[发明专利]三结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三结太阳能电池及其制作方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

由于煤、石油等不可再生能源的逐渐枯竭及其不断造成的环境恶化，人类迫切需要使用绿色能源为人们解决所面临的巨大问题。利用光电转换技术制造的太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，这在很大程度上减少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依赖，成为利用绿色能源的最有效方式之一。虽然在大规模应用和工业生产中硅基太阳能电池占据主导地位，然而单结太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转换效率不高。如果用不同带隙宽度Eg的材料制备成多结太阳电池，并将这些材料按Eg大小从上到下叠合起来，就构成多结叠层太阳电池。让它们分别选择性地吸收和转换太阳光谱的不同子域，就可以大幅度提高太阳电池的光电转换效率。

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体基多结太阳电池以其同时具有耐高温性能、抗辐射能力强、温度特性好等优点，早已经成为空间光伏电源的主流技术。

但是，目前用于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的衬底材料主要都是锗单晶片和砷化镓单晶片，其都是价格昂贵的稀有材料，从而极大地影响了聚光太阳电池的成本，并从原材料上制约了其大规模应用。因此，为使得多结太阳能电池能同第一、二代太阳能电池，乃至与传统能源形成有力竞争，必须发展低成本、高效率的新型多结太阳能电池。在这种情况下采用Si衬底取代Ge衬底能够实现低成本高效率太阳能电池的愿望。由于Si原材料丰富，生产技术成熟，采用Si衬底不但可使得多结太阳能电池的原材料成本大幅度降低（6英寸Ge衬底价格约为同尺寸Si衬底的10倍）；同时，还可以将多结太阳能电池和相对成熟的Si处理技术相结合；另外，Si的密度较小，可以减轻整个电池的重量，将有利于多结太阳能电池的航天航空应用。

发明内容

本发明旨在提供一种采用Si衬底的高效三结太阳能电池及其制备方法。采用Si衬底不但使得多结太阳能电池的原材料成本大幅度降低，还可以将多结太阳能电池和相对成熟的Si处理技术相结合，对于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体基多结太阳电池的应用推广意义重大。

根据本发明的一个方面，一种三结太阳能电池的其制备方法，其具体步骤包括：

1)  提供一p型Si衬底，用于半导体外延生长；

2)  在所述Si衬底上方通过扩散法形成n型区域，作为发射区，衬底本身作为基区，从而形成第一子电池，其具有第一带隙；

3)  在所述第一子电池上方外延生长GaAs_xP_1-x渐变缓冲层，其为组分渐变的多层结构， x变化范围为0.05~0.95，其具有大于第一带隙的第二带隙；

4)  在所述的GaAs_xP_1-x渐变缓冲层上方形成GaAsP第二子电池，其具有大于第一带隙的第三带隙，其晶格常数与所述渐变缓冲层的终止层匹配；

5)  在所述第二子电池的上方形成InGaP第三子电池，其具有大于第三带隙的第四带隙，其晶格常数与所述第二子电池匹配。

根据本发明的另一个方面，一种三结太阳能电池，其包括：第一子电池，由Si基电池构成，具有一第一带隙；GaAs_xP_1-x渐变缓冲层，形成于所述第一子电池之上，其为组分渐变的多层结构，x变化范围为0.05~0.95，具有大于第一带隙的第二带隙；第二子电池，形成于所述GaAs_xP_1-x渐变缓冲层上方，其由GaAsP构成，具有大于第一带隙的第三带隙，晶格常数与所述GaAs_xP_1-x渐变缓冲层终止层匹配；第三子电池，形成于所述第二子电池上方，其由InGaP构成，具有大于第三带隙的第四带隙，晶格常数与第二子电池匹配。

上述GaAs_xP_1-x渐变缓冲层，其晶格常数 a_GaAsP随As组分的变化关系符合Vergard定理，计算公式如下（单位?）：a_GaAsP=5.4505 + 0.20275x_As   。