專利名稱：一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多結(jié)太陽(yáng)能電池，尤其是一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池。
背景技術(shù)：
眾所周知，太陽(yáng)電池是把光能轉(zhuǎn)換為電能的光電子器件，在多結(jié)串接太陽(yáng)電池中， 由于各子電池由p-n結(jié)組成，如果直接串聯(lián)在一起，則由于p-n結(jié)反偏而不導(dǎo)電，采用隧穿 結(jié)結(jié)構(gòu)可解決這一問題；隧穿結(jié)的峰值電流隨著摻雜濃度的增大而遞增、隨著帶隙的增大 而遞減；為了獲得高效率的太陽(yáng)電池，必須采用高電導(dǎo)率、高隧穿電流的隧穿結(jié)，因而需要 使用低帶隙材料隧穿結(jié)，增大隧穿結(jié)的摻雜濃度，解決由于高摻雜所帶來(lái)的一系列工藝問 題，如摻雜劑的擴(kuò)散等。在聚光條件下，現(xiàn)有光伏系統(tǒng)中的多結(jié)III-V材料化合物太陽(yáng)電池已獲得超過 40 %光電轉(zhuǎn)換效率，并且在不久的將來(lái)會(huì)進(jìn)一步得到提高，這也是目前光電轉(zhuǎn)化效率唯一 達(dá)到40%的器件；與Si或其它薄膜電池相比，成本高昂使得多結(jié)III-V材料化合物太陽(yáng)電 池的應(yīng)用受限；目前解決這一成本——效率兩難的方法在于使用高倍聚光系統(tǒng)，通過較便 宜的光學(xué)器件代替昂貴的電池材料，因此要求多結(jié)太陽(yáng)電池要能工作在盡量高的聚光太陽(yáng) 倍數(shù)，從而，要求高倍聚光太陽(yáng)電池的隧穿結(jié)峰值電流盡量高(如在2000倍聚光太陽(yáng)條件 下，電池的工作電流接近30A/cm2)，則要求電池的隧穿結(jié)峰值電流密度須遠(yuǎn)大于30A/cm2。目前，常用于GalnP/GalnAs/Ge多結(jié)太陽(yáng)電池的隧穿結(jié)是n_GaAs/p-GaAs和 n-GalnP/p-AlGaAs，其中η型摻雜劑使用Si或Te，使用Si摻雜，摻雜濃度通常不超過 SXlO18cnT3，使用Te摻雜，雖然可以獲得較高的摻雜濃度，但是由于Te在摻雜過程中具有滯 后效應(yīng)，摻雜濃度不均勻，隧穿結(jié)很難獲得高峰值電流；n-GalnP/p-AlGaAs隧穿結(jié)由于帶 隙較大，也很難獲得高峰值電流的隧穿結(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提出一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電 池。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多 結(jié)太陽(yáng)電池，含有高倍聚光型GalnP/GalnAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是連接Ge底電池、 GaInAs中電池和GaInP頂電池的隧穿結(jié)共有五層，第一層是η型(AlxGa1J InP或AlGaAs防 擴(kuò)散薄膜，第二層是使用Si、Te共摻的GaAs薄膜，第三層是使用Te摻雜的GaAs薄膜，第四 層是使用C摻雜的AlGaAs薄膜，第五層是ρ型(AlxGa1J InP或AlGaAs防擴(kuò)散薄膜。制備上述多結(jié)太陽(yáng)電池的工藝步驟如下1)在MOCVD系統(tǒng)中，使用P型Ge作為襯底，生長(zhǎng)第一結(jié)Ge底電池。2)緊接著生長(zhǎng)一層摻Si或Te的η型(AlxGa1J InP或AlGaAs防擴(kuò)散層，生長(zhǎng)溫 度為630 670°C，生長(zhǎng)速率為0. 3 0. 5nm/s,厚度為30 50nm。
3)在MOCVD系統(tǒng)中，降溫至580 620°C，使用慢速生長(zhǎng)一層Si、Te共摻的GaAs薄膜，生長(zhǎng)速率為0. 04 0. 08nm/s,厚度是1 5nm。4)緊接著生長(zhǎng)一層摻Te的GaAs薄膜，生長(zhǎng)溫度為580 620°C，生長(zhǎng)速率為 0. 2 0. 4nm/s,厚度為 15 25nm。5)緊接著生長(zhǎng)一層摻C的AlGaAs薄膜，生長(zhǎng)溫度為580 620°C，生長(zhǎng)速率為 0. 15 0. 3nm/s,厚度為15 30nm，使用C摻雜的AlGaAs薄膜的Al組分是0 0. 3。6)在MOCVD系統(tǒng)中，升溫至630 670°C，緊接著生長(zhǎng)一層摻Zn或C的ρ型 (AlxGa1J InP或AlGaAs防擴(kuò)散層，生長(zhǎng)溫度為630 670°C，生長(zhǎng)速率為0. 3 0. 5nm/s, 厚度為30 50nm。7)在MOCVD系統(tǒng)中，生長(zhǎng)GaInAs中電池。8)重復(fù)以上2) 6)的步驟生長(zhǎng)第二個(gè)隧穿結(jié)。9)緊接著生長(zhǎng)GaInP頂電池和GaAs歐姆接觸層，完成高倍聚光多結(jié)電池的生長(zhǎng)。本發(fā)明可以獲得摻雜濃度高、界面陡峭的隧穿結(jié)，其峰值電流密度大于150A/cm2， 含有所述隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池可在高于2000倍太陽(yáng)聚光的條件下工作。


圖1是本發(fā)明高倍聚光多結(jié)太陽(yáng)電池隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中100 :Ge底電池；200 :n 型(AlxGa1J InP 或 AlGaAs 薄膜；210 :Si、Te 共摻的 GaAs 薄膜；220 使用Te摻雜的GaAs薄膜；230 使用C摻雜的AlGaAs薄膜；240 φ 型(AlxGa1J InP 或 AlGaAs 薄膜300 =GaInAs 中電池；400 第二個(gè)隧穿結(jié)；500 :GaInP 頂電池；600 :GaAs歐姆接觸層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示的一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，連接Ge底電池 100、GaInAs中電池300和GaInP頂電池500的隧穿結(jié)共有五層，第一層防擴(kuò)散層是η型 GaInP薄膜200 ；第二層是Si、Te共摻的GaAs薄膜210 ；第三層是Te摻雜的GaAs薄膜220 ； 第四層是C摻雜的AlGaAs薄膜230 ；第五層防擴(kuò)散層是ρ型AlGaInP薄膜240。上述的高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，其制備步驟如下在MOCVD系統(tǒng)中，生長(zhǎng)完第一結(jié)Ge底電池100。生長(zhǎng)一層η型防擴(kuò)散層GaInP薄膜200，生長(zhǎng)溫度為650°C，生長(zhǎng)速率為0. 3nm/s, 厚度為50nm，Si摻雜濃度為IX 1018Cm_3。將生長(zhǎng)溫度降至600°C，使用慢速生長(zhǎng)一層Si、Te共摻的GaAs薄膜210，生長(zhǎng)速率為0. 05nm/s,厚度為5nm，摻雜濃度為1 X IO19CnT3。緊接著生長(zhǎng)一層摻Te的GaAs薄膜220，生長(zhǎng)溫度為600°C，生長(zhǎng)速率為0.3nm/s, 厚度為18nm，摻雜濃度為1 X1019CnT3。緊接著生長(zhǎng)一層摻C的AlGaAs薄膜230，生長(zhǎng)溫度為600°C，生長(zhǎng)速率為0.2nm/s, 厚度為25nm，摻雜濃度為2X 102°CnT3。將生長(zhǎng)溫度升至650°C，生長(zhǎng)一層摻Zn的防擴(kuò)散層AlGaInP薄膜240，生長(zhǎng)速率為 0. 4nm/s,厚度為50nm，摻雜濃度為1 X IO1W30在MOCVD系統(tǒng)中，生長(zhǎng)完GaInAs中電池300之后，重復(fù)第一個(gè)隧穿結(jié)生長(zhǎng)過程， 即重復(fù)GaInP薄膜200 — Si、Te共摻的GaAs薄膜210 —摻Te的GaAs薄膜220 —摻C的 AlGaAs薄膜230 — AlGaInP薄膜240的生長(zhǎng)過程，以生長(zhǎng)第二個(gè)隧穿結(jié)400，緊接著生長(zhǎng) GaInP頂電池500和歐姆接觸層600，完成高倍聚光多結(jié)電池的生長(zhǎng)。
權(quán)利要求
一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，含有高倍聚光型GaInP/GaInAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)電池，其特征是連接Ge底電池、GaInAs中電池和GaInP頂電池的隧穿結(jié)共有五層，第一層是n型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防擴(kuò)散薄膜，第二層是使用Si、Te共摻的GaAs薄膜，第三層是使用Te摻雜的GaAs薄膜，第四層是使用C摻雜的AlGaAs薄膜，第五層是p型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防擴(kuò)散薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在 于所述Si、Te共摻的GaAs薄膜的厚度為1 5nm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在 于所述使用Te摻雜的GaAs薄膜的厚度為15 25nm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在 于所述使用C摻雜的AlGaAs薄膜的厚度為15 30nm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在 于所述使用C摻雜的AlGaAs薄膜的Al組分是O 0. 3。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有高峰值電流密度隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池，特別地是一種高倍聚光型GaInP/GaInAs/Ge三結(jié)太陽(yáng)電池，連接Ge底電池、GaInAs中電池和GaInP頂電池的隧穿結(jié)共有五層，第一層是n型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防擴(kuò)散層，第二層是使用Si、Te共摻的GaAs薄膜，第三層是使用Te摻雜的GaAs薄膜，第四層是使用C摻雜的AlGaAs薄膜，第五層是p型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防擴(kuò)散層。通過本發(fā)明可以獲得隧穿結(jié)峰值電流密度大于150A/cm2，含有所述隧穿結(jié)的多結(jié)太陽(yáng)電池可在高于2000倍太陽(yáng)聚光的條件下工作。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK101814543SQ201010131540
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者丁杰, 吳志強(qiáng), 林桂江, 王良均 申請(qǐng)人:廈門市三安光電科技有限公司