專利名稱：GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備工藝，尤其涉及一種基于晶格異變法生長的 GalnP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池及其制備方法，該四結太陽電池可實現(xiàn)對太陽光譜的充分利用，具有較高電池效率。
背景技術：
在太陽電池領域，目前研究較多而且技術較為成熟的體系是fe^nP/GaAs/Ge三結電池，該材料體系在一個太陽下目前達到的最高轉換效率為32-33%。但是該體系仍然存在一個主要問題是受晶格匹配的制約，該三結電池中Ge電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流最大可達到另外兩結電池的2倍，由于受三結電池串聯(lián)的制約，Ge電池對應的太陽光譜的能量沒有被充分轉換利用，所以該三結電池的效率還有改進的空間。最直觀的想法是在GaAs 和Ge電池中間插入一帶隙為 1. 00 eV的InGaAsN材料，在保持短路電流不變的情況下，將開路電壓提高約0. 60 V，在一個太陽下將原來三結電池轉換效率提高約20%，四結電池在一個太陽下可望達到約39%的轉換效率。但是很難制備少子壽命足夠長的InGaAsN材料，吸收太陽光產(chǎn)生的電子-空穴對沒有足夠的時間被分離和收集從而產(chǎn)生有效的電流輸出，使得用InGaAsN制作的高效太陽電池的技術難度很大。研究人員在尋求別的途徑來獲得高效太陽能轉換，一種方法是采用晶片鍵合的方法將晶格失配的具有合理帶隙組合的電池鍵合在一起，實現(xiàn)電流匹配，提高電池效率。但是晶片鍵合電池往往存在兩個主要問題以fe^nP/ GaAs和InGaAsP/InGaAs雙結電池的鍵合為例，晶片鍵合電池需要GaAs和hP兩個襯底，這大大增加了電池的制作成本；二是晶片鍵合電池的鍵合部分需要良好的歐姆接觸和良好的透光率，這給工藝帶來很大的挑戰(zhàn)，增加了電池的制作難度，。如何實現(xiàn)多結太陽電池合理的帶隙組合，減小電流失配同時而又不提高電池制作成本和難度成為當前III - V族太陽電池亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提出一種GalnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其具有合理帶隙組合，可實現(xiàn)對太陽光譜的充分利用，減小電流失配，最終提高電池效率，從而克服現(xiàn)有技術中的不足。本發(fā)明的另一目的在于提出前述GalnP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案
一種feanP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于，它包括與GaAs晶格匹配的fe^nP/GaAs雙結電池和與InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池，該兩個雙結電池通過晶格異變生長漸變過渡層串聯(lián)，所述漸變過渡層包括Al JrvxAs漸變過渡層，其中 χ=Γθ. 48。
具體而言，它包括依次連接的feilnP子電池、第一隧道結、GaAs子電池、第二隧道結、漸變過渡層、InGaAsP子電池、第三隧道結和InGaAs子電池，其中，所述InGaAs電池與一第二襯底鍵合，且該第二襯底和GaInP子電池上還分別設有電極；所述第二襯底至少選自Si襯底、金屬片、陶瓷片和玻璃片中的任意一種。優(yōu)選的，所述AlxIrvxAs漸變過渡層的帶隙大于1. 42 eV。所述四結級聯(lián)太陽電池的帶隙組合為1.90 eVU.42 eV、 1.03 eV、0. 73 eV。作為一種優(yōu)選實施方式
所述feilnP子電池包含依次設置的GaAs接觸層、Al (Ga) hP窗口層、feilnP發(fā)射區(qū)、 GaInP 基區(qū)、(Al)feJnP 或 AlGaAs 背場層；
所述第一隧道結包含依次設置的(Al)GaAs層、GaInP或GaAs層、Al (Ga) InP或AlGaAs 勢壘層；
所述GaAs子電池包含依次設置的AWaAs窗口層、GaAs發(fā)射區(qū)、GaAs基區(qū)、(Al)GaAs 或(ADfeInP背場層；
所述第二隧道結包含依次設置的(Al)GaAs層、GaInP或GaAs層、Al (Ga) InP或AlGaAs
勢壘層；
所述InGaAsP子電池包含依次設置的InP或h (Ga) AlAs窗口層、InGaAsP發(fā)射區(qū)、 InGaAsP基區(qū)、InP背場層；
所述第三隧道結包含依次設置的P型高摻雜InGaAs層和N型高摻雜InGaAs層； 所述InGaAs子電池包含依次設置的InP窗口層、InGaAs發(fā)射區(qū)、InGaAs基區(qū)、InP背場層；
前述的依次設置是指按照逐漸靠近第二襯底的方向依次設置。如上所述GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法，其特征在于，該方法為在采用晶格變異法依次生長形成與GaAs晶格匹配的fe^nP/GaAs雙結電池和與hP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池的過程中，采用h組分線性漸進和/或步進的方法生長漸變過渡層將該兩個雙結電池串聯(lián)，所述漸變過渡層包括AlxIrvxAs漸變過渡層，其中χ=Γθ. 48。該方法具體為采用倒置生長方法在第一襯底上依次生長feilnP子電池、第一隧道結、GaAs子電池、第二隧道結、AlJrvxAs漸變過渡層、InGaAsP子電池、第三隧道結和 InGaA子電池，其后在InGaAs子電池鍵合一第二襯底，再除去第一襯底，并分別在該第二襯底和feilnP子電池上設置電極，獲得目標產(chǎn)品；
所述第一襯底至少選自GaAs或Ge襯底；
所述第二襯底至少選自Si襯底、金屬片、陶瓷片和玻璃片中的任意一種； 所述AlxIrvxAs漸變過渡層的帶隙大于1. 42 eV。進一步的，該方法具體為
首先，在GaAs或Ge襯底上首先生長AlGaAs或(Al) feilnP犧牲層、N型GaAs接觸層； 其次依次倒置生長fe^nP電池和GaAs電池；
然后生長AlxIrvxAs漸變過渡層，且Al的組分由1. 00變化至0. 48，從而使其由GaAs 晶格常數(shù)過渡到^P晶格常數(shù)；
最后生長InGaAsP電池和InGaAs電池，各個子電池之間通過隧道結串聯(lián)。
該方法包括下列步驟
(一)GalnP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的生長
(1)在GaAs或Ge襯底上生長AlGaAs或(Al)fetlnP犧牲層、N型摻雜的GaAs接觸層；
(2)生長feilnP太陽電池；
(3)生長第一隧道結，該隧道結包括沿逐漸遠離fe^nP電池的方向依次設置的P型 AlGaAs或Al (Ga) InP勢壘層，P型(Al) GaAs重摻層，N型GahP或GaAs重摻層和N型AlGaAs 或Al (Ga) InP勢壘層；
(4)生長GaAs太陽電池；
(5)生長第二隧道結，該隧道結包括沿逐漸遠離GaAs電池的方向依次設置的P型 AlGaAs或Al (Ga) InP勢壘層，P型(Al) GaAs重摻層，N型GahP或GaAs重摻層和N型AlGaAs 或Al (Ga) InP勢壘層；
(6)生長N型高摻雜AlJrvxAs漸變過渡層，χ的取值由1.00變化至0. 48 ；
(7)生長hGaAsP太陽電池；
(8)生長第三隧道結，該隧道結包括沿逐漸遠離InGaAsP電池的方向依次設置的P型 InP勢壘層，P型MGaAs重摻層，N型MGaAs重摻層和N型MP勢壘層；
(9)生長hGaAs太陽電池；
(10)生長P型InP層作為鍵合面；
(二)制備工藝
(1)將生長的GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的P型InP層鍵合到第二襯底上，并除去GaAs或Ge襯底；
(2)在GaInP子電池和第二襯底上分別制備上、下電極，獲得目標產(chǎn)品。所述四結級聯(lián)太陽電池電池中的各結構層均是采用MOCVD法或MBE法生長形成； 若采用MOCVD法，則N型摻雜原子為Si、Se、S或Te，P型摻雜原子為Zn、Mg或C ； 若采用MBE法，則N型摻雜原子為Si、Se、S、Sn或Te，P型摻雜原子為Be、Mg或C。與現(xiàn)有的太陽電池相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1.該四結級聯(lián)太陽電池帶隙組合為1.90eV,1.42 eV， 1. 03 eV,0. 73 eV，各個子電池的電流失配小，減小了光電轉換過程中的熱能損失，提高了電池效率；
2.該四結級聯(lián)太陽電池采用倒置生長方法生長，若用正置方法生長需要采用InP作為襯底，但是InP機械強度小，容易破碎，所以倒置生長可以有效避免該問題；
3.該四結級聯(lián)太陽電池鍵合到硅等襯底上可以提高電池的機械強度，降低電池的成
本；
4.該四結級聯(lián)太陽電池只需經(jīng)過一次生長過程，而且與硅鍵合的技術相對成熟，降低了電池的制作難度。


圖1是本發(fā)明實施例1中feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的結構示意圖，該太陽電池包含AlGaAs或(Al)fetlnP犧牲層01、GaInP子電池四、第一隧道結30、 GaAs子電池31、第二隧道結32、AlxIn1^xAs漸變過渡層33、InGaAsP子電池34、第三隧道結 35、InGaAs 子電池 36。
GaInP 子電池 29 包含(Al) feJnP 或 AlGaAs 背場層 06、(kJnP 基區(qū) 05、(kJnP 發(fā)射區(qū)04、Al (GaHnP窗口層03和GaAs接觸層02 ；
第一隧道結 30 包含 Al (Ga) InP 或 AlGaAs 勢壘層 09、GaInP 或 GaAs 層 08 和(Al)GaAs 層07 ；
GaAs子電池31包含(Al)GaAs或(Al)GaInP背場層13、GaAs基區(qū)12、GaAs發(fā)射區(qū)11 和 AlGaAs 或(Al) GaInP 窗口層 10 ；
第二隧道結 32 包含 Al (Ga) InP 或 AlGaAs 勢壘層 16,GaInP 或 GaAs 層 15 和(Al)GaAs 層14;
InGaAsP子電池；34包含hP背場層22、MGaAsP基區(qū)21 JnGaAsP發(fā)射區(qū)20和hP或 In(Ga)AlAs 窗口層 19 ；
第三隧道結35包含N型高摻雜InGaAs 24、P型高摻雜InGaAs 23。InGaAs子電池36包含依次設置的InP窗口層25、InGaAs發(fā)射區(qū)洸、InGaAs基區(qū) 27、InP背場層28。圖2是本發(fā)明實施例1中feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池成品的結構示意圖。
具體實施例方式針對現(xiàn)有技術中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和實踐，提出了本發(fā)明的技術方案，具體如下
一種基于晶格異變法生長的fe^nP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于，該太陽電池包括與GaAs晶格匹配的fe^nP/GaAs雙結電池和與hP晶格匹配的 InGaAsP/InGaAs雙結電池，該兩個電池之間通過晶格異變生長漸變過渡層的方式串聯(lián)在一起。該四結級聯(lián)太陽電池的帶隙組合為1.90 eVU.42 eV、 1.03 eV、0. 73 eV。進一步的，所述四結級聯(lián)太陽電池采用倒置生長方法在GaAs或Ge襯底上依次生長feilnP電池，GaAs電池，AlJrvxAs漸變過渡層，InGaAsP電池和InGaAs電池，各個子電池之間通過隧道結串聯(lián)。優(yōu)選的，該方法中，通過晶格異變生長AlxIrvxAs漸變過渡層的方法釋放應力，實現(xiàn)由GaAs電池到InGaAsP電池的過渡，χ的取值由1. 00變化至0. 48，AlxIn1^xAs漸變過渡層的帶隙大于1. 42 eV，不會吸收InGaAsP/InGaAs電池的光譜?？蛇x的，Al JrvxAs漸變過渡層可以采用h組分線性漸進的方法生長，使應力釋放抑制錯向角的產(chǎn)生?？蛇x的，AlJrvxAs漸變過渡層可以采用h組分步進的方法生長，通過形成多個界面促進應力釋放同時抑制穿透位錯到達有源區(qū)。可選的，AlxIrvxAs漸變過渡層可以采用h組分線性漸進和步進相結合的方法生長使應力釋放，減小錯向角的同時抑制穿透位錯到達有源區(qū)。優(yōu)選的=InGaAsP和InGaAs電池的帶隙分別為 1. 03 eV、0. 73 eV。優(yōu)選的GaAs電池和InGaAsP電池之間首先生長隧道結然后生長AlxIrvxAs漸變過渡層。
作為一種優(yōu)選實施方式晶格異變法生長的GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池采用GaAs或Ge襯底。具體地講為在GaAs或Ge襯底上首先生長AlGaAs或 (Al)GaInP犧牲層、N型GaAs接觸層，其次依次倒置生長fe^nP電池，GaAs電池，然后生長 AlJrvxAs漸變過渡層，Al的組分由1. 00變化至0. 48，從而使其由GaAs晶格常數(shù)過渡到 InP晶格常數(shù)，最后生長LGaAsP電池和InGaAs電池，各個子電池之間通過隧道結串聯(lián)在一起。該feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的生長制備方法包括下列具體步驟
(一)GalnP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的生長
(1)在GaAs或Ge襯底上生長AlGaAs或(Al)fetlnP犧牲層、N型摻雜的GaAs接觸層；
(2)生長feilnP太陽電池；
(3)生長第一隧道結，隧道結包括沿逐漸遠離fe^nP電池的方向依次設置的P型 AlGaAs或Al (Ga) InP勢壘層，P型(Al) GaAs重摻層，N型GahP或GaAs重摻層和N型AlGaAs 或Al (Ga) InP勢壘層；
(4)生長GaAs太陽電池；
(5)生長第二隧道結，隧道結包括沿逐漸遠離GaAs電池的方向依次設置的P型AlGaAs 或Al (Ga) InP勢壘層，P型(Al)GaAs重摻層，N型GaInP或GaAs重摻層和N型AWaAs或 Al (Ga) InP 勢壘層；
(6)生長N型高摻雜AlxIrvxAs漸變過渡層，Al的組分由1.00變化至0. 48 ；
(7)生長hGaAsP太陽電池；
(8)生長第三隧道結，隧道結包括沿逐漸遠離InGaAsP電池的方向依次設置的PShP 勢壘層，P型InGaAs重摻層，N型InGaAs重摻層和N型InP勢壘層；
(9)生長hGaAs太陽電池；
(10)生長PShP,作為鍵合面。( 二 )制備工藝
(1)將生長的GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的P型InP層鍵合到硅等襯底上；
(2)將生長的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的GaAs或Ge襯底減薄剝離；
(3)制備上下電極，獲得所需的太陽電池。前述四結級聯(lián)太陽電池中的各結構層均是采用MOCVD法或MBE法生長形成的； 若采用MOCVD法，則N型摻雜原子為Si、Se、S或Te，P型摻雜原子為Zn、Mg或C ； 若采用MBE法，則N型摻雜原子為Si、Se、S、Sn或Te，P型摻雜原子為Be、Mg或C。下面結合附圖及一較佳實施例實例對本發(fā)明的技術方案作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍
實施例1 參閱圖1該基于晶格異變生長方法生長的feanP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法包括下列步驟
(一)用MOCVD方法生長feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其結構如圖 1所示(1)在GaAs襯底37上生長0. 3微米的AWaAs或(Al)feilnP犧牲層01、N型高摻雜的0. 5微米的GaAs 02，形成接觸層，用來做歐姆接觸。 (2)在GaAs 02上生長N型摻雜濃度約Γ IO17 cm—3的0. 02微米的Al (Ga) InP 03 作為GaInP電池四的窗口層，然后生長N型摻雜濃度約Γ IO18 cm_3的0. 07微米的feilnP 04作為feilnP電池四的發(fā)射區(qū)，再生長P型摻雜濃度約Γ IO17 cm—3的0. 7微米的feJnP 05 作為feJnP電池四的基區(qū)；
(3)生長P型摻雜濃度約ΓIO18 cm—3的0. 03微米的(Al) GaInP或AlGaAs 06作為 GaInP電池四的背場，也可作為隧道結的P型勢壘層，阻止基區(qū)的光生電子向下電極擴散；
(4)生長P型摻雜濃度大于ΓIO19 cm_3以上的0.015微米的(Al)GaAs 07，然后生長 N型摻雜濃度大于Γ IO19 cm_3的0. 015微米的feilnP或GaAs 08，再生長N型摻雜濃度約 Γ IO18 cm—3的0. 05微米的AlGaAs或Al (Ga) InP 09作為隧道結N型層的勢壘層，形成第一隧道結30 ；
(5)生長N型摻雜濃度約ΓIO18 cm—3的0. 01微米的AlGaAs或AlfeiInP層10作為GaAs 電池31的窗口層，防止光生空穴向上擴散；
(6)生長N型摻雜濃度約ΓIO18 cm_3的0. 1微米的GaAs層11作為GaAs電池31的發(fā)射區(qū)，生長P型摻雜濃度約Γ IO17 cm_3的2. 8微米的GaAs層12作為GaAs電池31的基區(qū)；
(7)生長一層P型高摻雜的0.1微米的(Al)GaAs或(Al)feJnP 13作為GaAs電池31 的背場，以減小光生電子的復合；
(8)生長P型摻雜濃度大于ΓIO19CnT3以上的0.015微米的(Al)GaAs 14，然后生長 N型摻雜濃度大于Γ IO19 cm_3的0. 015微米的feilnP或GaAs 15，再生長N型摻雜濃度約 Γ IO18 cm_3的0. 05微米的AlGaAs或Al (Ga) InP 16作為隧道結N型層的勢壘層，形成第二隧道結32 ；
(9)生長約0.1微米的GaAs 17，再生長約2. 5微米的高摻雜AlxIrvxAs漸變過渡層，Al的組分由1. 00漸變到0. 48，直到與hP的晶格匹配，再生長約0. 2微米的高摻雜 Al0.48ln0.52As B 18 ；
(10)生長N型摻雜濃度約為ΓIOw cm_3的0.05微米的InP或M(Ga)AlAs 19作為 InGaAsP電池的窗口層；
(11)生長N型摻雜濃度約為ΓIO18 cm_3的0. 4微米的InGaAsP 20作為InGaAsP電池的發(fā)射區(qū)，再生長P型摻雜濃度約為Γ IO17 cm_3的2. 5微米的InGaAsP 21作為InGaAsP電池的基區(qū)；
(12)生長P型摻雜濃度約為ΓIO18 cm-3的0. 3微米的hP作為緩沖層22，并作為 InGaAsP電池34的背場，形成InGaAsP子電池34 ；
(13)生長P型摻雜濃度約為ΓIO19 cm_3的0. 02微米的InGaAs 23和N型摻雜濃度約為Γ IO19 cm—3的0. 02微米的InGaAs 24，形成第三隧道結35 ；
(14)生長N型摻雜濃度約為2'IO18 cm_3的0. 1微米的hP 25作為InGaAs子電池35 的窗口層，然后生長N型摻雜濃度約為2' IO18 cm_3的0. 2微米的InGaAs作為InGaAs子電池35的發(fā)射區(qū)26，再生長P型摻雜濃度約為2' IO17 cm_3的2. 5微米的InGaAs作為InGaAs 子電池35的基區(qū)27，最后生長P型摻雜濃度約為Γ1018 cm_3的0. 3微米的InP作為背場層28 ο
( 二)制備工藝
(1)將生長的GalnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的P型InP層鍵合到硅等襯底38上；
(2)將生長的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的GaAs或Ge襯底37 減薄剝離；
(3)制備上、下電極39，獲得所需的太陽電池，其結構如附圖2所示。以上僅是本發(fā)明的較佳應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均應落在本發(fā)明權利保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于，它包括與GaAs 晶格匹配的fe^nP/GaAs雙結電池和與hP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池，該兩個雙結電池通過晶格異變生長漸變過渡層串聯(lián)，所述漸變過渡層包括Al JrvxAs漸變過渡層， 其中 χ=Γθ. 48。
2.根據(jù)權利要求1所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于它包括依次連接的felnP子電池、第一隧道結、GaAs子電池、第二隧道結、漸變過渡層、 InGaAsP子電池、第三隧道結和InGaAs子電池，其中，所述InGaAs電池與一第二襯底鍵合， 且該第二襯底和feilnP子電池上還分別設有電極；所述第二襯底至少選自Si襯底、金屬片、 陶瓷片和玻璃片中的任意一種。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于所述AlxIrvxAs漸變過渡層的帶隙大于1. 42 eV。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于所述四結級聯(lián)太陽電池的帶隙組合為1.90 eVU.42 eV、 1.03 eV、0. 73 eV。
5.根據(jù)權利要求2所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池，其特征在于所述feilnP子電池包含依次設置的GaAs接觸層、Al (Ga) hP窗口層、feilnP發(fā)射區(qū)、 GaInP 基區(qū)、(Al) feJnP 或 AlGaAs 背場層；所述第一隧道結包含依次設置的(Al)GaAs層、GaInP或GaAs層、Al (Ga) InP或AlGaAs勢壘層；所述GaAs子電池包含依次設置的AWaAs窗口層、GaAs發(fā)射區(qū)、GaAs基區(qū)、(Al)GaAs 或(ADfeInP背場層；所述第二隧道結包含依次設置的(Al)GaAs層、GaInP或GaAs層、Al (Ga) InP或AlGaAs勢壘層；所述InGaAsP子電池包含依次設置的InP或h (Ga) AlAs窗口層、InGaAsP發(fā)射區(qū)、 InGaAsP基區(qū)、InP背場層；所述第三隧道結包含依次設置的P型高摻雜InGaAs層和N型高摻雜InGaAs層； 所述InGaAs子電池包含依次設置的InP窗口層、InGaAs發(fā)射區(qū)、InGaAs基區(qū)、InP背場層；前述的依次設置是指按照逐漸靠近第二襯底的方向依次設置。
6.如權利要求1所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法， 其特征在于，該方法為在采用晶格變異法依次生長形成與GaAs晶格匹配的fe^nP/GaAs雙結電池和與hP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池的過程中，采用In組分線性漸進和 /或步進的方法生長漸變過渡層將該兩個雙結電池串聯(lián)，所述漸變過渡層包括AlxIrvxAs漸變過渡層，其中χ=廣0. 48。
7.根據(jù)權利要求6所述的GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法，其特征在于，該方法具體為采用倒置生長方法在第一襯底上依次生長felnP子電池、 第一隧道結、GaAs子電池、第二隧道結、AlxIrvxAs漸變過渡層、InGaAsP子電池、第三隧道結和InGaAs子電池，其后在InGaAs子電池鍵合一第二襯底，再除去第一襯底，并分別在該第二襯底和GaInP子電池上設置電極，獲得目標產(chǎn)品；所述第一襯底至少選自GaAs或Ge襯底；所述第二襯底至少選自Si襯底、金屬片、陶瓷片和玻璃片中的任意一種；所述AlxIrvxAs漸變過渡層的帶隙大于1. 42 eV。
8.根據(jù)權利要求7所述的GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法，其特征在于，該方法具體為首先，在GaAs或Ge襯底上首先生長AlGaAs或(Al)fetlnP犧牲層、N型GaAs接觸層；其次依次倒置生長fe^nP電池和GaAs電池；然后生長AlxIrvxAs漸變過渡層，且Al的組分由1. 00變化至0. 48，從而使其由GaAs 晶格常數(shù)過渡到^P晶格常數(shù)；最后生長InGaAsP電池和InGaAs電池，各個子電池之間通過隧道結串聯(lián)。
9.根據(jù)權利要求6-8中任一項所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟(一)GalnP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的生長(1)在GaAs或Ge襯底上生長AlGaAs或(Al)fetlnP犧牲層、N型摻雜的GaAs接觸層；(2)生長feilnP太陽電池；(3)生長第一隧道結，該隧道結包括沿逐漸遠離fe^nP電池的方向依次設置的P型 AlGaAs或Al (Ga) InP勢壘層，P型(Al) GaAs重摻層，N型GahP或GaAs重摻層和N型AlGaAs 或Al (Ga) InP勢壘層；(4)生長GaAs太陽電池；(5)生長第二隧道結，該隧道結包括沿逐漸遠離GaAs電池的方向依次設置的P型 AlGaAs或Al (Ga) InP勢壘層，P型(Al) GaAs重摻層，N型GahP或GaAs重摻層和N型AlGaAs 或Al (Ga) InP勢壘層；(6)生長N型高摻雜AlJrvxAs漸變過渡層，χ的取值由1.00變化至0. 48 ；(7)生長hGaAsP太陽電池；(8)生長第三隧道結，該隧道結包括沿逐漸遠離InGaAsP電池的方向依次設置的P型 InP勢壘層，P型MGaAs重摻層，N型MGaAs重摻層和N型MP勢壘層；(9)生長hGaAs太陽電池；(10)生長P型InP層作為鍵合面；(二)制備工藝(1)將生長的GalnP/GaAsAnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的P型InP層鍵合到第二襯底上，并除去GaAs或Ge襯底；(2)在GaInP子電池和第二襯底上分別制備上、下電極，獲得目標產(chǎn)品。
10.根據(jù)權利要求9所述的feJnP/GaAs/lnGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池的制備方法，其特征在于所述四結級聯(lián)太陽電池電池中的各結構層均是采用MOCVD法或MBE法生長形成；若采用MOCVD法，則N型摻雜原子為Si、Se、S或Te，P型摻雜原子為ZruMg或C ；若采用MBE法，則N型摻雜原子為Si、Se、S、Sn或Te，P型摻雜原子為Be、Mg或C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結級聯(lián)太陽電池及其制備方法，該太陽電池包括與GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs雙結電池和與InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池，該兩個雙結電池通過晶格異變生長漸變過渡層串聯(lián)，所述漸變過渡層包括AlxIn1-xAs漸變過渡層，其中x=1~0.48；其制備方法為在采用晶格變異法依次生長形成與GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs雙結電池和與InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池的過程中，采用In組分線性漸進和/或步進的方法生長漸變過渡層將該兩個雙結電池串聯(lián)。本發(fā)明四結級聯(lián)太陽電池具有1.90eV、1.42eV、~1.03eV、0.73eV的帶隙組合，可實現(xiàn)對太陽光譜的充分利用，減小各個子電池間的電流失配和光電轉換過程中的熱能損失，進而提高電池效率，且其制備方法簡單，成本低廉。
文檔編號H01L31/18GK102299159SQ20111023555
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者于淑珍, 李奎龍, 楊輝, 董建榮, 趙勇明, 陸書龍 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所