[发明专利]一种高效四结太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效四结太阳能电池及其制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

进入二十一世纪，世界人口剧增和环境污染严重，还有能源枯竭以及生态环境恶化，使人类对能源尤其是清洁的新能源的开发利用有了更大的需求。由于太阳是取之不尽，用之不竭的巨大能源，所以，研究太阳能的利用一直是当代重大课题之一。太阳电池具有寿命长，效率高，性能可靠，成本低和无污染等优点，几乎所有空间设备和装置均使用太阳电池。III-V族化合物半导体太阳能电池因其高光电转换效率而倍受到关注。其中，聚光光伏技术通过将太阳光进行高倍率聚光后照射到一个面积相对较小的太阳能光伏电池上发电，从而大规模节约太阳能电池晶片，降低了发电成本。该装置利用大面积、便宜的聚光装置来代替昂贵而且供应紧张的电池芯片，进而达到大幅度降低太阳能光伏发电成本的目的，使太阳能光伏发电具有跟常规能源竞争的能力。因此基于III-V族化合物半导体高效多结太阳能电池的聚光光伏技术已经被作为第三代光伏技术，而逐渐走向了产业化阶段。

对于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体领域来言，在Ge衬底上外延生长晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge 三结太阳能电池技术已经成熟，其转换效率超过41%。对于上述三结太阳能电池来说，GaInP顶电池吸收光子能量大于1.83 eV的太阳光，即波长λ₁<670 nm的可见光谱区；GaAs中电池吸收光子能量大于1.42 eV的太阳光，即波长λ₂<880 nm的光谱区； Ge底电池吸收光子能量大于0.67 eV的太阳光，即波长λ₃<1850 nm的光谱区。该三结太阳能电池的Ge底电池大量吸收低能光子，产生的光电流要远大于顶电池和中电池。而对于叠层电池，各个子电池的电流相等时效率才会最高，电流不匹配会带来电流的复合损失，降低效率。倒装生长的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池能够有效解决电流匹配的问题，但是其后期工艺复杂，且对低能光子的吸收有所减弱。因此，解决这个问题的有效方法之一是在中电池和底电池之间再插入一结带隙为1.0eV左右的子电池，这样获得的四结太阳能电池，比三结电池时电流更加匹配，并且结数的增加可以更加细分太阳光谱，增加效率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种高效四结太阳能电池及其制备方法。

根据本发明的一方面，一种高效四结太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：提供一双面抛光衬底，用于半导体外延生长；在所述衬底正面形成第一子电池，其具有第一带隙；在所述第一子电池上方形成渐变缓冲层，其具有大于第一带隙的第二带隙；在所述的渐变缓冲层上方形成第二子电池；其具有大于第二带隙的第三带隙；在所述衬底的背面形成第三子电池，其为倒装生长，具有小于第一带隙的第四带隙；在所述的第三子电池的下方形成第四子电池，其为倒装生长，具有小于第四带隙的第五带隙；在所述的第四子电池的下方外延形成背接触层。

优选地，所述双面抛光衬底优选为p-InP衬底。

优选地，以衬底本身作为基区，在p型衬底正面注入n型离子形成发射区，构成所述第一子电池。

优选地，所述双面抛光衬底的厚度小于或等于200微米。

优选地，以衬底本身作为基区，在p型衬底正面注入n型离子形成发射区，构成所述第一子电池。

优选地，所述渐变缓冲层为多层结构，其材料是In_xGa_1-xP。

优选地，所述第一带隙为1.3~1.5 eV；所述第二带隙为1.5~1.8 eV；所述第三带隙为1.8~2 eV；所述第四带隙为0.9~1.2 eV；所述第五带隙为0.6~0.9 eV。

优选地，所述第二子电池由p型InAlAs基区和n型InAlAs发射区构成，所述第三子电池由p型InGaAsP基区和n型InGaAsP发射区构成，所述第三子电池由p型InGaAsP基区和n型InGaAsP构成，所述第四子电池由p型InGaAs基区和n型InGaAs发射区构成。

根据本发明的另一方面，提供了一种高效四结太阳能电池，包括：双面抛光衬底；第一子电池，由衬底离子注入形成，具有一第一带隙；渐变缓冲层，形成于第一子电池上方，具有一大于第一带隙的第二带隙；第二子电池，形成于渐变缓冲层上方，具有一大于第二带隙的第三带隙；第三子电池，倒装生长于所述衬底的背面，具有一小于第一带隙的第四带隙；第四子电池，倒装生长于第三子电池下方，具有一小于第四带隙的第五带隙。