[发明专利]一种倒置生长InAlAsP/InGaAs/Ge三结光伏电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化合物光伏电池的制备方法，优其涉及一种倒置生长InAlAsP/InGaAs/Ge三结光伏电池的制备方法（又名倒置生长三子结Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池的制备方法）。

背景技术

Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池最先使用于太空领域，但随着技朮的进步，Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池也越来越多的运用到非太空领域。与硅光伏电池相比, Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池具有更大的能量转换效率,通过先进工艺制造出的xx族光伏电池其光电转换成效率可超过25%，而硅光伏电池不会超过20%。相比于硅光伏电池，Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池可通过使用多个具有不同带隙能的子电池来实现多太阳辐射的最大化转换；

    对于Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池而言，GaInP/GaAs/Ge是一种最典型最成熟的xx族光伏电池，其光电流密度已经能够达到25mA/cm2，然而现有的Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池对自然太阳光的光谱吸收还不充分,并且多是以垂直、多结的形成逐层外延到半导体衬底上的，往往不能像硅光伏电池那样形成对光线具有限域作用的植绒表面，现有的Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池有待得到进一步的提升。

发明内容

为了弥补现有Ⅲ-Ⅴ族族光伏电池的不足,进一步提高对光线的利用率，本发明提供一种InAlAsP/IGaAs/Ge三结化合物光伏电池的制备方法（又名倒置生长三子结Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池的制备方法），该方法制备的InAlAsP/InGaAs/Ge三结结构能够有效地提高光伏电池的转换效率，同时该InAlAsP/InGaAs/Ge三子结化合物光伏电池还具有对光线具有限域作用的二阶凸起结构，该二阶的凸起结构能够有效地提高光接触面积，并且能够对光线产生高效地限域作用；

本发明提供的倒置生长三子结Ⅲ-Ⅴ族化合物光伏电池的方法，包括步骤:

步骤（1）、提供生长衬底，在所述生长衬底上表面通过光刻工艺定义并刻蚀出连续的第一阶凹槽结构；

步骤（2）、利用光刻工艺在所述第一阶凹槽结构内定义并刻蚀出第二阶凹槽结构，以形成具有连续二阶凹槽结构的生长衬底；

步骤（3）、在所述具有连续二阶凹槽结构的生长衬底上依次外延出InAlAsP子电池、InGaAs子电池、Ge子电池；

步骤（4）在整个结构表面上利用CVD方法快速沉积Ge键合层，并平坦化以使得该平坦化后的Ge键合层完全覆盖多结光伏电池的所有外延层，并具有平坦的上表面；

步骤（5）提供另一衬底，并通过键合工艺键合到所诉平坦化Ge键合层上；刻蚀掉生长衬底完成衬底的转移；

进一步地，在步骤（3）中，在InAlAsP子电池、InGaAs子电池、Ge子电池之间形成有n++/p++隧道二极管，并且InAlAsP子电池与InGaAs子电池之间的n++/p++隧道二极管为n++ InGaP/p++ InGaAsP异质结隧道二极管；

进一步地，所述第二阶凹槽的深度至少大于第一阶凹槽深度的两倍；

进一步地，所述第一阶凹槽的深度为50~80um；所述第二阶凹槽的深度为150~200um；每两个二阶凹槽结构之间的间隔小于第一阶凹槽的深度；

进一步地，步骤（3）还包括在所述生长衬底上形成刻蚀停止层，在刻蚀停止层上依次外延窗口层、p++接触层；

进一步地，步骤（3）还包括在所述Ge子电池上依次外延背场层、n++Ge接触层、Ge缓冲层；

进一步地，步骤（5）具体为：所述另一衬底通过键合工艺键合到光伏电池的平坦化Ge键合层上；刻蚀掉生长衬底至刻蚀停止层，最后利用HCl溶液刻蚀掉刻蚀停止层完成衬底的转移；

进一步地，所述生长衬底为与InAlAsP晶格匹配的InP衬底；

进一步地，所述Ge子电池的基区厚度大于InGaAs子电池的基区厚度， InGaAs子电池的基区厚度大于InAlAsP子电池的基区厚度；

进一步地，Ge子电池的基区厚度为2.5微米、InGaAs子电池的基区厚度为约2.2微米、InAlAsP子电池的基区厚度为1.8-2.0微米；Ge子电池、InGaAs子电池、以及InAlAsP子电池的发射区厚度均为80-100纳米。

附图说明

图1-7为根据本发明的三子结化合物光伏电池各制备阶段的示意图；

图8a为根据本发明的的三子结化合物光伏电池制备完成后的示意图；

图8b为图8a中A区域的放大图，即本发明光伏电池各子结材料层示意图。

具体实施方式