GaAs体系四结太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种GaAs体系四结太阳能电池的制备方法，其特点是：采用MOCVD在Ge衬底上面依次生长第一结Ge电池、成核层、缓冲层、第一隧道结、第二结GaInAs电池、第二隧道结、第三结AlxGa1-xAs电池、第三隧道结、第四结GaInP2电池和GaAs帽层。本发明专利技术由于采用了与Ge衬底晶格完全匹配的GaInP2/AlxGa1-xAs/GaInAs/Ge各子电池材料及制作过程，有效提高了太阳电池的效率；开路电压提高到4V，实现了高电压低电流特性；电池器件制作工艺能够与GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池完全兼容，简化了制备工艺，降低了制作成本，在可行性方面非常容易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池
，特别是涉及一种。
技术介绍
随着全球范围的能源危机和生态环境问题的日益恶化，人们对太阳能这种取之不尽用之不竭的绿色能源越来越重视，长期以来孜孜不倦地研究高转换效率的太阳能电池结构。其中，多结太阳电池结构是采用不同禁带宽度的子电池组合成新的结构，来拓展电池对太阳光谱的吸收范围，以实现电池的高效率。目前，以材料带隙宽度搭配理想、晶格常数又非常匹配的GalnP/GalnAs/Ge为代表的三结太阳电池技术已日趋完善。由于光电转换效率随着结数的增多而增大，基于GaAs体系四结及更多结电池结构又受到了各国太阳电池研究人员的极大关注。虽然四结及以上的各多结太阳电池的理论效率展示了诱人的前景，但是在太阳电池的实际制备中，在最基本的材料方面，存在以下三个很难解决的问题(I)由于Ge衬底的带隙为O. 67eV，低于各多结太阳电池最佳带隙要求的底电池带隙的要求，妨碍了最大理论效率的取得；(2)砷化物和磷化物是制作太阳电池的两个最为成熟的材料体系，几乎所有在太阳电池中实际应用的材料都来自这两大材料体系。然而，在这两个材料体系中，获得带隙在2. OeV以上的电池子结是非常困难的。其主要原因在于，高带隙材料中必须含有大量的Al，而Al元素特别活泼，非常容易从环境中吸收氧，形成深能级缺陷，从而恶化器件的性能。MOCVD生长的含Al化合物常常会因为载流子经由Al-O微结构的复合，从而大大缩短少数载流子的扩散长度，导致太阳电池效率的降低；(3)难以获得性能优良的、带隙在LOeV 左右的太阳电池子结。砷化物和磷化物两大材料体系中带隙在I. OeV左右的材料大多与Ge 衬底的晶格常数并不匹配，从而限制了它们在太阳电池中的应用。在这两种材料体系之外， 也有人提出，InGaAsN材料是禁带宽度符合IeV左右、晶格也可以与Ge衬底匹配的一种有望实现效率突破的材料。但是，长期的研究表明，由于N的并入，形成N-N、N-As填隙杂质导致的深能级，这种材料的少子扩散长度很短。这对于太阳电池应用来说是一个非常严重的问题，因为光生载流子不能有效地扩散到p-n结进行收集。从最近几年的研究进展来看，这个问题的解决还没有达到可以实用化的要求。目前公知的被广泛研究的基于GaAs体系四结太阳电池中，不同程度解决了上述三个难以解决的问题，但是仍然存在各子电池材料不能与Ge衬底的晶格完全匹配、电池器件制作工艺也不能与GalnP/GalnAs/Ge三结电池完全兼容的问题，增加了电池的制作难度和成本。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种各子电池材料与Ge衬底晶格完全匹配、电池器件制作工艺与GalnP/GalnAs/Ge三结太阳电池完全兼容，太阳电池效率高、高电压低电流特性好、制备工艺简单、制作成本低、可行性方面最容易实现，并且更适合于聚光应用的。本专利技术包括如下技术方案，其特点是包括以下制备过程采用金属有机化学气相沉积技术在Ge衬底上面依次生长第一结Ge电池、成核层、缓冲层、第一隧道结、第二结GaInAs电池、第二隧道结、第三结AlxGapxAs电池、第三隧道结、第四结GaInP2电池和GaAs帽层，即完成本专利技术GalnP/Al^GahAs/GalnAs/Ge四结太阳能电池的制作。本专利技术还可以采用如下技术措施所述第一结Ge电池，包括基区为P型掺杂的Ge衬底、发射区为通过磷扩散得到的η型Ge和GalnP2窗口层；所述发射区磷扩散温度为500°C _800°C、时间为30-60 秒、厚度为140-200μπι;所述发射区的掺杂浓度为IX IO17-IX IO19CnT3 ;所述成核层为 GalnP2,生长温度为500°C -800°C、生长时间为30-60秒，厚度为10_50nm ;所述缓冲层为 Gaa99InatllAs,生长温度为500°C _800°C、生长时间为10-60分钟、厚度为O. 5_3μπι;所述第一隧道结包括η型GalnP2层和ρ型掺杂的Ala3Gaa7As层，厚度为10nm_50nm，生长温度为 5000C -800°C、生长时间为30-60秒，所述η型GalnP2层和ρ型掺杂的Ala3Gaa7As层掺杂浓度均为I X IO18-I X 102Qcm_3 ;所述第二结GaInAs电池包括AlGaAs背场层、Gaa99InaoiAs 基区、Gaa99InatllAs发射区、AlInP2窗口层，生长温度为500°C _800°C，生长时间为20-80分钟，厚度为1-5 μ m，掺杂浓度为I X IO17-I X IO19CnT3;所述第二隧道结，包括η型的GalnP2 层和P型掺杂的Ala3Gaa7As层，生长温度为500°C _800°C，生长时间为30-60秒，掺杂浓度为I X IO18-I X 102°cnT3，厚度为10nm-50nm ;所述第三结AlxGapxAs电池，包括AlGaInP背场层、AlxGahAs基区、AlxGahAs发射区和AlInP2窗口层，其中O. I彡x彡O. 3，生长温度为 5000C _800°C，生长时间为40-80分钟，厚度为1-5 μ m，掺杂浓度为I X IO17-I X IO19CnT3 ;第三隧道结，包括η型的GalnP2层和ρ型的Ala3Gaa7As层，生长温度为500°C _800°C，生长时间为30-60秒，掺杂浓度为I X IO18-I X 102°cnT3，厚度为10nm_50nm ;第四结GaInP2电池包括 AlGaInP背场层、GaInP2基区、GaInP2发射区和AlInP2窗口层，生长温度为500°C -800°C, 生长时间为10-20分钟，厚度为500-1000nm,掺杂浓度为I X IO17-I X IO19CnT3 ；GaAs帽层，生长温度为500°C -800°C,生长时间为5-20分钟，厚度为lOO-lOOOnm，掺杂浓度为 Ixio18-Ixio1W3O本专利技术具有的优点和积极效果I、本专利技术由于采用了与Ge衬底晶格完全匹配的GalnPj/AlxGahAs/GalnAs/Ge各子电池材料的制作过程，有效提高了太阳电池的效率；开路电压由目前公知的3. 4V提高到 4V，实现了高电压低电流特性；电池器件制作工艺能够与GalnP/GalnAs/Ge三结太阳电池完全兼容，简化了制备工艺，降低了制作成本，在可行性方面非常容易实现；2、本专利技术可以将光谱进一步细分，因此，短路电流密度大致变成了 GalnP/GalnAs/ Ge三结太阳电池的2/3，电阻功率损耗近似变为原来的4/9，更适合于聚光应用。附图说明图I是本专利技术制备的GaAs体系四结太阳能电池示意图。图中的标号分别为1-第一结Ge电池；2_成核层；3_缓冲层；4_第一隧道结；5-第二结GaInAs电池；6_第二隧道结；7_第三结AlxGai_xAs电池；8_第三隧道结；9-第四结GaInP2电池；IO-GaAs帽层。具体实施方式为能进一步公开本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，特例举以下实例并结合附图I 进行详细说明如下。实施例采用MOCVD即金属有机化学气相沉积技术在Ge衬底上面依次生长第一结Ge电池 I、成核层2、缓冲层3、第一隧道结4、第二结GaInAs电池5、第二隧道结6、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
GaAs体系四结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下制备过程：采用金属有机化学气相沉积技术在Ge衬底上面依次生长第一结Ge电池、成核层、缓冲层、第一隧道结、第二结GaInAs电池、第二隧道结、第三结AlxGa1?xAs电池、第三隧道结、第四结GaInP2电池和GaAs帽层，即完成本专利技术GaInP/AlxGa1?xAs/GaInAs/Ge四结太阳能电池的制作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘如彬，高鹏，王帅，张启明，康培，孙强，穆杰，
申请(专利权)人：天津蓝天太阳科技有限公司，中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：