本发明专利技术提供一种采用晶格异变技术的GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池，包括Ge子电池，以及在Ge子电池上依次设置的InGaAs或GaInP的缓冲层、第一隧道结、第一渐变过渡层、InGaAs子电池、第二隧道结、第二渐变过渡层、GaAs子电池、第三隧道结、GaInP子电池和GaAs接触层。本发明专利技术还提供一种该电池制备方法，包括步骤：提供一Ge子电池；在Ge子电池表面生长InGaAs或GaInP的缓冲层；在InGaAs或GaInP的缓冲层表面生长第一隧道结；在第一隧道结表面生长第一渐变过渡层；在第一渐变过渡层表面生长InGaAs子电池；在InGaAs子电池表面生长第二隧道结；在第二隧道结表面生长第二渐变过渡层；在第二隧道结表面生长GaAs子电池；在GaAs子电池表面生长第三隧道结；在第三隧道结表面生长GaInP子电池；在GaInP子电池表面生长GaAs接触层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池领域,尤其涉及GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
作为ー种理想的緑色能源材料，太阳电池成为各国的研究热点，为了促进太阳电池的进ー步实用化，提高其光电转换效率是其降低发电成本的一种有效手段。叠层电池采用不同禁带宽度的子电池串联能极大的提高太阳光的利用率，目前研究较为成熟的体系是晶格匹配生长的GaInP/GaAS/Ge(l. 9/1. 42/0. 7eV)三结电池，其最高转换效率为32-33%(—个太阳)。然而该三结电池中Ge底电池覆盖较宽的光谱，其短路电流较大，为了实现与其他子电池的电流匹配必然会降低太阳光利用率。为了进一步提高转换效率，需要对底电池进行拆分，如在GaAs和Ge电池中间插入一带隙为I. OOeV的InGaAsN材料，做成四结电池，实现光电流匹配，提高电池效率。但目前制备的InGaAsN材料缺陷多、载流子迁移率低，影响了电池性能的提高。因此研究人员积极寻求别的途径来获得高效的太阳能电池，如采用晶片键合的方法将晶格失配的具有合理带隙组合的电池键合在一起，实现电流匹配，提高电池效率。但是晶片键合电池往往存在两个主要问题以GaInP/GaAsd. 9/1. 42eV)和InGaAsP/InGaAs (I. 05/0. 74eV)双结电池的键合为例，晶片键合电池需要GaAs和InP两个衬底，这大大増加了电池的制作成本；ニ是晶片键合电池的键合部分需要良好的欧姆接触和良好的透光率，这给エ艺带来很大的挑战，増加了电池的制作难度。如何实现多结太阳电池合理的带隙组合，减小电流失配同时而又不提高电池制作成本和难度成为当前III - V族太阳电池亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法。为了解决上述问题,本专利技术提供了ー种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池，包括Ge子电池，以及在所述Ge子电池上依次设置的InGaAs或GaInP的缓冲层、第一隧道结、第一渐变过渡层、InGaAs子电池、第二隧道结、第二渐变过渡层、GaAs子电池、第三隧道结、GaInP子电池和GaAs接触层。所述第一、第二渐变过渡层的材料均为AlyGa1TyInxAs或Ga1JnxP，其中所述AlyGa1^yInxAs中x的范围为0至0. 27，y的范围为0至0. 4，而Gai_xInxP中x的范围为0. 48MO. 78。所述Ge子电池包含材料为Ge的第一基区，以及在第一基区上设置的材料为Ge的第一发射区。所述第一隧道结、第三隧道结均包含依次按照逐渐远离Ge子电池方向设置的GaInP或GaAs掺杂层和(Al) GaAs掺杂层。所述InGaAs子电池包含依次按照逐渐远离Ge子电池方向设置的材料为AlGaInAs的第二背场层、InGaAs的第二基区、InGaAs的第二发射区和第二窗ロ层，所述第二窗ロ层的材料为 GalnP、InGaAlAs 或 AlInP。所述第二隧道结包含依次按照逐渐远离Ge子电池方向设置的GaInP或InGaAs掺杂层和InGa(Al)As惨杂层。所述GaAs子电池包含依次按照逐渐远离Ge子电池方向设置的材料为GaInP或AlGaAs的第三背场层、GaAs的第三基区、GaAs的第三发射区以及Al (Ga) InP的第三窗ロ层。所述GaInP子电池包含依次按照逐渐远离Ge子电池方向设置的材料为Al (Ga) InP的第四背场层、GaInP的第四基区、GaInP的第四发射区以及AlInP的第四窗ロ层。为了解决上述问题,本专利技术还提供了ー种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池的制备方法，包括步骤1)提供一 Ge子电池；2)在Ge子电池表面生长InGaAs或GaInP 的缓冲层；3)在InGaAs或GaInP的缓冲层表面生长第一隧道结；4)在第一隧道结表面生长第一渐变过渡层；5)在第一渐变过渡层表面生长InGaAs子电池；6)在InGaAs子电池表面生长第二隧道结；7)在第二隧道结表面生长第二渐变过渡层；8)在第二渐变过渡层表面生长GaAs子电池；9)在GaAs子电池表面生长第三隧道结；10)在第三隧道结表面生长GaInP子电池；11)在GaInP子电池表面生长GaAs接触层。本专利技术提供GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法，优点在于 1.该四结级联太阳电池带隙组合为I.90eV、l. 42eV、 I. 00eV、0. 67eV，各个子电池的电流匹配，减小了光电转换过程中的热能损失，提高了电池效率； 2.该四结级联太阳电池采用正装生长方法生长，器件制作与标准电池エ艺兼容，避免了倒置生长电池结构需要先与其它支撑衬底材料键合再去除GaAs或Ge衬底的复杂エ艺，降低了电池的制作难度。附图说明图I是本专利技术提供的ー种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池第一具体实施方式的结构示意 图2是本专利技术提供的ー种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池第一具体实施方式的广品结构不意 图3是本专利技术提供的ー种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池第二具体实施方式的エ艺步骤图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法的具体实施方式做详细说明。第一具体实施例方式 图I所不为本具体实施方式提供的一种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池第一具体实施方式的结构示意图。本实施方式提供一种采用正装方式生长的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池，带隙组合为 I. 90eV/l. 42eV/ I. 00eV/0. 67eV。该 GalnP/GaAs/InGaAs/Ge 四结电池太阳能电池的结构如图I所示，包括Ge子电池32，以及在所述Ge子电池32上依次设置的InGaAs或GaInP的缓冲层03、第一隧道结31、第一渐变过渡层06、InGaAs子电池30、第二隧道结29、第二渐变过渡层13、GaAs子电池28、第三隧道结27、GaInP子电池26和GaAs接触层24。作为可选实施方式，如图I所示，所述第一渐变过渡层06、第二渐变过渡层13的材料均为AlyGa1IyInxAs或Ga1-JnxP，其中所述AlyGa1TyInxAs中x的范围为0至0. 27，y的范围为0至0. 4，而Ga1-JnxP中x的范围为0. 48至0. 78。所述第一渐变过渡层06的带隙大于I. 0 eV。所述第二渐变过渡层13的带隙大于I. 42 eV。作为可选实施方式，所述InGaAs或GaInP的缓冲层03的带隙大于0. 67eV。所述Ge子电池32包含包含材料为Ge的第一基区01，以及在第一基区01上设置的材料为Ge的第一发射区02。所述第一发射区02也作为后续生长的成核层。 所述第一隧穿结包含依次按照逐渐远离Ge子电池32方向设置的材料为GaInP或GaAs的第一掺杂层04和(Al) GaAs的第二掺杂层05。本申请文件中(Al) GaAs表示AlGaAs或GaAs之意。作为可选实施方式，上述第一掺杂层04的掺杂类型为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池，其特征在于，包括Ge子电池，以及在所述Ge子电池上依次设置的InGaAs或GaInP的缓冲层、第一隧道结、第一渐变过渡层、InGaAs子电池、第二隧道结、第二渐变过渡层、GaAs子电池、第三隧道结、GaInP子电池和GaAs接触层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉润，董建荣，李奎龙，于淑珍，赵勇明，赵春雨，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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