本實用新型屬于砷化鎵太陽電池結構技術領域，尤其是一種正向生長的匹配四結太陽能電池。
背景技術：
砷化鎵是一種重要的半導體材料，屬III-V族化合物半導體，化學式為GaAs，是閃鋅礦型晶格結構，其可以制成電阻率比硅、鍺高三個數量級以上的半絕緣高阻材料，經過人們的研究，砷化鎵作為高效太陽能電池的材料性能也很優異。目前，某些公司研制的正向匹配三結級聯GaInP/GaAs/Ge太陽電池在AM0光譜下的轉換效率都接近30.0％，但電池的光電流密度通常受限于頂電池，底電池上冗余的光電流密度不能被有效的利用，使其不能實現全光譜的吸收利用；同時三結級聯砷化鎵太陽電池有相當一部分大于對應子電池禁帶寬度的能量以熱能形式損失。為了解決上述問題，人們經過研究，制備出四結砷化鎵太陽電池和五結砷化鎵太陽電池，這些結構能夠保證各個子電池的外延質量，但是仍然存在歐姆損耗和光學損失的問題，所使用的鍵合技術要求兩個襯底，提高了制造成本。
技術實現要素：
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供成本合理、電流失配小、電池效率高、性能優異的一種正向生長的匹配四結太陽能電池。
本實用新型采取的技術方案是：
一種正向生長的匹配四結太陽能電池，其特征在于：包括底電池、子電池和頂電池，頂電池上為接觸層，頂電池和底電池之間依次為第三隧穿結、上子電池、第二隧穿結、下子電池、第一隧穿結、緩沖層和成核層；所述頂電池為AlGaInP頂電池，所述上子電池為AlGaAs 子電池，所述下子電池為GaInAsNSb子電池，所述緩沖層為GaInAs緩沖層，所述成核層為 GaInP成核層，所述底電池為Ge底電池，所述襯底為Ge襯底，所述頂電池、上子電池、下子電池和底電池晶格匹配。
而且，所述頂電池、上子電池、下子電池和Ge底電池的禁帶寬度分別為2.0eV、1.5eV、 1.1eV和0.67eV。
而且，所述第一隧穿結為AlGaAs層和GaAs層；第二隧穿結為AlGaAs層和GaAs層；第三隧穿結為GaInP層和AlGaAs層。
而且，所述第一隧穿結包括p型摻雜的AlGaAs層和n型摻雜的GaAs層；所述AlGaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度 0.01～0.02μm；
所述第二隧穿結包括p型摻雜的AlGaAs層和n型摻雜的GaAs層；所述AlGaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～ 0.02μm；
所述第三隧穿結包括p型摻雜的GaInP層和n型摻雜的AlGaAs層；所述GaInP層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～ 0.02μm。
而且，所述頂電池、上子電池和下子電池均包括窗口層、發射區、基區和背場層。
本實用新型的優點和積極效果是：
本實用新型中，AlGaInP頂電池、AlGaAs子電池、GaInAsNSb子電池和Ge底電池的禁帶寬度分別為2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV，各個電池的電流失配小，減小了光電轉換過程中的熱致損失，提高了電池效率；最下方的襯底為Ge襯底，降低了成本；制造時不需要其他技術路線的剝離、金屬鍵合或半導體鍵合等復雜工藝，成品率可以達到50％以上，電池性能的一致性和均勻性好，生產效率高，易于實現規模生產。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本實用新型進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本實用新型的保護范圍。
一種正向生長的匹配四結太陽能電池，如圖1所示，本實用新型的創新在于：包括底電池10、子電池和頂電池2，頂電池上為GaAs歐姆接觸層1，頂電池和底電池之間依次為第三隧穿結3、上子電池4、第二隧穿結5、下子電池6、第一隧穿結7、緩沖層8和成核層9；所述頂電池為AlGaInP頂電池，所述上子電池為AlGaAs子電池，所述下子電池為GaInAsNSb子電池，所述緩沖層為GaInAs緩沖層，所述成核層為GaInP成核層，所述底電池為Ge底電池，所述襯底為Ge襯底11，所述頂電池、上子電池、下子電池和底電池晶格匹配。
本實施例中，頂電池、上子電池、下子電池和Ge底電池的禁帶寬度分別為2.0eV、1.5 eV、1.1eV和0.67eV。所述第一隧穿結為AlGaAs層71和GaAs層72；第二隧穿結為AlGaAs 層51和GaAs層52；第三隧穿結為GaInP層31和AlGaAs層32。
上述各個隧穿結具體結構是：
所述第一隧穿結包括p型摻雜的AlGaAs層和n型摻雜的GaAs層；所述AlGaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～ 0.02μm；
所述第二隧穿結包括p型摻雜的AlGaAs層和n型摻雜的GaAs層；所述AlGaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述GaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～ 0.02μm；
所述第三隧穿結包括p型摻雜的GaInP層和n型摻雜的AlGaAs層；所述GaInP層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～0.02μm；所述AlGaAs層的摻雜濃度為1×1020cm-3、厚度0.01～ 0.02μm。
所述頂電池、上子電池和下子電池如圖1所示，三者均包括窗口層、發射區、基區和背場層，具體是：
1.AlGaInP頂電池包括AlInP窗口層21、AlGaInP發射區22、AlGaInP基區23和AlInP 背場層24；
2.AlGaAs子電池包括AlGaInP窗口層41、GaInP發射區42、AlGaAs基區43和GaInP背場層44；
3.GaInAsNSb子電池包括AlGaAs窗口61、GaInAsNSb發射區62、GaInAsNSb基區63和 AlGaAs背場層64。
上述正向生長的匹配四結太陽能電池可以使用MOCVD法或者MBE法依次生長制得成品。
MOCVD法，Ge層的N型摻雜原子為As或P，其余層N型摻雜原子為Si、Se、S或Te，P 型摻雜原子為Zn、Mg或C。
MBE法中，Ge層的N型摻雜原子為As或P，其余層N型摻雜原子為Si、Se、S、Sn或Te， P型摻雜原子為Be、Mg或C。
以MOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學氣相沉淀)為例，在p形Ge襯底上依次外延生長Ge底電池、GaInP成核層、GaInAs緩沖層、第一隧穿結、GaInAsNSb子電池、第二隧穿結、AlGaAs子電池、第三隧穿結和AlGaInP頂電池、以及n型重摻雜的GaAs接觸層。
本實用新型中，AlGaInP頂電池、AlGaAs子電池、GaInAsNSb子電池和Ge底電池的禁帶寬度分別為2.0eV、1.5eV、1.1eV和0.67eV，各個電池的電流失配小，減小了光電轉換過程中的熱致損失，提高了電池效率；最下方的襯底為Ge襯底，降低了成本；制造時不需要其他技術路線的剝離、金屬鍵合或半導體鍵合等復雜工藝，成品率可以達到50％以上，電池性能的一致性和均勻性好，生產效率高，易于實現規模生產。