[发明专利]一种高效多结太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效多结太阳能电池的制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

在最近几年，太阳电池作为实用的新能源，吸引了越来越多的关注。它是一种利用光生伏打效应，将太阳能转化成电能的半导体器件，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。在所有新能源中，太阳能是最为理想的再生能源之一，充分开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展的能源战略决策。近些年来，作为第三代光伏发电技术的聚光多结化合物太阳电池，因其高光电转换效率而倍受关注。

目前，GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池在聚光条件下已获得超过41.8%光电转换效率。但是由于Ge底电池过多的吸收了低能光子，因而与InGaP和GaAs中顶电池的短路电流不匹配，所以传统的GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池结构并不是效率最优化的组合。理想状况下，如果能够寻找禁带宽度为1 eV的材料替代Ge，就能够实现三结电池电流匹配。In_0.3Ga_0.7As具有1eV的禁带宽度，是选择之一，但其与GaAs之间存在2.14%的晶格失配，而且倒装生长完成后，工艺过程复杂，成本相对昂贵。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种高效多结太阳能电池的制备方法，其包括步骤：

（1）提供一Ge衬底，用于半导体外延生长；

（2）以Ge衬底为基区，在所述Ge衬底上生长发射区，构成第一子电池，其具有一第一带隙；

（3）采用MBE生长方法，在所述第一子电池上方形成第二子电池，使其具有大于第一带隙的一第二带隙，且晶格与第一子电池晶格匹配；

（4）采用MOCVD生长方法，在所述第二子电池上方形成第三子电池，使其具有大于第二带隙的第三带隙，并且与第一、二子电池晶格匹配；

（5）采用MOCVD生长方法，在所述第三子电池上方形成第四子电池，使其具有大于第三带隙的第四带隙，其晶格常数与第一、二、三子电池匹配。

根据本发明的第二个方面，一种太阳能电池外延生长系统，包括：MOCVD反应腔、MBE反应腔和预处理室，其中MOCVDE反应腔和MBE反应腔共用所述预处理室并通过一通道连接，一传送装置位于所述通道内。

   本发明通过设计，将MOCVD和MBE两种晶体生长方法联合，在不同的生长室中原位生长所需的太阳能电池结构，保证了样品表面的洁净度，提高了晶体质量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，非按比例绘制。

图1 为1eV GaInNAsSb的带隙和晶格常数关系图。

图2 为根据本发明实施的太阳能电池的外延生长设备示意图。

图3 为根据本发明实施的一种高效五结太阳能电池带隙分布图。

图4为本发明实施2的制备流程图。

图5为本根据本发明实施的第二子电池的外延生长流程图。

图6为本发明实施2的多结太阳能电池结构简图。

图7为本发明实施3的制备流程图。

图8为本发明实施3的多结太阳能电池结构简图。

图中各标号表示

100、110：第一子电池；

101、111：p型Ge衬底；

102、112：第一子电池发射区；

103、113：第一子电池窗口层；

200、210：第二子电池；

201、211：第二子电池背场层；

202、212：第二子电池基区；

203、213：第二子电池发射区；

204、214：第二子电池窗口层；

300、310：第三子电池；

301、311：第三子电池背场层；

302、312：第三子电池基区；

303、313：第三子电池发射区；

304、314：第三子电池窗口层；

400、410：第四子电池；

401、411：第四子电池背场层；

402、412：第四子电池基区；

403、413：第四子电池发射区；

404、414：第四子电池窗口层；

510：第五子电池；

511：第五子电池背场层；

512：第五子电池基区；

513：第五子电池发射区；