[发明专利]一种双面双结Si基GaAs太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双面双结Si基GaAs太阳能电池及其制备方法，包括：n‑Si层和n‑GaAs层；n‑Si层的上下表面分别掺杂形成p⁺‑Si层和n⁺‑Si层，p⁺‑Si层上依次形成有Si氧化物层和第一隧道结；n‑GaAs层的上下表面分别掺杂形成p⁺‑GaAs层和n⁺‑GaAs层，n⁺‑GaAs层上形成有GaAs氧化物层，GaAs氧化物层键合在第一隧道结上；在p⁺‑GaAs层、n‑GaAs层、n⁺‑GaAs层、GaAs氧化物层、第一隧道结和Si氧化物层刻蚀形成有导电沟槽，导电沟槽内填充有导电材料填充物；p⁺‑GaAs层和n⁺‑Si层上分别制备减反射层、欧姆接触层和金属电极。本发明通过刻蚀出导电沟道实现电池内部电子的有效输运，提高电池内部的电学特性，进而能够提高太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种双面双结Si基GaAs太阳能电池及其制备方法。

背景技术

Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池目前主要以GaAs基太阳能电池为代表，主要包括在GaAs衬底上外延生长的GaAs单结电池、AlGaAs/GaAs双结电池、InGaP/(In)GaAs双结电池、InGaP/GaAs/InGaAs应变三结电池。在锗(Ge)或Si衬底上也可以外延生长GaAs基太阳能电池，典型的如Ge衬底上生长GaAs多晶电池、InGaP/GaAs/Ge三结空间和聚光型电池等。借助键合、机械堆叠等技术可以将GaAs基电池和InP基电池、GaSb基电池、Si基电池等进行堆叠制备多结叠层电池。其中InGaP/(In)GaAs双结电池是在GaAs衬底上外延生长InGaP顶电池和(In)GaAs底电池，通过调节InGaP化合物中材料组分，可以实现各外延层与生长衬底的晶格匹配，从而获得较高的外延层晶体和界面质量，而且顶电池和底电池带隙处于理想双结电池带隙分布附近，通过调节子电池吸收层厚度，可以实现太阳光谱下的电流匹配，所以InGaP/(In)GaAs双结电池具有较高转换效率。

常规GaAs基太阳能电池直接制备在GaAs衬底上，但是这种常规结构具有一些固有缺点。GaAs衬底机械性能较差，质地较脆易碎，特别是对衬底进行减薄后机械性能更差。外延用GaAs衬底厚度一般是400μm，但是真正作为电池功能层厚度只有外延层的几微米厚，衬底占据电池重量和体积的绝大部分，同时也占据电池成本的很大一部分比例，造成材料的浪费和成本的增加。此外GaAs衬底的导电性能和导热性能相对较差，导电性差提升电池的串联电阻，产生额外的焦耳热，导热性能差会因为电池转换过程中产生的热不能及时传输并散发出去，导致电池的温度升高，特别是在聚光光伏条件下，大大降低电池的性能和寿命。

因此借助晶圆键合的方式实现GaAs子电池与Si子电池结合形成双结Si基GaAs太阳能电池会大大提高太阳能电池的性能。但是中间氧化层的存在会限制GaAs与Si之间电子的输运，进而影响太阳能电池整体的电学特性。虽然可以通过腐蚀和化学机械抛光(CMP)等工艺可以将GaAs与Si表面氧化物去除，但是在键合以及随后的退火工艺过程中不可避免地会在键合界面处引入氧元素。氧元素与Si和GaAs结合形成的氧化物会大大降低界面处的电学特性。因此有必要提出一种方法以提高键合界面的电学性能，进而提高太阳能电池的性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种双面双结Si基GaAs太阳能电池及其制备方法，实现了电子在Si子电池与GaAs子电池之间自由运动，不受中间氧化物电绝缘性的影响，提高太阳能电池的电学特性，进而实现提高太阳能电池光电转换效率的目的。

本发明公开了一种双面双结Si基GaAs太阳能电池，包括：n-Si层和n-GaAs层；

所述n-Si层的上下表面分别掺杂形成p⁺-Si层和n⁺-Si层，所述p⁺-Si层上依次形成有Si氧化物层和第一隧道结；