本發(fā)明涉及太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種砷化鎵-硅多結(jié)高效太陽電池的制備方法。

背景技術(shù)：

全球性的能源危機(jī)和環(huán)境惡化正威脅著人類的長期穩(wěn)定發(fā)展，能源與環(huán)境問題成了21世紀(jì)人類面臨的兩大主要問題。太陽能光伏發(fā)電是解決能源與環(huán)境問題，實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。據(jù)歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(EPIA)預(yù)測，到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30％以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10％以上。然而，和傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，太陽電池光伏發(fā)電的成本仍然非常高，這就限制了太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。

Si材料的太陽電池技術(shù)是目前最為成熟的商用光伏發(fā)電技術(shù)。其特點(diǎn)是成本相對較低，但光電轉(zhuǎn)換效率并不是各種太陽電池技術(shù)中最高的。多晶硅太陽電池批產(chǎn)效率在14％～16％左右，單晶硅太陽電池批產(chǎn)效率在17～19％左右。而硅太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限為25％，因此硅太陽電池批產(chǎn)效率很難再加以提高。

砷化鎵(GaAs)太陽電池作為典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池，是目前光電轉(zhuǎn)換效率最高的太陽電池材料體系，多結(jié)的Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)32％以上。但是其有著成本過高的缺點(diǎn)，目前僅應(yīng)用于空間太陽電池和聚光太陽電池。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種砷化鎵-硅多結(jié)高效太陽電池的制備方法，該砷化鎵-硅多結(jié)高效太陽電池的制備方法運(yùn)用對準(zhǔn)鍵合技術(shù)與襯底剝離復(fù)用技術(shù)將硅太陽電池與砷化鎵太陽電池異質(zhì)集成在一起，兼具硅太陽電池成本優(yōu)勢與砷化鎵太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢，能夠進(jìn)一步降低太陽能光伏發(fā)電成本。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種砷化鎵-硅多結(jié)高效太陽電池的制備方法，至少包括如下步驟：

步驟101、采用擴(kuò)散或者離子注入的方式制備Si太陽電池；

步驟102、制備GaAs太陽電池；

步驟103、在Si太陽電池與GaAs太陽電池上分別制備相同尺寸的金屬柵線電極作為接觸電極；

步驟104、使用透明環(huán)氧樹脂將Si太陽電池與GaAs太陽電池按照接觸電極圖形對準(zhǔn)鍵合；

步驟105、采用襯底剝離復(fù)用技術(shù)，使用HF酸將AlAs犧牲層腐蝕掉，得到GaInP/InGaAs/Si 3結(jié)疊層太陽電池與復(fù)用的GaAs襯底；

步驟106、制作電池上下電極；

步驟107、制備電池減反射膜。

進(jìn)一步：所述步驟101具體為：

步驟1011、使用P型摻雜的Si襯底，厚度為150μm～500μm，摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3；

步驟1012、采用標(biāo)準(zhǔn)RCA溶液硅片進(jìn)行表面處理，去除表面雜質(zhì)污染；

步驟1013、采用擴(kuò)散或者離子注入的方式制備Si子電池，所述Si子電池PN結(jié)深度為0.3～0.8μm；所述Si子電池的禁帶寬度為1.12eV。

進(jìn)一步：所述步驟102具體為：

步驟1021、采用n型摻雜的GaAs襯底，厚度為200-600μm，摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3；

步驟1022、外延生長InGaAs緩沖層；

步驟1023、外延生長AlAs犧牲層，其中AlAs犧牲層的厚度范圍是100～300nm；

步驟1024、外延生長蓋帽層：摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3的n型GaAs重?fù)綄?，厚度?00～200nm；

步驟1025、反向外延生長第一結(jié)GaInP子電池；

摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的n型AlInP窗口層，厚度為50～400nm；

摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3的n型Ga_aIn_1-aP發(fā)射區(qū)，厚度為100～500nm，其中0.3≤a≤0.8；

摻雜濃度為1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3的p型Ga_bIn_1-bP基區(qū)，厚度為1000～5000nm，其中0.3≤b≤0.8；

摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的p型AlGaInP背場，厚度為50～400nm；

步驟1026、外延生長隧穿結(jié)：依次生長摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的p型Ga_cIn_1-cP層和n型Ga_dIn_1-dP層，其中0.3≤c≤0.6，0.3≤d≤0.6，厚度為50～150nm。

步驟1027、反向外延生長第一結(jié)InGaAs子電池：

摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的n型GaInP窗口層，厚度為50～400nm；

摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3的n型In_eGa_1-eAs發(fā)射區(qū)，厚度為100～500nm，其中0.3≤e≤0.8；

摻雜濃度為1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3的p型In_fGa_1-fAs基區(qū)，厚度為1000～5000nm，其中0.3≤f≤0.8；

摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的p型AlGaAs背場，厚度為50～400nm。

進(jìn)一步：所述步驟103具體為：

所述Si太陽電池為單結(jié)Si太陽電池，所述GaAs太陽電池為雙結(jié)GaInP/InGaAs太陽電池，使用電子束蒸發(fā)方法在單結(jié)Si太陽電池與雙結(jié)GaInP/InGaAs太陽電池表面制備相同尺寸的Ti柵線電極、Ag柵線電極、Au柵線電極作為接觸電極，其中Ti柵線電極的厚度范圍為0.5～2μm，Ag柵線電極的厚度范圍為3～10μm，Au柵線電極的厚度范圍為0.1～0.5μm；柵線寬度為10～20μm，相鄰柵線電極間距范圍為700～1200μm。

進(jìn)一步：所述步驟104具體為：

使用鍵合對準(zhǔn)夾具，將Si太陽電池與GaAs太陽電池柵線接觸電極對準(zhǔn)，并通過透明環(huán)氧樹脂將其鍵合，其中鍵合溫度范圍為150～300℃，鍵合壓力范圍為0.3～0.8Mpa。

進(jìn)一步：所述步驟105具體為：

采用襯底剝離復(fù)用技術(shù)，使用HF酸將AlAs犧牲層腐蝕掉，得到GaInP/InGaAs/Si 3結(jié)疊層太陽電池與復(fù)用的GaAs襯底，其中HF酸濃度范圍為10％～25％，腐蝕溫度范圍為40～60℃。

進(jìn)一步：所述步驟106具體為：通過電子束蒸發(fā)制備電池上下電極。

根據(jù)權(quán)利要求1所述砷化鎵-硅多結(jié)高效太陽電池的制備方法，其特征在于：所述步驟107具體為：在電池表面蒸鍍氧化鋁、氧化鈦的雙層減反射膜，其中氧化鋁厚度范圍是20～70nm，氧化鈦氧化鋁厚度范圍是20～70nm。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

通過采用上述技術(shù)方案：

1、本發(fā)明將硅太陽電池與砷化鎵太陽電池異質(zhì)集成在一起。制備出GaInP(1.88eV)/InGaAs(1.41eV)/Si(1.12eV)3結(jié)疊層太陽電池。對比硅太陽電池的單一帶隙材料將多種帶隙寬度不同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成多結(jié)級聯(lián)太陽電池,用各結(jié)子電池去吸收與其帶隙寬度最為匹配的太陽光譜波段,從而實現(xiàn)對太陽光譜最大化的有效利用，最大限度提升了太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

2、本發(fā)明采用對準(zhǔn)鍵合技術(shù)，將帶有金屬柵線圖形的硅太陽電池與砷化鎵太陽電池集成起來，電池間其他空隙填充以透明的環(huán)氧樹脂，實現(xiàn)兩種電池的透明導(dǎo)電連接。相比于直接在Si材料上外延生長Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，通過鍵合技術(shù)的異質(zhì)集成，不用考慮Si材料與Ⅲ-Ⅴ族化合物材料的晶格失配問題，大大降低工藝難度，節(jié)省成本。

3、本發(fā)明采用襯底剝離復(fù)用技術(shù)，在完成硅太陽電池與砷化鎵太陽電池鍵合后，可以將外延生長砷化鎵太陽電池GaAs襯底完整剝離，在相應(yīng)處理后可使用其重復(fù)外延生長砷化鎵太陽電池薄膜，達(dá)到襯底復(fù)用目的，進(jìn)一步降低成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)圖。

其中：1、減反射膜；2、GaInP子電池；3、隧道結(jié)；4、InGaAs子電池；5、接觸電極；6、透明環(huán)氧樹脂；7、Si子電池。

具體實施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

請參閱圖1，一種砷化鎵-硅多結(jié)高效太陽電池的制備方法，包括：

1、單結(jié)Si(1.12eV)太陽電池制備：

a、使用P型摻雜的Si襯底，其厚度為150-500μm，摻雜濃度為1×10¹⁵～1×10¹⁸cm^-3。

b、采用標(biāo)準(zhǔn)RCA溶液硅片進(jìn)行表面處理，去除表面雜質(zhì)污染；

c、采用擴(kuò)散或者離子注入的方式制備Si子電池7，Si子電池7PN結(jié)深度為0.3～0.8μm；所述Si子電池的禁帶寬度為1.12eV；

2、雙結(jié)GaInP(1.88eV)/InGaAs(1.41eV)太陽電池(該太陽電池包括GaInP子電池2和InGaAs子電池兩部分)制備：

a、采用n型摻雜的GaAs襯底，其厚度為200-600μm，摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3。

b、外延生長InGaAs緩沖層。

c、外延生長AlAs犧牲層，其中AlAs層厚度100～300nm，

d、外延生長蓋帽層：摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3的n型GaAs重?fù)綄?，厚度?00～200nm。

e、反向外延生長第一結(jié)GaInP子電池：摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的n型AlInP窗口層，厚度為50～400nm；摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3的n型Ga_xIn_1-xP發(fā)射區(qū)，厚度為100～500nm，其中0.3≤x≤0.8；摻雜濃度為1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3的p型Ga_xIn_1-xP基區(qū)，厚度為1000～5000nm，其中0.3≤x≤0.8；摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的p型AlGaInP背場，厚度為50～400nm。

f、外延生長隧穿結(jié)：依次生長摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的p型Ga_xIn_1-xP層和n型Ga_xIn_1-xP層，其中0.3≤x≤0.6，厚度為50～150nm。

g、反向外延生長第一結(jié)InGaAs子電池：摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的n型GaInP窗口層，厚度為50～400nm；摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3的n型In_xGa_1-xAs發(fā)射區(qū)，厚度為100～500nm，其中0.3≤x≤0.8；摻雜濃度為1×10¹⁶～1×10¹⁸cm^-3的p型In_xGa_1-xAs基區(qū)，厚度為1000～5000nm，其中0.3≤x≤0.8；摻雜濃度為1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3的p型AlGaAs背場，厚度為50～400nm。

3、使用電子束蒸發(fā)方法在單結(jié)Si太陽電池與雙結(jié)GaInP/InGaAs太陽電池表面制備相同尺寸的Ti/Ag/Au柵線電極作為接觸電極5，其中Ti厚度為0.5～2μm，Ag厚度為3～10μm，Au厚度為0.1～0.5μm。柵線寬度為10～20μm，柵線間距為700～1200μm。

4、使用鍵合對準(zhǔn)夾具，將Si太陽電池與GaAs太陽電池柵線接觸電極對準(zhǔn)，并通過透明環(huán)氧樹脂6將其鍵合，其中鍵合溫度為150～300℃，鍵合壓力為0.3～0.8Mpa。

5、采用襯底剝離復(fù)用技術(shù)，使用HF酸將AlAs犧牲層腐蝕掉，得到GaInP/InGaAs/Si3結(jié)疊層太陽電池與復(fù)用的GaAs襯底，其中HF酸濃度為10％～25％，腐蝕溫度為40～60℃。

6、制作電池器件結(jié)構(gòu)：通過電子束蒸發(fā)制備電池上下電極。

7、制備電池減反射膜1：在電池表面蒸鍍氧化鋁、氧化鈦的雙層減反射膜，其中氧化鋁厚度20～70nm，氧化鈦氧化鋁厚度20～70nm。

隧穿結(jié)3位于GaInP子電池2和InGaAs子電池4之間。

以上對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。