一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，属于半导体光电子技术领域。本发明专利技术的关键是在现有多结太阳能电池芯片材料体系之上增加具有高禁带宽度的ＡｌＩｎＡｓ材料顶电池。ＡｌＩｎＡｓ材料作为顶电池附加到现有多结太阳能电池材料体系之上能够扩展太阳能电池芯片的吸收谱范围，有效解决现有太阳能电池芯片对太阳辐射分布于紫外波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高多结太阳能电池芯片的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片结构，属于半导体光电子

技术介绍
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经 济发展的瓶颈时，太阳能以其取之不尽、用之不竭和零污染的特性而受到特别关注。越来越 多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。从长远来看，随 着太阳能电池芯片制造技术的改进以及新的光-电转换装置的专利技术，结合各国对环境的保 护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池芯片将是人类利用太阳辐射能最为切实可行 的方法，为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。目前，可以预见太阳能光伏发电 在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世 界能源供应的主体。但是，现有太阳能电池芯片光电转换效率相对较低制约了其进一步广泛应用于实 际工作、生活中，这是由于太阳辐射能流非对称分布于以500nm左右波长为峰值的，从紫外 200nm波段到远红外2600nm波段的较宽光谱范围内，特别是在我国西藏、新疆等高海拔或 高纬度地区，太阳辐照能流更是大量集中于短波长可见光及紫外光波段部分。而目前多结 太阳能电池芯片芯片中顶电池芯片禁带宽度限制在1.9ev左右，对应吸收波长为650nm左 右，当短波部分波长远离该吸收波长后，吸收效率下降导致太阳辐射能流中位于可见光及 紫外波段内部包含的大量能量未能获得有效吸收、利用。因此如何提高太阳能电池芯片芯 片对太阳可见光、紫外光谱中尚未获得充分利用的能量吸收成为提高现有太阳能电池芯片 光电转换效率，推动新型、高效太阳能电池芯片发展，进而促进这一新型绿色能源得以广泛 应用的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以AlInAs材料作为顶电池芯片的多结太阳电池芯 片扩展太阳能电池芯片芯片的吸收谱范围，充分吸收太阳辐射分布于可见光、紫外波段的 大量能流，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。本专利技术的目的是由以下的技术方案实现的一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生 长底电池(P-Ge，n-Ge)2，成核层(GaAs) 3，缓冲层(GaInAs) 4，势垒层(n-GalnAs) 5，隧道 结(n++AlGaAs, p++GaInAs) 6，势垒层(p+GalnAs) 7，第二结电池(p-GalnAs, n_GaInAs)8， 窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)9,第二 隧道结(n++GaInAs, p++AlGaAs) 10，第二 势垒层 (p+GaInP)ll，第三结电池(p-GalnP，n-GalnP) 12，第二窗口层(η+Α1ΙηΡ) 13，第三隧道结 (n++AlInAs, p++AlInAs) 14，第三势垒层(n+AlInAs) 15，顶电池(p-AlInAs, n-AlInAs) 16, 第三窗口层(n+AlInAs)17，欧姆接触层(n+AlInAs) 18。本专利技术四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，采用半导体单晶片为衬底采用金 属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子来外延(MBE)方法生长多结太阳电池芯片芯片。本专利技术在现有多结太阳能电池芯片外延材料体系之上增加生长获得AlInAs顶电 池芯片，能够扩展太阳能电池芯片芯片的吸收谱范围，有效解决现有太阳能电池芯片芯片 对太阳辐射分布于紫外波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高多结太阳能电池芯片的 光电转换效率。附图说明图1 一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片示意图。图中1、锗(Ge)单晶片，2、底电池，3、成核层，4、缓冲层，5、势垒层，6、隧道结，7、 势垒层，8、第二结电池，9、窗口层，10、第二隧道结，11、第二势垒层，12、第三结电池，13、第 二窗口层，14、第三隧道结，15、第三势垒层，16、顶电池，17、第三窗口层，18、欧姆接触层。具体实施例方式为了进一步说明本专利技术的结构和特征，以下结合实施例及附图对本专利技术作进一 步的说明。如图1所示，四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片采用金属有机化学气相 沉积(MOCVD)方法，以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池芯片(p_Ge，n-Ge)2，成核 层(GaAs)3，缓冲层(GaInAs)4，势垒层(n-GalnAs) 5，隧道结(n++AlGaAs, p++GaInAs)6, 势垒层(p+GaInAs)7，第二结电池(p-GalnAs, n-GalnAs) 8，窗口层(n+AlGalnP/AlInAs) 9， 第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs) 10，第二势垒层(p+GalnP) 11，第三结电池(p-GalnP， n-GaInP)12，第二窗口层(η+Α1ΙηΡ) 13，第三隧道结(n++AlInAs, p++AlInAs) 14，第三势垒 层(n+AlInAs)15，顶电池(p-AlInAs，n-AlInAs) 16，第三窗口层(n+AlInAs) 17，欧姆接触层 (n+AlInAs)18。在生长具有AlInAs的多结太阳电池芯片芯片之后。采用常规的光刻、镀膜 和划片工艺制成太阳电池芯片芯片。本专利技术四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其关键是在现有多结太阳能电池 芯片材料体系之上增加了一层具有高禁带宽度的AlInAs材料作为顶电池芯片。AlInAs材 料作为顶电池芯片附加到现有多结太阳能电池芯片材料体系之上能够扩展太阳能电池芯 片芯片的吸收谱范围，有效解决现有太阳能电池芯片芯片对太阳辐射分布于可见光、紫外 波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高多结太阳能电池芯片的光电转换效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于：以锗（Ｇｅ）单晶片１为衬底依次生长底电池，成核层（ＧａＡｓ），缓冲层（ＧａＩｎＡｓ），势垒层（ｎ－ＧａＩｎＡｓ），隧道结（ｎ＋＋ＡｌＧａＡｓ，ｐ＋＋ＧａＩｎＡｓ），势垒层（ｐ＋ＧａＩｎＡｓ），第二结电池，窗口层（ｎ＋ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＡｓ），第二隧道结（ｎ＋＋ＧａＩｎＡｓ，ｐ＋＋ＡｌＧａＡｓ），第二势垒层（ｐ＋ＧａＩｎＰ），第三结电池芯片（ｐ－ＧａＩｎＰ，ｎ－ＧａＩｎＰ），第二窗口层（ｎ＋ＡｌＩｎＰ），第三隧道结（ｎ＋＋ＡｌＩｎＡｓ，ｐ＋＋ＡｌＩｎＡｓ），第三势垒层（ｎ＋ＡｌＩｎＡｓ），顶电池芯片（ｐ－ＡｌＩｎＡｓ，ｎ－ＡｌＩｎＡｓ），第三窗口层（ｎ＋ＡｌＩｎＡｓ），欧姆接触层（ｎ＋ＡｌＩｎＡｓ）。

【技术特征摘要】
一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池，成核层(GaAs)，缓冲层(GaInAs)，势垒层(n GaInAs)，隧道结(n++AlGaAs，p++GaInAs)，势垒层(p+GaInAs)，第二结电池，窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)，第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs)，第二势垒层(p+GaInP)，第三结电池芯片(p GaInP，n GaI...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智勇，李建军，尧舜，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[]