一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，包括锗衬底和底电池，所述锗衬底和底电池的顶部从下至上依次为

【技术实现步骤摘要】
一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池
。

技术介绍

[0002]随着砷化镓太阳电池从普通单结到多结叠层技术的深入研究，其光电转换效率正不断提高
。
正向晶格匹配三结太阳电池
(GaInP/Ga
0.94
In
0.01
As/Ge)
至今广泛应用在卫星和航天等领域
。
另外，批产转换效率
32
％的正向晶格微失配三结太阳电池
(GaInP/Ga
0.94
In
0.06
As/Ge)
已实现工程化应用
。
然而，目前三结叠成电池的电流不完全匹配，锗结子电池仍存在一定的能量浪费
。
因此，基于正向三结太阳电池的中间和顶子电池更高
In
组分的设计，可实现的三结子电池电流的合理分配，电池的转换效率可进一步提高，但随着
In
组分的增加，材料晶格失配严重，晶体缺陷明显增加，外延材料应力释放更加困难
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池
。
[0004]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0005]一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，包括锗衬底和底电池，所述锗衬底和底电池的顶部从下至上依次为
GaInP
成核层
、GaInAs
缓冲层
、
第一遂穿结
、(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层
、Ga1‑
x
In
x
As
第二子电池
、
第二遂穿结
、AlGaInP
第三子电池和帽层；
[0006]其中，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层采用布拉格反射器
(DBR)
和晶格渐变缓冲层
(CGB)
结合的方式生长，从下到上，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失包括多个渐变层，渐变层的第一层为初始层，渐变层的最后一层为目标渐变层，从初始层到目标渐变层，晶格常数渐变增加，
In
的组分
b
从下至上从
0.01
阶梯渐变到
x
，达到目标
Ga1‑
x
In
x
As
第二子电池的晶格常数，小晶格的渐变层第二或者第三层为第一次单向应力过冲层
(overshoot 1)
，渐变至大晶格的渐变层，渐变层的倒数第二层为第二次单向应力过冲层
(overshoot 2)。
第一次单向应力过冲层和第二次单向应力过冲层中
In
组分在阶梯渐变的基础上进一步提高实现过冲，通过“一小一大”两组晶格渐变过冲层为双向应力释放失配层，通过两个方向完成应力的释放，可实现失配层应力调整，有效阻挡失配位错向电池的有源区扩散
。
[0007]在上述技术方案中，第一次单向应力过冲层和第二次单向应力过冲层组成相同或不同
。
[0008]在上述技术方案中，第一次单向应力过冲层和第二次单向应力过冲层中
In
的过冲量为3％
‑
25
％，即在阶梯渐变的基础上进一步提高3％
‑
25
％，过小时效果不明显，过冲量过大尤其是
overshoot 1
会引入更多缺陷，因此合适的
In
过冲量可实现高质量的失配层生长
目的
。
[0009]在上述技术方案中，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层中，
0≤c≤0.5、0.5≤d≤1、
且
c≠d
，
0.01≤b≤0.6
，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层使用
p
型掺杂剂，掺杂浓度为1×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，厚度范围为
1000
‑
10000nm。
[0010]在上述技术方案中，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层中，渐变层的层数范围为5‑
35
个，每个渐变层包括一个
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As
层和一个
(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As
层，每个
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As
层的厚度范围为
10
‑
200nm
，每个
(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，其特征在于，包括锗衬底和底电池，所述锗衬底和底电池的顶部从下至上依次为
GaInP
成核层
、GaInAs
缓冲层
、
第一遂穿结
、(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层
、Ga1‑
x
In
x
As
第二子电池
、
第二遂穿结
、AlGaInP
第三子电池和帽层；其中，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层中，从下到上，包括多个渐变层，渐变层的第一层为初始层，渐变层的最后一层为目标渐变层，从初始层到目标渐变层，晶格常数渐变增加，
In
的组分
b
从初始层至目标渐变层从
0.01
阶梯渐变增加到
x
，达到目标
Ga1‑
x
In
x
As
第二子电池的晶格常数，渐变层的第二或者第三层为第一次单向应力过冲层，渐变层的倒数第二层为第二次单向应力过冲层，第一次单向应力过冲层和第二次单向应力过冲层中
In
组分在阶梯渐变的基础上进一步提高实现过冲
。2.
如权利要求1所述的具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，其特征在于，第一次单向应力过冲层和第二次单向应力过冲层组成相同或不同
。3.
如权利要求1所述的具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，其特征在于，第一次单向应力过冲层和第二次单向应力过冲层中
In
的过冲量为3％
‑
25
％
。4.
如权利要求1所述的具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，其特征在于，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层中，
0≤c≤0.5、0.5≤d≤1、
且
c≠d
，
0.01≤b≤0.6
，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层使用
p
型掺杂剂，掺杂浓度为1×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，厚度范围为
1000
‑
10000nm。5.
如权利要求4所述的具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，其特征在于，所述
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR
双向应力释放失配层中渐变层的层数为5‑
35
个，每个渐变层内包括一个
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As
层和一个
(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As
层，每一
(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As
层的厚度范围为
10
‑
200nm
，每一
(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As
层的厚度范围为
10
‑
200nm。6.
如权利要求1所述的具有双向应力释放失配层的正向失配三结太阳电池，其特征在于，所述
Ga1‑
x
In
x
As
第二子电池包括
n
型掺杂的
n
‑
Ga1‑
x
In
x
As
发射区层和
p
型掺杂的
p
‑
Ga1‑
x
In
x
As
基区层，其中
0.06≤x≤0.7
；其中所述
n
‑
Ga1‑
x
In...

【专利技术属性】
技术研发人员：万荣华，张启明，高伟，张宝，裴东，
申请(专利权)人：天津蓝天太阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：