一种太阳能电池及其制作方法技术

本申请提供一种太阳能电池及其制作方法，所述太阳能电池包括依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。所述缓冲过渡层能够更为精确的平衡应力，减少缺陷，并且可以改善多量子阱结构中势阱层和势垒层之间的界面处出现原子互扩散的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池及其制作方法
本专利技术涉及太阳能电池制作
，尤其涉及一种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，是一种清洁能源利用装置。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，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，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顶电池GaInP和中电池InGaAs与底电池Ge之间电流密度存在不匹配，限制了光电转换效率的提高。因此，三结电池如何进一步调整顶中电池的匹配电流成为亟待解决的问题。现有技术中提出了在PN结的本征层中加入多量子阱结构(MQW)，利用应变平衡等外延生长技术，可以较好地解决晶格失配的问题，由于量子阱结构引入了中间能级，使得电池的光谱响应得到扩展，从而达到提高电池的短路电流的目的。与常规三结太阳电池相比，通过拓展GaAs中电池的光谱响应，调整顶中电池的匹配电流，最终实现电池转换效率的提升。尽管通过平衡应力的方法能够减少晶体缺陷，但由于GaAsP的周期性高势垒阻碍了载流子的输运，降低太阳电池的开路电压Voc和填充因子FF，而且需要足够多的MQW数目对于收集光子提高太阳电池性能至关重要，但是过多的MQW数目会带来过多的界面。界面处存在原子扩散问题，从而影响太阳能电池的光电性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中多量子阱结构的势阱层和势垒层之间的界面处存在原子互相扩散的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种太阳能电池，包括：依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。优选地，所述第一子电池为Ge底电池，所述第二子电池为包含多量子阱结构的InGaAs中电池，所述第三子电池为GaInP或AlGaInP顶电池。优选地，所述多量子阱结构中势阱层的材质为InxGa1-xAs；势垒层的材质为GaAs1-yPy；其中，x的取值范围为0-0.3，包括0.3；y的取值范围为0-0.5，包括0.5。优选地，当所述势阱层材料为InxGa1-xAs，且x<0.1时，所述缓冲过渡层的材质为GaAs；当所述势阱层材料为InxGa1-xAs，且x≥0.1时，所述缓冲过渡层的材质为InzGaAs，其中，0<z<x。优选地，所述缓冲过渡层的厚度范围为0.3nm-3nm，包括端点值。优选地，多层所述缓冲过渡层中至少存在一层缓冲过渡层厚度与其余缓冲过渡层的厚度不同。优选地，所述多量子阱结构的周期数为2-100，包括端点值。优选地，所述势阱层的厚度范围为1nm-10nm，包括端点值；所述势垒层的厚度范围为1nm-20nm，包括端点值。本专利技术还提供一种太阳能电池制作方法，用于制作形成上面任意一项所述的太阳能电池，所述太阳能电池制作方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括第一子电池、位于所述第一子电池上的第一隧穿结、位于所述第一隧穿结上的背场层，以及位于所述背场层上的基区；在所述基区背离所述衬底表面形成多量子阱结构中的第一层；在所述第一层上形成第一缓冲过渡层；在所述第一缓冲过渡层上形成所述多量子阱结构中的第二层；在所述第二层上形成第二缓冲过渡层；重复形成所述第一层、所述第一缓冲过渡层、所述第二层、所述第二缓冲过渡层的步骤，形成包括多个所述第一层、所述第一缓冲过渡层、所述第二层和所述第二缓冲过渡层的多量子阱结构；在所述多量子阱结构上形成发射区；在所述发射区上形成窗口层，以完成第二子电池的结构；在所述第二子电池上形成第二隧穿结；在所述第二隧穿结上形成第三子电池。优选地，在所述多量子阱结构中的每层结构生长结束后，停止通入所有的反应源，保留通入运载所述反应源的载气预设时间，所述预设时间为0.5s-10s，包括端点值。优选地，所述第一层为势阱层，所述第二层为势垒层；或者所述第一层为势垒层，所述第二层为势阱层。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的太阳能电池，包括依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。所述缓冲过渡层能够有效避免应变势阱层和应变势垒层直接相接时界面间的不受控的应力弛豫和不清晰的界面，从而可以更为精确的平衡应力，减少缺陷，并改善多量子阱结构中势阱层和势垒层之间的界面处出现原子互扩散的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的多量子阱结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种太阳能电池的制作方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的一种生长停顿方法流程示意图。具体实施方式正如
技术介绍
部分所述，现有技术中界面处存在原子扩散问题，从而影响太阳能电池的光电性能。具体地，应力平衡量子阱结构设计通常采用InGaAs材料作为势阱层，GaAsP材料作为势垒层，InGaAs与GaAsP界面处主要存在两个问题：一、生长InGaAs材料时会在InGaAs/GaAsP界面形成In分凝(indiumsegregation)效应导致In会扩散进入其他层材料；二、As原子和P原子会在界面处互相扩散。从而影响含量子阱结构的太阳电池的光电性能。基于此，本专利技术提供一种太阳能电池，包括：依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。本专利技术提供的太阳能电池，包括依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。所述缓冲过渡层能够有效避免应变势阱层和应变势垒层直接相接时界面间的不受控的应力弛豫和不清晰的界面，从而可以更为精确的平衡应力，减少缺陷，并改善多量子阱结构中势阱层和势垒层之间的界面处出现原子互扩散的问题。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，包括依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池1、第一隧穿结J1、第二子电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，其特征在于，包括：依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：依次层叠设置且晶格匹配的第一子电池、第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结和第三子电池，所述第二子电池中包括多量子阱结构；其中，所述多量子阱结构包括交叉层叠的多层势阱层和多层势垒层，以及位于所述势阱层和所述势垒层之间的缓冲过渡层。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一子电池为Ge底电池，所述第二子电池为包含多量子阱结构的InGaAs中电池，所述第三子电池为GaInP或AlGaInP顶电池。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述多量子阱结构中势阱层的材质为InxGa1-xAs；势垒层的材质为GaAs1-yPy；其中，x的取值范围为0-0.3，包括0.3；y的取值范围为0-0.5，包括0.5。4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，当所述势阱层材料为InxGa1-xAs，且x<0.1时，所述缓冲过渡层的材质为GaAs；当所述势阱层材料为InxGa1-xAs，且x≥0.1时，所述缓冲过渡层的材质为InzGaAs，其中，0<z<x。5.根据权利要求1-4任意一项所述的太阳能电池，其特征在于，所述缓冲过渡层的厚度范围为0.3nm-3nm，包括端点值。6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，多层所述缓冲过渡层中至少存在一层缓冲过渡层厚度与其余缓冲过渡层的厚度不同。7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述多量子阱结构的周期数为2-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴真龙，姜伟，李俊承，陈凯轩，张双翔，
申请(专利权)人：扬州乾照光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32