一种三结太阳能电池及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种三结太阳能电池及其制备方法与应用，该三结太阳能电池依次包括以下各层：依次包括以下各层：图形化砷化镓衬底；应力缓冲层；和子电池组。本发明专利技术还公开该太阳能电池制备方法，其包括以下步骤：S1、在砷化镓衬底上刻蚀出台状图形，得所述图形化砷化镓衬底；S2、在图形化砷化镓衬底上生长所述应力缓冲层；S3、在所述应力缓冲层表面生长所述子电池组。本发明专利技术提供的太阳能电池提升了电池转换效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种三结太阳能电池及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种三结太阳能电池及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着商业航天产业的兴起，对空间太阳能电池的成本要求越来越严格，低成本的空间电池芯片是降低卫星造价的重要影响因素。另外一方面，必须有一种空间电池，一方面具备批产可行性，工艺相对简单；一方面材料成本低；另外一方面，具备和现有常规三结电池相近的光电性能以减少后端电源系统设计的复杂度。
[0003]高效空间电池目前具备量产潜力的是失配结构空间电池，但该种空间电池技术的一个劣势是位错难以控制，产品性能稳定性难以保障。相关技术中基于锗衬底的 Ge/InGaAs/AlGaInAs/AlGaInP结构失配四结太阳电池光电转换效率高，可达34％(AM0 光谱下)，同时该结构空间电池不需要键合、二次外延等复杂的工艺流程，是一种具备批量生产潜力的新型高效太阳电池产品。但是该结构太阳电池需要外延InGaAs、 AlGaInAs、AlGaInP等失配材料，由于材料失配度大，外延过程中失配应力大，在外延过程中会发生外延片翘曲现象，由于翘曲后引发了温度控制问题，整片外延片出现温度不均匀问题的概率较大，导致外延材料质量不稳定，产品性能不稳定，是实现量产难以解决的问题；另外一方面，基于砷化镓衬底生长的空间电池产品，由于没有锗子电池结，性能低于锗基结构。
[0004]基于此，需要开发一种三结太阳能电池及其制作方法，该三结太阳能电池成本低且效率高。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的第一个技术问题为：提供一种三结太阳能电池，该电池成本低且效率高。
[0006]本专利技术要解决的第二个技术问题为：提供上述三结太阳能电池的制备方法。
[0007]本专利技术要解决的第三个技术问题为：提供上述三结太阳能电池的应用。
[0008]为解决上述第一个技术问题，本专利技术的提供的技术方案为：一种三结太阳能电池，依次包括以下各层：
[0009]砷化镓衬底；
[0010]应力缓冲层；
[0011]和子电池组。
[0012]提供了不同结构的太阳能电池，同时提升了电池转换效率。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述图形化砷化镓衬底由若干个台状图形组成。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述台状图形的间距为100.0nm～1000.0nm。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述台状图形的底部宽度为200.0nm～300.0nm。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述台状图形的底部长度为200.0nm～300.0nm。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述台状图形的顶部宽度为200.0nm～300.0nm。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述台状图形的顶部长度为200.0nm～300.0nm。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述台状图形的高度为50.0nm～100.0nm。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述图形化砷化镓衬底的厚度为300.0μm～400.0μm。
[0021]采用上述尺寸的图形化衬底，可有效提升失配缓冲层的位错阻挡效应，降低外延生长难度，减少生长材料中的位错密度。采用价格低的砷化镓衬底，取代昂贵的锗衬底，可以有效降低材料成本；同时砷化镓储量高，适合于大批量应用。
[0022]砷化镓衬底厚度为350.0μm，厚度高于锗衬底(厚度140.0μm)，同时锗衬底生长过程中在大应力作用下，经常发生外延片翘曲，导致生长过程难以控制，均匀性差，最终导致产品的生产良率低，性能稳定性差。选用砷化镓衬底提升了衬底强度，减少了生长材料过程中失配应力导致的翘曲，保证了生长过程中温度控制和均匀性。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述初始层包括GaInP材料。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述初始层的厚度为10.0nm～30.0nm。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述初始层表面生长有缓冲层。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述缓冲层包括GaInAs缓冲层。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述GaInAs缓冲层的厚度为400.0nm～600.0nm。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述缓冲层表面生长有第一隧道结，所述第一隧道结生长于应力缓冲层之下。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一隧道结包括GaAs
‑
Te材料层和AlGaAs
‑
C材料层Ⅰ。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一隧道结的厚度为20.0nm～40.0nm。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述应力缓冲层包括AlGaInAs材料和GaInP材料中的至少一种。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述应力缓冲层的厚度为2000.0nm～3000.0nm。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述应力缓冲层包括7层晶格常数递增的AlGaInAs 材料、第一目标层、过冲层和第二目标层。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一目标层和第二目标层的晶格常数相同。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述过冲层的晶格常数高于所述第一目标层的晶格常数。
[0036]对于连接上、下两个晶格失配子电池的应力缓冲层，自下而上晶格常数逐渐变化至与上子电池相同(相应地材料组分逐渐变化)，与上子电池晶格常数相同的层称为目标层，进而目标层组分确定。
[0037]同时在目标层中间生长一层晶格大于目标层的overshoot层，以达到阻挡穿透位错提升上层材料质量的目的。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述AlGaInAs材料由下至上分别为AlGaIn
a
As、 AlGaIn
b
As、AlGaIn
c
As、AlGaIn
d
As、AlGaIn
e
As、AlGaIn
f
As、AlGaIn
g
As、AlGaIn
h
As、 AlGaIn
i
As和AlGaIn
h
As，其中，0.04≤a＜b＜c＜d＜e＜f＜g＜h＜i≤0.30。各层晶格常数位于砷化镓衬底的晶格常数与InGaAs子电池材料的晶格常数之间。
GaIn
0.7
P层Ⅱ和AlIn
0.7
P层Ⅰ。
[0073]根据本专利技术的一些实施方式，所述InGaAs子电池的厚度为1500.0nm～2000.0nm。
[0074]根据本专利技术的一些实施方式，所述第二隧道结包括GaIn
0.7
P
‑
Te材料层和AlGaAs
‑
C 材料层Ⅱ。
[0075]根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三结太阳能电池，其特征在于：依次包括以下各层：图形化砷化镓衬底；应力缓冲层；和子电池组。2.根据权利要求1所述的一种三结太阳能电池，其特征在于：述图形化砷化镓衬底由若干个台状图形组成；更优选地，所述台状图形的间距为100.0nm～1000.0nm；更优选地，所述台状图形的底部宽度为200.0nm～300.0nm；更优选地，所述台状图形的底部长度为200.0nm～300.0nm；更优选地，所述台状图形的顶部宽度为200.0nm～300.0nm；更优选地，所述台状图形的顶部长度为200.0nm～300.0nm；更优选地，所述台状图形的高度为50.0nm～100.0nm。3.根据权利要求1所述的一种三结太阳能电池，其特征在于：所述图形化砷化镓衬底表面还生长有初始层；优选地，所述初始层表面生长有缓冲层；优选地，所述缓冲层表面生长有第一隧道结，所述第一隧道结生长于应力缓冲层之下；更优选地，所述缓冲层包括AlGaInAs缓冲层；进一步优选地，所述AlGaInAs缓冲层的厚度为10.0nm～30.0nm。4.根据权利要求1所述的一种三结太阳能电池，其特征在于：所述应力缓冲层包括AlGaInAs材料和GaInP材料；优选地，所述应力缓冲层包括10层晶格常数不同的AlGaInAs材料；进一步优选的，所述10层晶格常数不同的AlGaInAs材料由下至上分别为AlGaIn
a
As、AlGaIn
b
As、AlGaIn
c
As、AlGaIn
d
As、AlGaIn
e
As、AlGaIn
f
As、AlGaIn
g
As、AlGaIn
h
As、AlGaIn
i
As和AlGaIn
h
As，其中，0.04≤a＜b＜c＜d＜e＜f＜g＜h＜i≤0.30。5.根据权利要求1所述的一种三结太阳能电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建庆，刘雪珍，高熙隆，杨文奕，
申请(专利权)人：中山德华芯片技术有限公司，
类型：发明
国别省市：