质和对流传质。扩散传质表示的是原子或分子的微观运动；对流传质则是流体的宏观运动。以完全融化结晶机制为例，LRC后薄膜的温度变化情况如图3所示。利用激光再晶化LRC技术辅助制备高质量虚Ge衬底，要求激光作用下虚Ge层温度至少达到熔点，且尽量靠近烧熔点，达到理想晶化的近完全熔融状态，保证Ge晶粒的后续完美结晶。同时，外延层下面的Si衬底层不能达到熔点，保证了LRC对衬底不产生影响。因此，确定合理的LRC相关工艺参数(如激光功率密度、移动速度等)，控制外延层温度分布，将是该工艺成败的关键。请参见图4，图4为本技术实施例提供的一种Ge/Si衬底材料的工艺之有限元仿真结果示意图。图中，纵坐标表示Ge/Si体系厚度，在Ge外延层厚度200nm的Ge/Si衬底上采用激光移动速度为400mm/s、激光功率6.1kW/cm2的工艺条件可实现Ge融化结晶而Si未融化。请参见图5，图5为本技术实施例提供的一种连续激光再晶化工艺效果示意图。激光通过全反射棱镜照向样品台，并通过凸透镜聚焦到样品上，从而防止了在受热过程中薄膜融化后的液体受重力影响而流动对结晶产生的影响。激光再晶化时，步进电机带动样品台移动，每移动到一个位置进行一次激光照射，使该位置成为具有高能量的小方块，而后停止激光照射，样品台移动到下一位置时再继续激光照射。如此循环使得激光依次照射到整个薄膜表面，至此完成连续激光再晶化过程。另外，需要强调说明的是，本技术的激光再晶化(LaserRe-Crystallization,简称LRC)工艺与激光退火(laserannealing)工艺有显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ge/GaAs双结太阳能电池，其特征在于，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、Ge/GaAs双结太阳能电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。

【技术特征摘要】
1.一种Ge/GaAs双结太阳能电池，其特征在于，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、Ge/GaAs双结太阳能电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述Ge/GaAs双结太阳能电池层包括依次层叠于所述Ge外延层上的底电池、第一窗口层，隧道结、顶电池、第二窗口层。3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述底电池包括依次层叠于所述Ge外延层上的第一基区和第一发射区。4.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述隧道结包括依次层叠于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹晓雪，
申请(专利权)人：西安科锐盛创新科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61