[发明专利]一种正向失配四结级联砷化镓太阳电池及其制备方法

摘要

本发明涉及一种正向失配四结级联砷化镓太阳电池，包括顶电池、子电池和底电池，顶电池上为接触层，顶电池和底电池之间依次为第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结、第三子电池、渐变缓冲层、第三隧穿结、缓冲层和成核层，底电池下为衬底。本发明中，顶电池、子电池、子电池和底电池的电流失配小，减小了光电转换过程中的热致损失，提高了电池效率；在子电池和第三隧穿结之间采用一个渐变缓冲层，避免了其它类型四结以上太阳电池采用两个或两个以上渐变缓冲层时较为严重的位错问题；本发明的方法不需要其他技术路线的剥离、金属键合或半导体键合等复杂工艺，电池性能的一致性和均匀性好，生产效率高，易于实现规模生产。

主权项

一种正向失配四结级联砷化镓太阳电池，包括顶电池、子电池和底电池，其特征在于：顶电池上为接触层，顶电池和底电池之间依次为第一隧穿结、第二子电池、第二隧穿结、第三子电池、渐变缓冲层、第三隧穿结、缓冲层和成核层，底电池下为衬底；所述顶电池为AlGaInP或GaxIn1‑xP顶电池，上下两个子电池为AlGaInAs子电池和GaInAs子电池，缓冲层为GaInAs缓冲层，成核层为GaInP成核层，底电池为Ge底电池，衬底为Ge衬底，顶电池和两个子电池三者晶格匹配，底电池与所述顶电池和两个子电池晶格失配；所述顶电池、子电池、子电池和底电池的禁带宽度为1.9eV、1.4eV、1.1eV和0.67eV；所述第一隧穿结、第二隧穿结和第三隧穿结均包含上层和下层，其中的上层可以是AlGaAs/GaInP，或者是AlGaAs/GaAs；其中的下层(势垒层)可以是Al(Ga)InP，或者是AlGaAs；所述第一隧穿结包括n型掺杂的GaInP层和p型掺杂的AlGaAs层；所述GaInP层的掺杂浓度为1×1019～1×1020cm‑3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1019～1×1020cm‑3、厚度0.01～0.02μm；所述第二隧穿结包括n型掺杂的GaAs层和p型掺杂的AlGaAs层；所述GaAs层的掺杂浓度为1×1019～1×1020cm‑3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1019～1×1020cm‑3、厚度0.01～0.02μm；所述第三隧穿结包括n型掺杂的GaAs层和p型掺杂的AlGaAs层；所述GaAs层的掺杂浓度为1×1019～1×1020cm‑3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs层的掺杂浓度为1×1019～1×1020cm‑3、厚度0.01～0.02μm；所述渐变缓冲层采用In组分线性渐进和/或步进的方法将Ge底电池和GaInAs子电池串联，包括GaxIn1‑xAs，其中Ga的组分由1.00变化至0.77，带隙小于1.1eV；所述顶电池、子电池均包括窗口层、发射区、基区和背场层；所述太阳电池使用MOCVD法或者MBE法依次生长制得成品；所述MOCVD法，Ge层的N型掺杂原子为As或P，其余层N型掺杂原子为Si、Se、S或Te，P型掺杂原子为Zn、Mg或C；所述MBE法中，Ge层的N型掺杂原子为As或P，其余层N型掺杂原子为Si、Se、S、Sn或Te，P型掺杂原子为Be、Mg或C。