三結(jié)級聯(lián)太陽電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種SiGe支撐三結(jié)級聯(lián)太陽電池的制作方法。基于晶片鍵合工藝，突破了晶格常數(shù)的限制，通過采用GeSi合金作為1.0eV子電池與支撐襯底，在GeSi合金表面鍵合薄層GaAs作為生長GaInP和GaAs子電池的襯底，然后生長GaAs與GaInP子電池，實現(xiàn)帶隙分別為1.89/1.42/1.0eV的三結(jié)太陽電池。本發(fā)明提出的三結(jié)太陽電池，不但減少GaAs襯底的消耗，同時還有效解決了生長三結(jié)級聯(lián)太陽電池材料的晶格失配問題，可獲得比GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池高的開路電壓，有利于轉(zhuǎn)換效率的提高。
【專利說明】三結(jié)級聯(lián)太陽電池及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏領(lǐng)域，尤其涉及一種GalnP/GaAs/SiGe三結(jié)級聯(lián)太陽電池及其制 作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種理想的綠色能源材料，太陽電池成為各國的研究熱點，為了促進太陽電 池的進一步實用化，提高其光電轉(zhuǎn)換效率是其降低發(fā)電成本的一種有效手段。疊層電池采 用不同禁帶寬度的子電池串聯(lián)能極大的提高太陽光的利用率，目前研究較多而且技術(shù)較為 成熟的體系是GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池，該材料體系在一個太陽下目前達到的最高轉(zhuǎn)換效 率為32-33%。然而該三結(jié)電池中Ge底電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流較大，為了實現(xiàn)與 其他子電池的電流匹配必然會降低太陽光利用率。
[0003] 為了進一步提高轉(zhuǎn)換效率，需要對底電池進行拆分，如在GaAs和Ge電池中間插入 一帶隙為1. 〇〇eV的InGaAsN材料，做成四結(jié)電池，實現(xiàn)光電流匹配，提高電池效率。但目前 制備的InGaAsN材料缺陷多、載流子遷移率低，影響了電池性能的提高。因此研究人員積極 尋求別的途徑來獲得高效的太陽能電池，在GaAs襯底失配生長1. 0 eV的InGaAs被證實是 可行的，為了節(jié)省過渡層個數(shù)，一般采用倒裝生長的方法，但器件性能相對正裝生長有所降 低。由于1. OeV的InGaAs與GaAs襯底存在2. 1%的晶格失配，其晶體質(zhì)量很難提高。
[0004] 如何實現(xiàn)多結(jié)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】

[0005] 本發(fā)明的目的提供一種GalnP/GaAs/SiGe三結(jié)級聯(lián)太陽電池及其制作方法，可以 實現(xiàn)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的電池結(jié)構(gòu)。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 一種GalnP/GaAs/SiGe三結(jié)級聯(lián)太陽電池。
[0007] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述的三結(jié)級聯(lián)太陽電池包括SiGe子電池，以及依次 形成于SiGe子電池上的GaAs鍵合層、GaAs緩沖層、GaAs子電池、隧道結(jié)和GalnP子電池。
[0008] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述SiGe子電池是在SiGe合金襯底上實現(xiàn)，采用外延 SiGe合金或擴散的方式，形成PN結(jié)，形成帶隙為1. 0 eV的太陽電池。
[0009] 相應地，本發(fā)明還公開了一種三結(jié)級聯(lián)太陽電池的制作方法，在SiGe子電池的表 面鍵合GaAs鍵合層，然后外延生長GaAs子電池和GalnP子電池，利用SiGe合金作為1. 0 eV電池與支撐襯底，獲得三結(jié)級聯(lián)太陽電池。
[0010] 相應地，本發(fā)明還公開了一種三結(jié)級聯(lián)太陽電池的制作方法，包括： 1) 在SiGe合金襯底上，采用SiGe合金或擴散的方式，形成擴散結(jié)，形成SiGe子電池； 2) 在SiGe子電池表面鍵合GaAs鍵合層，GaAs鍵合層與SiGe子電池間的接觸形成隧 道結(jié)，形成外延生長用的模板襯底； 3) 在模板襯底上，按照遠離模板襯底的方向依次生長GaAs緩沖層、GaAs子電池、隧道 結(jié)和GalnP子電池； 4) 制作正負電極和減反膜，形成目標太陽能電池。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于： 本發(fā)明涉及的電池結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)晶格匹配的三結(jié)級聯(lián)太陽電池，利用GeSi合金作為1. 0 eV電池與支撐襯底，通過鍵合薄層GaAs并在其上實現(xiàn)帶隙能量分別為1. 89/1. 42 eV的雙 結(jié)太陽電池。該發(fā)明既不涉及高成本的過渡層技術(shù)，而且利用了成熟的高質(zhì)量的SiGe合金 實現(xiàn)1.0 eV子電池，提高了太陽電池的器件性能，也降低了電池的制作成本。該發(fā)明實現(xiàn) 了多結(jié)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。
[0012] 本發(fā)明提出的三結(jié)太陽電池，不但減少GaAs襯底的消耗，同時還有效解決了生長 三結(jié)級聯(lián)太陽電池材料的晶格失配問題，可獲得比GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池高的開路電 壓，有利于轉(zhuǎn)換效率的提商。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014] 圖1所示為本發(fā)明具體實施例中SiGe子電池的制作示意圖； 圖2所示為本發(fā)明具體實施例中模板襯底的制作示意圖； 圖3所示為本發(fā)明具體實施例中制作獲得的GalnP/GaAs/SiGe三結(jié)級聯(lián)太陽電池。

【具體實施方式】
[0015] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行詳細的描 述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明 中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0016] GalnP/GaAs/SiGe三結(jié)級聯(lián)太陽電池的制作方法如下： 1) SiGe子電池與模板襯底制備 如圖1所示，SiGe子電池的制備：在120-400 μ m厚的P型Sia8Gea2合金，通過擴散P 或As原子，在表面反型形成擴散結(jié)，形成帶隙為1.0 eV的太陽電池。
[0017] 參圖2所示，模板襯底的制備：在51(1866(12表面鍵合0. 5-10μπι的P++ GaAs，GaAs 與SiGe間的接觸形成隧道結(jié)。
[0018] 2)63八8子電池與6&11^子電池生長 參圖3所不，在模板襯底上，依次生長GaAs子電池與GalnP子電池。其生長次序，按 照遠離模板襯底的方向依次生長，〇. 2-1 μ m GaAs緩沖層，GaAs子電池，隧道結(jié)，GalnP子電 池，0.2-1 μπι的GaAs接觸層。
[0019] 2)電池工藝 接下來進行電池的工藝過程：在電池片的兩個表面分別制作正負電極，在柵狀上電極 上面蒸鍍減反膜，最終形成目標太陽能電池。
[0020] 綜上所述，是對本發(fā)明一具體實施例的詳細描述，對本案保護范圍不構(gòu)成任何限 制，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方法，如采用N型Si a8Gea2合金制作1. OeV 的電池；鍵合N++ GaAs襯底，相對應的在進行GaAs子電池生長前需插入隧道結(jié)，等細微結(jié) 構(gòu)的改變均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
[0021] 需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實 體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存 在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵 蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0022] 以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本申請的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種GalnP/GaAs/SiGe三結(jié)級聯(lián)太陽電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三結(jié)級聯(lián)太陽電池，其特征在于：所述的三結(jié)級聯(lián)太陽電池 包括SiGe子電池，以及依次形成于SiGe子電池上的GaAs鍵合層、GaAs緩沖層、GaAs子電 池、隧道結(jié)和GalnP子電池。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三結(jié)級聯(lián)太陽電池，其特征在于：所述SiGe子電池是在SiGe 合金襯底上實現(xiàn)，采用外延SiGe合金或擴散的方式，形成PN結(jié)，形成帶隙為1. 0 eV的太陽 電池。
4. 權(quán)利要求1所述的三結(jié)級聯(lián)太陽電池的制作方法，其特征在于，在SiGe子電池的表 面鍵合GaAs鍵合層，然后外延生長GaAs子電池和GalnP子電池，利用SiGe合金作為1. 0 eV電池與支撐襯底，獲得三結(jié)級聯(lián)太陽電池。
5. 權(quán)利要求1所述的三結(jié)級聯(lián)太陽電池的制作方法，其特征在于，包括： 1) 在SiGe合金襯底上，采用外延SiGe合金或擴散的方式，形成PN結(jié)，形成帶隙為1. 0 eV的太陽電池； 2) 在SiGe子電池表面鍵合GaAs鍵合層，GaAs鍵合層與SiGe子電池間的接觸形成隧 道結(jié)，形成外延生長用的模板襯底； 3) 在模板襯底上，按照遠離模板襯底的方向依次生長GaAs緩沖層、GaAs子電池、隧道 結(jié)和GalnP子電池； 4) 制作正負電極和減反膜，形成目標太陽能電池。
【文檔編號】H01L31/0687GK104157716SQ201310175899
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月13日
【發(fā)明者】趙勇明, 董建榮, 李奎龍, 孫玉潤, 曾徐路, 于淑珍, 趙春雨, 楊輝 申請人:中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所