一种三结砷化镓太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三结砷化镓太阳电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术提供的一种三结砷化镓太阳电池，包括：Ge衬底；于所述Ge衬底上由下至上依次外延生长的底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、AlInP缓冲层、InAlGaAs缓冲层、DBR、中电池、中顶隧穿结、顶电池以及盖帽层；其中，所述AlInP缓冲层具有一粗糙面，所述粗糙面设置于靠近所述InAlGaAs缓冲层的一侧，所述粗糙面由若干个金字塔形凸起均匀分布形成。本发明专利技术设计可以直接将材料的晶格常数过渡到目标值，降低生长时间，消除应力，获得高质量、平整的外延片。适合用于禁带匹配，晶格失配的三结砷化镓太阳电池。

【技术实现步骤摘要】
一种三结砷化镓太阳电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种三结砷化镓太阳电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，为了进一步提升高效砷化镓太阳电池的转换效率，国内外的主要研究机构和企业都把研究的焦点放在了禁带匹配，晶格失配的三结砷化镓太阳电池。该类型的太阳电池主要是通过把三结砷化镓太阳电池的各结子电池的吸收光谱重新分配，有效降低太阳光在电池内部转化成热能的几率，提升产品的电流密度，进而提升产品的整体转换效率。该类型的太阳电池的结构，一般是通过生长多层缓冲层的方式，根据底电池和中电池材料及其组分含量的不同，一般需要设置5～10层的缓冲层才能将晶格常数逐渐的过渡到目标值，然后生长中、顶电池子电池。该制备方法耗时长，产能低，并且由于生长过程中应力释放不充分，不可避免的加重外延片的翘曲，影响产品的均匀性，严重时会降低产品性能。
技术实现思路
基于此，本专利技术设计一种三结砷化镓太阳电池及其制备方法，解决晶格失配型太阳电池生长过程中，生长缓冲层耗时长、应力释放不充分等问题，缩短外延片制备时间，降低电池生产成本，提高专利技术产品性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种三结砷化镓太阳电池，该电池包括：Ge衬底；于所述Ge衬底上由下至上依次外延生长的底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、AlInP缓冲层、InAlGaAs缓冲层、DBR、中电池、中顶隧穿结、顶电池以及盖帽层；其中，所述AlInP缓冲层具有一粗糙面，所述粗糙面设置于靠近所述InAlGaAs缓冲层的一侧，所述粗糙面由若干个金字塔形凸起均匀分布形成。优选地，所述Ge衬底为P型Ge衬底。优选地，其中三结砷化镓太阳电池为禁带匹配、晶格失配的三结砷化镓太阳电池。本专利技术还提供一种三结砷化镓太阳电池的制备方法，所述三结砷化镓太阳电池如前所述，其制备方法包括依次进行的以下步骤：步骤1：在Ge衬底上生长底电池，高温下通过PH3扩散的形式，形成底电池发射区，然后生长GaInP或AlGaInP成核层，该成核层同时作为底电池的窗口层；步骤2：生长GaAs缓冲层，所述GaAs缓冲层厚度为0.1～0.8μm；步骤3：生长中底隧穿结，所述中底隧穿结厚度为0.01～0.03μm，所述中底隧穿结采用N++GaAs—P++GaAs结构；步骤4：生长AlInP缓冲层，所述AlInP缓冲层的厚度为0.5～0.8μm，生长完成的AlInP缓冲层表面采用粗化液粗化出若干个金字塔形凸起；步骤5：生长InAlGaAs缓冲层，所述InAlGaAs缓冲层厚度为0.2～0.4μm，所述InAlGaAs缓冲层材料为InxAlyGaAs，其中，0.03＜x≤0.10，0.05≤y≤0.10；步骤6：生长DBR，所述DBR采用多周期的InxGaAs/InyAlGaAs材料，周期数大于5对，其中0.03＜x≤0.10，0.03＜y≤0.10；步骤7：生长中电池，所述中电池材料包括InxGaAs基区和发射区，以及窗口层，其中，0.03＜x≤0.10，基区和发射区的总厚度为1.4～2.2μm，窗口层材料为AlInP或GaInP，窗口层厚度为0.05～0.2μm；步骤8：生长中顶隧穿结，所述中顶隧穿结厚度为0.01～0.03μm，所述中顶隧穿结为N++GaInP—P++InxAlGaAs结构；步骤9：生长顶电池，顶电池晶格常数与中电池匹配，由AlzGaInP背电场、GaInP基区、GaInP发射区及AlInP窗口层组成，其中0.15≤z≤0.4；步骤10：生长InxGaAs盖帽层，厚度为0.4～0.6μm其中，0.03＜x≤0.10。优选地，步骤3中，所述N++GaAs的掺杂浓度大于1×1019/cm3，掺杂剂为Te、Se和Si中至少一种；所述P++GaAs的掺杂浓度大于2×1019/cm3，掺杂剂为Mg、Zn和C中至少一种。优选地，步骤8中，N++GaInP掺杂浓度为大于1×1019/cm3，掺杂剂为Te、Se和Si中至少一种；P++InxAlGaAs掺杂浓度大于2×1019/cm3，掺杂剂为Mg、Zn和C中至少一种。优选地，步骤4所述粗化液为碘酸，粗化深度为0.2～0.4μm。优选地，步骤9中，所述AlGaInP厚度为0.02～0.15μm，GaInP基区及发射区的总厚度为0.5～1μm，AlInP窗口层厚度为0.05～0.1μm。本专利技术与现有技术相比，具有的有益效果是：本专利技术提供的三结砷化镓太阳电池，通过将AlInP缓冲层的上表面设置成粗糙表面，采用该设计，可以为InAlGaAs材料的侧向外延及岛的合并提供条件，在不影响材料晶体质量和不引入应力的前提下，直接将材料的晶格常数过渡到目标值，降低生长时间，消除应力，获得高质量、平整的外延片。适合用于禁带匹配，晶格失配的三结砷化镓太阳电池。采用本专利技术的制备方法，具有以下几点优势。1.缩短产品外延制备时间，提高产能。2.消除外延层晶格阶变带来的应力问题，改善外延片翘曲。3.利用粗化和折射率差，提高中电池吸收光的反射率，提高产品的可靠性能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本申请实施例所提供的三结砷化镓太阳电池的结构示意图；图2为AlInP缓冲层结构示意图；图中，Ge衬底-11、底电池-12、GaAs缓冲层-13、中底隧穿结-14、AlInP缓冲层-15、InAlGaAs缓冲层-16、中电池-17、中顶隧穿结-18、顶电池-19和盖帽层-20、粗糙面-21、凸起-22、DBR-23。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三结砷化镓太阳电池，其特征在于，该电池包括：/nGe衬底；/n于所述Ge衬底上由下至上依次外延生长的底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、AlInP缓冲层、InAlGaAs缓冲层、DBR、中电池、中顶隧穿结、顶电池以及盖帽层；/n其中，所述AlInP缓冲层具有一粗糙面，所述粗糙面设置于靠近所述InAlGaAs缓冲层的一侧，所述粗糙面由若干个金字塔形凸起均匀分布形成。/n

【技术特征摘要】
1.一种三结砷化镓太阳电池，其特征在于，该电池包括：
Ge衬底；
于所述Ge衬底上由下至上依次外延生长的底电池、GaAs缓冲层、中底隧穿结、AlInP缓冲层、InAlGaAs缓冲层、DBR、中电池、中顶隧穿结、顶电池以及盖帽层；
其中，所述AlInP缓冲层具有一粗糙面，所述粗糙面设置于靠近所述InAlGaAs缓冲层的一侧，所述粗糙面由若干个金字塔形凸起均匀分布形成。


2.根据权利要求1所述一种三结砷化镓太阳电池，其特征在于，所述Ge衬底为P型Ge衬底。


3.根据权利要求1所述一种三结砷化镓太阳电池，其特征在于，其中三结砷化镓太阳电池为禁带匹配、晶格失配的三结砷化镓太阳电池。


4.一种三结砷化镓太阳电池的制备方法，其特征在于，所述三结砷化镓太阳电池如权利要求1～3任一项所述，其制备方法包括依次进行的以下步骤：
步骤1：在Ge衬底上生长底电池，高温下通过PH3扩散的形式，形成底电池发射区，然后生长GaInP或AlGaInP成核层，该成核层同时作为底电池的窗口层；
步骤2：生长GaAs缓冲层，所述GaAs缓冲层厚度为0.1～0.8μm；
步骤3：生长中底隧穿结，所述中底隧穿结厚度为0.01～0.03μm，所述中底隧穿结采用N++GaAs—P++GaAs结构；
步骤4：生长AlInP缓冲层，所述AlInP缓冲层的厚度为0.5～0.8μm，生长完成的AlInP缓冲层表面采用粗化液粗化出若干个金字塔形凸起；
步骤5：生长InAlGaAs缓冲层，所述InAlGaAs缓冲层厚度为0.2～0.4μm，所述InAlGaAs缓冲层材料为InxAlyGaAs，其中，0.03＜x≤0.10，0.05≤y≤0.10；
步骤6：生长DBR，所述DBR为多周期的InxGaAs/InyAlGaAs材料，周期数大于5对，其中0.03＜x≤0.10，0.03＜y≤0.10；
步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐培强，王克来，宁如光，林晓珊，潘彬，王向武，张银桥，
申请(专利权)人：南昌凯迅光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36