[发明专利]倒装多结太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

    本发明涉及晶格匹配的倒装多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

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。传统GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池由于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。中国专利文献CN201010193582.1公开了一种采用倒装生长方式，其先生长与衬底GaAs晶格匹配的In_0.5Ga_0.5P和GaAs中顶电池，再通过渐变缓冲层(InGaP、InAlP或InGaAs)过渡到InGaAs底电池及后续的衬底剥离、新衬底键合等工艺逐步实施，实现整个电池的全结构制备。此技术的优点在于能够有效降低位错密度，剥离的衬底能够循环使用，降低了成本。整个制作过程中的主要技术难点在于：克服从GaAs 晶格常数0.5653 nm向In_0.3Ga_0.7As晶格常数0.5775 nm过渡时产生的2.15%的晶格失配，也就是异质结渐变缓冲层的生长；而且生长过程中会不可避免的产生穿透位错，这些位错会形成复合中心，降低电池的效率。             

         相较于晶格失配的InGaAs底电池，美国专利文献US20110232730A1公开了采用分子束外延（MBE）生长和GaAs衬底晶格匹配的GaInNAsSb五元系稀氮材料。MBE作为超高真空的晶体生长手段在工业化进程中，量产能力一直不如金属有机化学气相沉积（MOCVD）。传统的MBE外延生长，为保证结构均匀，一般采用单片外延，单质源的坩埚口径限制了量产能力，而MOCVD采用气相沉积，其反应室大，以Veeco E475为例，单炉（run）可以外延生长15~16片，量产能力较MBE高一个量级，即使工业级MBE，其量产能力也远不如MOCVD。

发明内容

本发明公开了一种晶格匹配的倒装多结太阳能电池及其制作方法，其先采用MOCVD设备进行宽带隙子电池外延结构生长，后采用MBE进行窄带隙子电池外延结构生长，从而获得高效率倒装多结太阳能电池。

本发明的具体技术方案为：倒装多结太阳能电池的制作方法，包括步骤：（1）提供一生长衬底，用于半导体材料的外延生长；（2）将所述生长衬底置于MOCVD设备中，在所述衬底上方采用MOCVD方法倒装生长第一外延结构，其具有多结子电池叠层；（3）将上述生长完成结构转移至MBE设备中，采用MBE方法在其上倒装形成第二外延结构，其至少包含一结子电池，形成串联倒装多结太阳能电池；其中第一外延结构的带隙大于第二外延结构的带隙。

采用本方法制作获得的倒装多结太阳能电池，其所述第一外延结构的晶格常数与第二外延结构的晶格常数匹配。

优选地，所述步骤（2）形成的第一外延结构还包括一形成于其顶面上的转移隔离层，在进行步骤（3）前，先去除所述转移隔离层，进行表面清洗，抛光至可直接外延状态（Epi-ready状态），然后将上述结构立即转移到MBE设备中进行步骤（3）。在一些较佳实施例中，所述步骤（2）包括下面子步骤：在所述生长衬底上形成刻蚀截止层；在所述刻蚀截止层上方采用MOCVD方法倒装生长具有宽带隙的多结子电池叠层，用于吸收短波端太阳光；在所述宽带隙多结子电池上形成转移隔离层；在完成步骤（2）后，采用选择蚀刻液蚀刻去除所述转移隔离层，并进行表面清洗，抛光至可直接外延状态（Epi-ready状态），然后将上述结构立即转移到MBE设备中进行步骤（3）。所述转移隔离层用以完成第一次外延生长后切换至不同生长设备（MBE设备）过程中隔离外界的大气氧化、硫化、有机污染、杂质吸附、水蒸气吸附，在进行下一次外延之前将其连同表面杂质一起腐蚀掉，从而起到保护其下功能层的作用。

优选地，所述步骤（2）的生长温度高于步骤（3）的生长温度。如此采用倒装生长规避了不同的衬底温度造成的影响，形成多结太阳能电池时，保护了已生长完毕宽带隙子电池，避免其遭受高温损伤。在一些具体实施例中，所述步骤（2）中MOCVD的生长温度可为620~700℃，步骤（3）中MBE的生长温度可为500~600℃。

优选地，前述倒装多结太阳能电池的制作方法还包括步骤（4）：对形成的倒装多结太阳能电池的外延结构的进行表面清洗、抛光，并键合支撑衬底、去除所述生长衬底、制作电极结构，实现倒装多结太阳能电池。