本发明专利技术提供了一种GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池，其带隙能量分别为1.89eV、1.42eV、1.0eV以及0.67eV；包括Ge子电池、第一隧道结、渐变过渡层、InGaAs子电池、(In)GaAs键合层、GaAs或GaInP键合层、GaAs子电池、第二隧道结以及GaInP子电池。本发明专利技术还提供一种GaInP/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子电池表面依次生长成核层、第一缓冲层、第一隧道结、渐变过渡层、InGaAs子电池以及(In)GaAs键合层；3）提供一GaAs衬底；4）在GaAs衬底上依次生长第二缓冲层、牺牲层、GaAs或GaInP键合层、GaAs子电池、第二隧道结、GaInP子电池以及GaAs接触层；5）剥离GaAs衬底；6）将(In)GaAs键合层与GaAs或GaInP键合层键合。
【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
作为一种理想的绿色能源材料，太阳能电池成为各国的研究热点，为了促进太阳能电池的进一步实用化，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，目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GalnP/GaAs/Ge三结电池，该材料体系在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32%-33%。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l.0OeV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，在GaAs衬底失配生长1.0eV的InGAs被证实是可行的，为了节省过渡层个数，一般采用倒装生长的方法，但器件性能相对正装生长有所降低。如单纯从晶格匹配的角度采用基于GaAs衬底的GaInP/GaAs (1.9/1.42eV)和 InP 衬底的 InGaAsP/InGaAs (1.05/0.74eV)双结电池的键合，晶片键合电池需要GaAs和InP两个衬底，而且与InP晶格匹配的InGaAsP与InGaAs的吸收系数较小，需要生长近6微米厚的外延层，这大大增加了电池的制作成本；如何实现多结太阳能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II1- V族太阳能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,本专利技术提供了一种GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池，包括Ge子电池、第一隧道结、渐变过渡层、InGaAs子电池、(In)GaAs键合层、GaAs或GaInP键合层、GaAs子电池、第二隧道结以及GaInP子电池。进一步，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。进一步，所述四结太阳能电池的带隙能量分别为1.89eV、1.42eV、1.0eV以及0.67eV。进一步，所述Ge子电池以及InGaAs子电池按照远离Ge衬底的方向依次设置在所述Ge衬底上，形成带隙能量分别为1.0eV、0.67eV的第一双结太阳能电池。进一步，所述GaAs子电池以及GaInP子电池按照远离GaAs衬底的方向生长，剥离所述GaAs衬底，形成带隙能量分别为1.89eV、l.42eV的第二双结太阳能电池。进一步，所述第二双结太阳能电池与所述第一双结太阳能电池通过所述(In)GaAs键合层以及GaAs或GaInP键合层键合。为了解决上述问题,本专利技术还提供一种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子电池表面依次生长成核层、第一缓冲层、第一隧道结、渐变过渡层、InGaAs子电池以及(In) GaAs键合层；3)提供一 GaAs衬底；4)在GaAs衬底上依次生长第二缓冲层、牺牲层、GaAs或GaInP键合层、GaAs子电池、第二隧道结、GaInP子电池以及GaAs接触层；5)剥离GaAs衬底；6)将所述(In)GaAs键合层与所述GaAs或GaInP键合层键合。进一步，步骤6)之后还包括:7)在清洗后的Ge子电池背面制作P电极，在清洗后的GaAs接触层表面制作栅状N电极，形成目标太阳能电池。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.该四结级联太阳能电池带隙组合为1.90eV、l.42eV、 1.00eV、0.67eV，各个子电池的电流匹配，实现了高电压，低电流输出，减小了光电转换过程中的热能损失，提高了电池效率； 2.该四结级联太阳能电池采用正装生长方法生长，降低了器件生长与电池工艺的难度； 3.剥离后的GaAs衬底经抛光后，可重复利用，降低了电池的成本； 4.采用Ge作为支撑衬底，充分利用了Ge材料良好的机械强度与导热性。附图说明图1所示为本专利技术第一具体实施方式提供的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池的结构 图2所示为本专利技术第二具体实施方式提供的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池的制备方法步骤流程 图3所示为本专利技术第二具体实施方式提供的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池在步骤S202后形成的结构 图4所示为本专利技术第二具体实施方式提供的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池在步骤S204后形成的结构图。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1所示为本具体实施方式提供的GalnP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池的结构图。本具体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 1.90eV/l.42eV厂1.00eV/0.67eV。所述GalnP/GaAs/InGaAs/Ge 四结电池太阳能电池包括依次设置的Ge子电池30、InGaAs或GaInP的成核层03、InGaAs缓冲层04、第一隧道结31、渐变过渡层07、InGaAs子电池32、(In)GaAs键合层12、GaAs或GaInP键合层17、GaAs子电池33、第二隧道结34、GaInP子电池35及GaAs接触层28。所述Ge子电池30以及InGaAs子电池32按照远离Ge衬底的方向依次设置在所述Ge衬底上，形成带隙能量分别为1.0eV、0.67eV的第一双结太阳能电池。所述GaAs子电池33以及GaInP子电池35按照远离GaAs衬底14的方向生长，形成带隙能量分别为1.89eV、1.42eV的第二双结太阳能电池。剥离所述GaAs衬底14，所述第二双结太阳能电池与所述第一双结太阳能电池通过所述(In)GaAs键合层12以及GaAs或GaInP键合层17键合，形成四结太阳能电池。所述Ge子电池30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。其中，第一基区01即为Ge衬底。然后在所述Ge子电池30表面生长InGaAs或GaInP的成核层03，以及在成核层03表面生长InGaAs缓冲层04。作为可选实施方式,所述InGaAs缓冲层04的带隙大于0.67eV。所述第一隧道结31包含依次按照逐渐远离Ge子电池30方向设置的GaInP或(In) GaAs 惨杂层 04 和(Al) GaAs 惨杂层 05。其中，(In) GaAs 表不 InGaAs 或 GaAs, (Al) GaAs表示AlGaAs或GaAs。作为可选实施方式，所述第一掺杂层05的掺杂类型为N型、第二掺杂层06的掺杂类型为P型。所述渐变过渡层07的材料为Al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、第一隧道结、渐变过渡层、InGaAs子电池、(In)GaAs键合层、GaAs或GaInP键合层、GaAs子电池、第二隧道结以及GaInP子电池。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇明，董建荣，李奎龙，孙玉润，曾徐路，于淑珍，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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