三结太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三结太阳能电池及其制备方法。制备艺如下：提供一p型Si衬底；在其上方扩散法形成第一子电池，具有一第一带隙；在第一子电池上方外延生长组分渐变的GaAsxP1-x渐变缓冲层，具有大于第一带隙的第二带隙；在渐变缓冲层上方形成GaAsP第二子电池，有大于第一带隙的第三带隙；在第二子电池的上方形成InGaP第三子电池，具有大于第三带隙的第四带隙，其晶格常数与第二子电池匹配。通过同时调节GaAsxP1-x第二子电池和InyGa1-yP第三子电池中As和P的组分x、y，可以实现两结电池在晶格匹配的情况下，带隙组合的多样性，此举大大拓宽了多结太阳能电池的选择空间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三结太阳能电池及其制作方法，属半导体材料

技术介绍
由于煤、石油等不可再生能源的逐渐枯竭及其不断造成的环境恶化，人类迫切需要使用绿色能源为人们解决所面临的巨大问题。利用光电转换技术制造的太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，这在很大程度上减少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依赖，成为利用绿色能源的最有效方式之一。虽然在大规模应用和工业生产中硅基太阳能电池占据主导地位，然而单结太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。如果用不同带隙宽度Eg的材料制备成多结太阳电池，并将这些材料按Eg大小从上到下叠合起来，就构成多结叠层太阳电池。让它们分别选择性地吸收和转换太阳光谱的不同子域，就可以大幅度提高太阳电池的光电转换效率。III- V族化合物半导体基多结太阳电池以其同时具有耐高温性能、抗辐射能力强、温度特性好等优点，早已经成为空间光伏电源的主流技术。但是，目前用于III - V族化合物半导体太阳电池的衬底材料主要都是锗单晶片和砷化镓单晶片，其都是价格昂贵的稀有材料，从而极大地影响了聚光太阳电池的成本，并从原材料上制约了其大规模应用。因此，为使得多结太阳能电池能同第一、二代太阳能电池，乃至与传统能源形成有力竞争，必须发展低成本、高效率的新型多结太阳能电池。在这种情况下采用Si衬底取代Ge衬底能够实现低成本高效率太阳能电池的愿望。由于Si原材料丰富，生产技术成熟，采用Si衬底不但可使得多结太阳能电池的原材料成本大幅度降低(6英寸Ge衬底价格约为同尺寸Si衬底的10倍);同时，还可以将多结太阳能电池和相对成熟的Si处理技术相结合；另外，Si的密度较小，可以减轻整个电池的重量，将有利于多结太阳能电池的航天航空应用。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种采用Si衬底的高效。采用Si衬底不但使得多结太阳能电池的原材料成本大幅度降低，还可以将多结太阳能电池和相对成熟的Si处理技术相结合，对于III - V族化合物半导体基多结太阳电池的应用推广意义重大。根据本专利技术的一个方面，一种三结太阳能电池的其制备方法，其具体步骤包括 1)提供一P型Si衬底，用于半导体外延生长； 2)在所述Si衬底上方通过扩散法形成η型区域，作为发射区，衬底本身作为基区，从而形成第一子电池，其具有第一带隙； 3)在所述第一子电池上方外延生长GaAsrPpx渐变缓冲层，其为组分渐变的多层结构，Z变化范围为O. 05、. 95，其具有大于第一带隙的第二带隙； 4)在所述的GaAsrPpx渐变缓冲层上方形成GaAsP第二子电池，其具有大于第一带隙的第三带隙，其晶格常数与所述渐变缓冲层的终止层匹配； 5)在所述第二子电池的上方形成InGaP第三子电池，其具有大于第三带隙的第四带隙，其晶格常数与所述第二子电池匹配。根据本专利技术的另一个方面，一种三结太阳能电池，其包括第一子电池，由Si基电池构成，具有一第一带隙；GaAsxP7_x渐变缓冲层，形成于所述第一子电池之上，其为组分渐变的多层结构d变化范围为O. 05、. 95，具有大于第一带隙的第二带隙；第二子电池，形成于所述GaAsrPpx渐变缓冲层上方，其由GaAsP构成，具有大于第一带隙的第三带隙，晶格常 数与所述GaASxP7_x渐变缓冲层终止层匹配；第三子电池，形成于所述第二子电池上方，其由InGaP构成，具有大于第三带隙的第四带隙，晶格常数与第二子电池匹配。上述GaAsrPpx渐变缓冲层，其晶格常数aGaAsP随As组分的变化关系符合Vergard定理，计算公式如下(单位A) 'aGaAsF=b. 4505 + O. 20275xAs 。在本专利技术中，所述第一子电池的带隙优选为I. 11 eV。所述GaAsxP7_x渐变缓冲层的晶格常数变化范围是5. 43飞.51A，带隙变化范围是I. 54^2. 62 eV，包括GaAsrP7!晶格渐变层、GaAs应力平衡层和GaAsxPh目标晶格层。其中所述GaAsxP7_x晶格渐变层中As组分的变化范围为O. 05、. 95，并逐步增大；GaAs应力平衡层位于所述GaAsrP7!晶格渐变层上方^aAsxPh目标晶格层为GaAsrPh渐变缓冲层的终止层，其位于所述GaAs应力平衡层上方，且晶格常数小于所述GaAs应力平衡层。所述第二子电池由GaAsP构成，通过As组分变化，调节带隙至I. 4(Tl. 60 eV，其晶格常数与所述GaAsrPpx渐变缓冲层终止层匹配，但是小于GaAs的晶格常数。所述第三子电池由IrvGayP构成，通过In组分变化，调节带隙至I. 90^2. 20 eV，其晶格常数与第二子电池匹配。本专利技术的创新点在于1)采用Si衬底取代价格昂贵的Ge或者GaAs衬底大大降低了电池成本。2)采用GaAsrPpx材料作为渐变缓冲层能够克服底电池Si (5. 4309 A)和中电池GaAsP (5. 43 5.51A:根据不同的As和P配比)之间的晶格失配，有效降低了位错密度。特别地，本专利技术中GaAsrPpx渐变缓冲层为多层结构，Z变化范围为O. 05、. 95，其晶格常数变化范围是5. 43 5. 51A，带隙变化范围是I. 541.62 eV，通过组分增大，晶格常数逐渐增大，次终止层是GaAs应力平衡层，应力得到缓慢释放，克服第一二子电池之间的晶格失配。3)通过同时调节GaAsrPpx第二子电池和IrvGa7_,P第三子电池中As和P的组分jt、可以实现两结电池在晶格匹配的情况下，带隙组合的多样性(图I黑色实线范围是第二、三子电池带隙许可范围)，大大拓宽了多结太阳能电池的选择空间，可以根据实际需求(地面或者太空)，挑选带隙组合，获得电流匹配的高效太阳能电池。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本专利技术，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本专利技术限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本专利技术的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图I是半导体材料晶格常数与带隙关系图。图2是根据本专利技术优选实施的三结太阳能电池的结构示意图。图3是图2所示的三结太阳能电池中GaAsxP7_x渐变缓冲层的结构示意图。 图中各标号表不 100 ■ 第一子电池；110 :p型Si衬底；120 :第一子电池窗口层；200 :第二子电池(GaAsP子电池)；210 :第二子电池背场层；220 :第二子电池基区；230 :第二子电池发射区；240 :第二子电池窗口层；300 :第三子电池(InGaP子电池)；310 :第三子电池背场层；320 :第三子电池基区；330 :第三子电池发射区；340 :第三子电池窗口层；401 :第一、二子电池隧穿结；402 :第二、三子电池隧穿结；500 :GaAsxP7_x渐变缓冲层；510 =GaAsxP7-X晶格渐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕京锋，林桂江，刘建庆，王良均，熊伟平，宋明辉，丁杰，
申请(专利权)人：天津三安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：