[发明专利]多结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多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

近些年来，随着聚光光伏技术的发展，Ⅲ-Ⅴ族合物半导体太阳能电池因其高光电转换效率而越来越受到关注。

对于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体领域来言，为了能够更多吸收太阳光能量，多结太阳能电池被提出来，其将具有不同能隙的半导体元件堆叠在一起，如此可利用多种不同能隙的半导体材料层分别吸收不同能量的太阳光以增进光电转换效率。 在多结III-V族半导体串接太阳电池中，由于各分电池由p-n结组成，如果直接串联在一起，则由于p-n 结反偏而不导电，采用隧道结结构可以解决这一问题。

因此，如果能够提供高隧穿电流的隧道结，可以有效提高多结太阳能电池的光转换效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高隧穿电流的隧道结的多结太阳能电池及其制备方法。传统隧穿结与连接的两侧子电池晶格匹配，掺杂较高，带隙高，利用隧穿效应将子电池串联形成电学回路。本发明提出一种嵌入式隧穿结，将隧穿结嵌入存在晶格失配子电池的多结电池的渐变缓冲层中间，隧穿结与两侧渐变缓冲层失配，同时具有应力平衡和隧穿效应。

根据本发明的第一个方面，一种多结太阳能电池，至少包括晶格失配的第一子电池和第二子电池，一渐变缓冲层形成于所述第一、第二子电池之间，一隧穿结插入所述渐变缓冲层内，所述隧穿结与两侧渐变缓冲层失配，同时具有应力平衡和隧穿效应。

优选地，所述渐变缓冲层的材料可以为In_xAl_1-xP，In_xGa_1-xP，In_xGa_1-xAs或者InAlGaAs等。

优选地，所述隧穿结的晶格常数与两侧渐变缓冲层的晶格常数失配，较佳为略大于两侧渐变缓冲层的晶格常数。优选地，所述多结太阳能电池结构还包括一第三子电池，其与所述第二子电池连接，所述三结子电池构成倒装电池，其中第二、第三子电池的晶格常数匹配。

优选地，所述隧穿结为n++/p++-InGaP或n++/p++-AlInGaAs。

根据本发明的第二个方面，多结太阳能电池的制备方法，包括至少形成晶格失配的第一、第二子电池及一渐变缓冲层，所述形成的渐变缓冲层形成于第一、第二子电池之间，并在所述形成的渐变缓冲层内插入一隧穿结，所述形成的隧穿结与两侧渐变缓冲层失配，同时具有应力平衡和隧穿效应。

优选地，包括形成一第三子电池，其晶格常数与第二子电池匹配。

优选地，多结太阳能电池的制备方法，包括下面步骤：1）提供一生长衬底，在其上依次倒装生长第三子电池、第二子电池，其晶格常数与所述生长衬底匹配；2）在所述形成的第二子电池上外延生长一渐变缓冲层的底层；3）在所述形成的渐变缓层底层之上形成一隧穿结；4）在所述形成的隧穿结上继续外延生长渐变缓冲层，使得所述形成的隧穿结插入在渐变缓冲层，并与两侧渐变缓冲层失配，同时具有应力平衡和隧穿效应；5）在所述渐变缓冲层上倒装生长第一子电池，其晶格常数与所述第二、第三子电池失配。

优选地，所述形成的隧穿结的晶格常数与两侧渐变缓冲层的晶格常数失配。

在本发明中，连接第一、第二子电池之间的隧穿结插入到渐变缓冲层中，与两侧渐变缓冲层失配，两侧界面位错集中，穿透位错可以在此层扭曲、转向或者湮没，避免了穿透位错向P-N结有源区滑移，有效降低了结区位错密度；同时还能在一定程度上平衡了两侧应力，本身承担传统隧穿结隧穿效应的同时，还能通过高密度位错的漏电作用提供额外的短路电流，其作用相当于金属短路层和隧穿结的结合，能够有效减小串联电阻，提高填充因子和光电转化效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

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，不是按比例绘制。

图1为根据本发明实施的一种太阳能电池的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例之三结太阳能电池的结构示意图。

图中各标号表示：

110：上子电池结构；

120：渐变缓冲层I；