本发明专利技术提供一种GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池，包括Si支撑衬底，以及在所述Si支撑衬底表面依次设置的Ge或GaInAs的第一接触层、Ge子电池、第一隧穿结、InGaNAs子电池、第二隧穿结、GaAs子电池、第三隧穿结、GaInP子电池和InGaAs或GaAs的第二接触层。本发明专利技术还提供一种GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池的制备方法，包括步骤：1)提供一GaAs衬底；2)在GaAs衬底表面生长依次生长第二接触层、GaInP子电池、第三隧穿结、GaAs子电池、第二隧穿结、InGaNAs子电池、第一隧穿结、Ge子电池和第一接触层；3)提供一Si支撑衬底；4)将Si支撑衬底键合至第一接触层表面；5）从第二接触层处将GaAs衬底剥离以去除GaAs衬底。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池领域,尤其涉及GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
在太阳能电池领域，如何实现对太阳全光谱的充分吸收、提高光生载流子的产生效率和促进电子-空穴分离，一直是提高太阳能电池效率的核心关键问题。目前的太阳能电池结构设计基本上基于以下两种考虑ー是优先考虑晶格匹配而将光电流匹配放在次要的位置。但晶格匹配的电池结构由于其确定的带隙能量，限制了太阳能电池的光电流匹配，使得它不能实现对太阳光的全光谱吸收利用。目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GalnP/GaAs/Ge三结电池，该材料体系在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32_33%。该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍，由于 受三结电池串联的制約，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用，所以该三结电池的效率还有改进的空间。ニ是优先考虑多结结构的光电流匹配而采用晶格失配的生长方式，而晶格失配生长的材料由于晶体质量差，难以得到高转化效率的电池。根据Shockley-Quisser模型，四结带隙能量为I. 9/1. 4/1. 0/0. 67 eV的太阳能电池可以实现高效的太阳光谱吸收转换，可望获得超过45%的光电转换转换效率。同吋，由于四结太阳能电池结构能够实现高电压、低电流输出，可以有效降低超高倍聚光太阳能电池中的欧姆损耗。四结电池在一个太阳下可望达到约39%的转换效率。目前最为理想的是利用InGaNAs材料，可以既满足晶格匹配又具有I. 00 eV的带隙，是实现GalnP/GalnAs/InGaNAs/Ge四结晶格与光电流都匹配的电池的完美组合。以Ge为衬底生长GalnP/InGaAs/InGaNAs/Ge四结电池吋，由于非极性Ge衬底上生长极性III-V半导体材料时会在外延层中产生反向畴，影响电池的转换效率；为了降低反向畴密度，需采用较为复杂的缓冲层生长技木。同时大量生产Ge基三结或四结太阳能电池时会带来Ge材料短缺的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法。为了解决上述问题,本专利技术提供了ー种GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池，包括Si支撑衬底，以及在所述Si支撑衬底表面依次设置的Ge或GaInAs的第一接触层、Ge子电池、第一隧穿结、InGaNAs子电池、第二隧穿结、GaAs子电池、第三隧穿结、GaInP子电池和InGaAs或GaAs的第二接触层。所述Ge子电池包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为GaInP的第一背场层、Ge的第一基区、Ge的第一发射区和Al (Ga) InP的第一窗ロ层。所述第一隧穿结包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为AlGaAs或Al (Ga) InP的第一势垒层、(In)GaAs的第一掺杂层、(In)GaAs的第二掺杂层以及AlGaAs或Al (Ga) InP的第二势垒层。所述InGaNAs子电池包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为Al (Ga) InP或AlGaAs的第二背场层、InGaNAs的第二基区、InGaNAs的第二发射区和Al (Ga)InP的第二窗ロ层。所述第二隧穿结包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为AlGaAs或Al (Ga) InP的第三势垒层、GaAs的第三掺杂层、GaAs的第四掺杂层以及Ala3Gaa7As或Al (Ga) InP的第四势垒层。所述GaAs子电池包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为Al (Ga)InP的第三背场层、GaAs的第三基区、GaAs的第三发射区以及Al (Ga) InP的第三窗ロ层。所述第三隧穿结包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为AlGaAs或Al (Ga) InP的第五势鱼层、GaInP的第五掺杂层、AlGaAs的第六掺杂层以及AlGaAs或Al (Ga) InP的第六势垒层。 所述GaInP子电池包含依次按照逐渐远离Si支撑衬底方向设置的材料为Al (Ga)InP的第四背场层、GaInP的第四基区、GaInP的第四发射区以及Al (Ga) InP的第四窗ロ层。为了解决上述问题,本专利技术还提供了ー种GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池的制备方法，包括步骤1)提供一 GaAs衬底；2)在GaAs衬底表面生长依次生长第二接触层、GaInP子电池、第三隧穿结、GaAs子电池、第二隧穿结、InGaNAs子电池、第一隧穿结、Ge子电池和第一接触层；3)提供一 Si支撑衬底；4)将Si支撑衬底键合至第一接触层表面；5)从第二接触层处将GaAs衬底剥离以去除GaAs衬底。本专利技术提供GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法，优点在于 1.各个子电池的光电流匹配，可充分利用太阳光谱能量，减小各个子电池间的电流失配和光电转换过程中的热能损失； 2.比常规三结电池多了ー结带宽为I.OeV的InGaNAs子电池，其开路电压可增加0. 6V,可提闻电池效率及满足特殊应用； 3.采用倒装生长，Ge子电池通过外延实现，并且采用剥离方法实现电池结构与GaAs衬底的分离，GaAs衬底可多次重复利用，可以减少Ge和GaAs衬底的消耗，有利于降低成本和资源消耗； 4.由于米用GaAs衬底倒装生长GalnP、GaAs,InGaNAs,可以避免非极性Ge衬底上生长GaInP、GaAs, InGaNAs等极性材料造成的反向畴缺陷,可获得无反相畴缺陷、高质量的电池材料； 5.外延Ge子电池可以很好地控制结深，掺杂浓度，背场和窗ロ层，其电池性能优于扩散结。附图说明图I是本专利技术提供的GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池第一具体实施方式的结构 图2是本专利技术提供的GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池第二具体实施方式步骤S402中形成的结构 图3是本专利技术提供的GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池第二具体实施方式步骤S404中形成的结构图 图4是本专利技术提供的GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池第二具体实施方式的步骤流程图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法的具体实施方式做详细说明。第一具体实施例方式 图I所示为本具体实施方式提供的GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池的结构图。 本具体实施方式提供了ー种GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池,带隙组合为 I. 90 eV/1.42 eV/1. 00 eV/0. 67 eV，所述 GalnP/GaAs/InGaNAs/Ge 四结太阳能电池包括Si支撑衬底41，以及在所述Si支撑衬底41表面依次设置的Ge或GaInAs的第一接触层32、Ge子电池40、第一隧穿结39、InGaNAs子电池38、第二隧穿结37、GaAs子电池36、第三隧穿结35、GaInP子电池34和InGaAs或GaAs的第二接触层03。作为可选实施方式，所述InGaAs或GaAs的第二接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池，其特征在于，包括Si支撑衬底，以及在所述Si支撑衬底表面依次设置的Ge或GaInAs的第一接触层、Ge子电池、第一隧穿结、InGaNAs子电池、第二隧穿结、GaAs子电池、第三隧穿结、GaInP子电池和InGaAs或GaAs的第二接触层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇明，董建荣，李奎龙，孙玉润，于淑珍，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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