一种高效倒装五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高效倒装五结太阳能电池及其制备方法，该结构至上而下包括下面各子电池：倒装生长的(Al)GaInP第一子电池；倒装生长的AlGaAs(P)第二子电池，晶格常数与第一子电池匹配；倒装生长的Ga(In)As(P)第三子电池，晶格常数与第二子电池匹配；倒装生长的Ga1-XInXAs第四子电池，晶格常数大于第三子电池；倒装生长的Ga1-yInyAs第五子电池，晶格常数大于第二子电池；第一渐变缓冲层，位于所述第三、第四子电池之间，组分渐变；第二渐变缓冲层，位于所述第四、第五子电池之间，组分渐变。此太阳能电池结构合理配置了各子电池的带隙，在拓宽太阳能吸收范围的同时能够实现各结电池电流匹配，运用此方法能够制备出高晶格质量、低位错密度、电流匹配的高效倒装五结太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属半导体材料

技术介绍
最近几年，太阳电池作为实用的新能源，吸引了越来越多的关注。它是ー种利用光生伏打效应，将太阳能转化成电能的半导体器件，这在很大程度上減少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依赖，成为利用緑色能源的最有效方式之一。在所有新能源中，太阳能是最为理想的再生能源之一，充分开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策。近些年来，作为第三代光伏发电技术的聚光多结化合物太阳电池，因其高光电转换效率而倍受关注。·当前高效GalnP/GaAs/Ge三结太阳电池在聚光条件下已获得超过41. 8%光电转换效率。但是由于Ge底电池过多的吸收了低能光子，因而与InGaP和GaAs中顶电池的短路电流不匹配，所以传统的GalnP/GaAs/Ge三结太阳电池结构并不是效率最优化的组合。理想状况下，如果能够寻找禁带宽度为I eV的材料替代Ge，就能够实现三结电池电流匹配。Ina3Gaa7As具有IeV的禁带宽度，是最佳的选择之一，但其与GaAs之间存在2. 14%的晶格失配。采用倒装方式生长先生长与衬底晶格匹配的InGaP和GaAs中、顶电池；然后再通过渐变缓冲层(InGaP、InAlP或InGaAs)过渡到InGaAs底电池；最后通过衬底剥离、新衬底键合等エ艺逐步实施，实现整个电池的全结构制备。此技术的优点在于能够有效降低位错密度，剥离的衬底能够循环使用，降低了成本。
技术实现思路
本专利技术提供了ー种包含双渐变缓冲层的倒装五结电池及其制备方法，通过此方法能够制备出了电流匹配、低位错密度的高效电池。根据本专利技术的第一个方面，，其具体步骤包括 提供生长衬底，用于半导体外延生长； 在所述生长衬底上倒装生长(Al)GaInP第一子电池，晶格与衬底匹配； 在所述第一子电池上倒装生长AlGaAs (P)第二子电池，晶格与第一子电池匹配； 在所述第ニ子电池上倒装生长Ga (In) As (P)第三子电池，晶格与第二子电池匹配； 在所述第三子电池上生长第一渐变缓冲层，组分渐变； 在所述第一渐变缓冲层上倒装生长Ga7_zInzAs第四子电池，晶格常数大于第三子电池； 在所述第四子电池上生长第二渐变缓冲层，组分渐变； 在所述第二渐变缓冲层上倒装生长Ga7_,IrvAs第五子电池，晶格常数大于第四子电池； 提供ー支撑基板，将其安装在第五子电池的顶部； 移除所述生长衬底。根据本专利技术的第二个方面，一种高效倒装五结太阳能电池，至上而下包括下面各子电池 倒装生长的(Al)GaInP第一子电池； 倒装生长的AlGaAs(P)第二子电池，晶格常数与第一子电池匹配； 倒装生长的Ga(In)As(P)第三子电池，晶格常数与第二子电池匹配； 倒装生长的Ga7_zInzAs第四子电池，晶格常数大于第三子电池； 倒装生长的GahIrvAs第五子电池，晶格常数大于第二子电池； 第一渐变缓冲层，位于所述第三、第四子电池之间，组分渐变； 第二渐变缓冲层，位于所述第四、第五子电池之间，组分渐变。·在本专利技术中，所述生长衬底可选用GaAs或者Ge衬底。所述第一子电池的带隙为I. 85 2. 10 eV，第二子电池的带隙为I. 55 I. 65 eV，第三子电池的带隙为I. 38 I. 45eV，第四子电池的带隙为0.95 1.05 eV，第五子电池的带隙为0. 66 0. 75 eV。所述GaInAs第四、五子电池的In组分不同第四子电池z的范围为0. 25 0. 32，第五子电池ァ的范围为0. 46 0. 53。所述第一渐变缓冲层的晶格常数由第三子电池的晶格常数向第四子电池的晶格常数渐变，所述第二渐变缓冲层由第四子电池的晶格常数向第五子电池的晶格常数渐变，分别用于克服第三、四子电池和第四、五子电池之间的晶格失配。在本专利技术的优选实施例中，所述第一、ニ渐变缓冲层的材料为Ga7_yIrvP或者(Al) Ga (In) As，其In组分渐变，使得晶格常数渐变。本专利技术采用倒装方式生长，先生长晶格匹配的三结子电池，通过双渐变缓冲层，将晶格失配的两结子电池依次生长于上方，在有效降低了位错密度的同时，拓宽了太阳能光谱的吸收范围。衬底剥离后可以实现循环利用，从而降低了成本。运用此方法能够制备出高晶格质量、低位错密度、电流匹配的高效倒装五结太阳能电池。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。附图说明图I为本专利技术中各子电池的晶格常数与带隙之间的关系图。图2 图3为根据本专利技术实施的一种高效倒装五结太阳能电池的结构示意图。图中各标号表不 Cl :第一子电池； C2:第二子电池； C3:第三子电池； C4:第四子电池； C5:第五子电池； 001:生长衬长； 002:刻蚀截止层(ESL)； 003:支撑基板； 101:第一子电池的窗ロ层；102:第一子电池发射区； 103:第一子电池基区； 104:第一子电池背场层； 201:第二子电池的窗ロ层； 202:第二子电池发射区； 203:第二子电池基区； 204:第二子电池背场层； 301:第三子电池的窗ロ层；· 302:第三子电池发射区； 303:第三子电池基区； 304:第三子电池背场层； 401:第四子电池的窗ロ层； 402:第四子电池发射区； 403:第四子电池基区； 404:第四子电池背场层； 501:第五子电池的窗口层； 502:第五子电池发射区； 503:第五子电池基区； 504:第五子电池背场层； 601:第一、ニ子电池之间的隧穿结； 602:第二、三子电池之间的隧穿结； 603:第三、四子电池之间的隧穿结； 604:第四、五子电池之间的隧穿结； 701:第一渐变缓冲层； 702:第二渐变缓冲层； 800 :重掺杂盖帽层。具体实施例方式下面实施例公开了ー种高倒装五结太阳能电池的结构及其制备方法，其各子电池的带隙分布为顶部第一子电池带隙为I. 85 2. 10 eV，第二子电池带隙为I. 55 I. 65eV，第三子电池带隙为I. 38 I. 45 eV第四子电池带隙为0. 95 I. 05 eV，第五子电池带隙为0. 66 0. 75 eV。该结构包括至上而下包括下面各子电池(Al)GaInP第一子电池、AlGaAs (P)第二子电池、Ga(In) As (P)第三子电池、Ga1-JnxAs第四子电池、Ga^yInyAs第五子电池。第四、五子电池的In组分不同第四子电池z的范围为0.25 0.32，第五子电池ァ的范围为0. 46 0. 53。其中，第一至第三子电池的晶格常数与生衬底的晶格常数匹配，第四子电池的晶格常数大于第三子电池的晶格常数，第五子电池的晶格常数大于第四子电池的晶格常数。在第三、第四子电池之间和第四、第五子电池之间分别插入第一、第二渐变缓冲层，可以解决三结子电池之间的晶格失配问题。第一、ニ渐变缓冲层为多层结构，材料可选择Ga7_,In,P或者(Al)Ga(In)As，其中In组分渐变。下面结合实施例对本专利技术作进ー步描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效倒装五结太阳能电池的制备方法，包括步骤：提供生长衬底，用于半导体外延生长；在所述生长衬底上倒装生长(Al)GaInP第一子电池，晶格与衬底匹配；在所述第一子电池上倒装生长AlGaAs(P)第二子电池，晶格与第一子电池匹配；在所述第二子电池上倒装生长Ga(In)As(P)第三子电池，晶格与第二子电池匹配；在所述第三子电池上生长第一渐变缓冲层，组分渐变；在所述第一渐变缓冲层上倒装生长Ga1？XInXAs第四子电池，晶格常数大于第三子电池；在所述第四子电池上生长第二渐变缓冲层，组分渐变；在所述第二渐变缓冲层上倒装生长Ga1？yInyAs第五子电池，晶格常数大于第四子电池；提供一支撑基板，将其安装在第五子电池的顶部；移除所述生长衬底。

【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，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：