多結太陽能電池外延結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于化合物半導體薄膜太陽能電池的外延生長領域，具體涉及一種多結太陽能電池外延結構。
【背景技術】
[0002]II1-V族化合物半導體多結太陽能電池是轉換效率最高的一種太陽能電池，同時具有耐高溫性能強、抗輻射能力強、輕薄、溫度特性好等優點。近年來，隨著聚光光伏技術的發展和移動能源應用的發展，GaAs及相關化合物ΙΙΙ-ν族太陽能電池因其高光電轉換效率而越來越受到關注。同時，配合優異的襯底剝離技術，實現襯底的多次重復利用，能夠進一步降低GaAs及相關化合物II1-V族太陽能電池芯片的成本，同時減輕電池芯片重量。因此基于II1-V族化合物半導體多結太陽能電池的光伏發電技術具有非常廣泛的市場發展前景。
[0003]對于本領域技術人員而言，GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池是目前轉換效率最高的II1-V族化合物半導體三結太陽能電池。該類型太陽能電池的優點是各個子電池的帶隙寬度和電流都基本匹配。目前，GalnP/GaAs/InGaAs三結薄膜電池在AM1.5G下的最高轉換效率已達37.9%。
[0004]圖2顯示一種傳統的GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池的外延結構的示意圖。如圖2所示，該傳統的GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池的外延結構依次包括:
[0005]GaAs 襯底 101，；
[0006]生長在GaAs襯底101’上的GaAs緩沖層102’ ；
[0007]生長在GaAs緩沖層102’上的AlGaAs腐蝕剝離層a’ (或標示為103’ )；
[0008]生長在AlGaAs腐蝕剝離層a’上的歐姆接觸層104’ ；
[0009]生長在歐姆接觸層104’上的GalnP子電池b’，該GalnP子電池b’依次包括窗口層105’、發射區106’、基區107’和背場區108’ ;
[0010]生長在GalnP子電池b’上的第一隧穿結c’，該第一隧穿結c’依次包括AlGaAs層109’ 和 GalnP 層 110’ ；
[0011]生長在第一隧穿結c’上的GaAs子電池d’，該GaAs子電池d’依次包括窗口層111’、發射區112’、基區113’和背場區114’ ；
[0012]生長在GaAs子電池d’上的第二隧穿結f’，該第二隧穿結f’依次包括AlGaAs層115’ 和 GalnP 層 116’ ；
[0013]生長在第二隧穿結 f’ 上的 N 型摻雜 A1 InGaAs、GalnP、AlGalnP、GalnPAs，AlGalnAsP等材料構成的晶格過渡層e’ (或標示為117’ );
[0014]生長在晶格過渡層e’上的InGaAs子電池g’ ；和生長在InGaAs子電池g’上的InGaAs 接觸層 122’。
[0015]然而，這種傳統的GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池的生長有一個問題。為了實現帶隙寬度和電流的匹配，InGaAs子電池必須在晶格失配的條件下生長。為了在晶格失配的情況下生長低位錯密度InGaAs材料，通常需要生長厚度達數微米的晶格過渡層來減小外延層的位錯密度，這不但提高了電池的制造成本，同時也增加了電池的重量，限制了電池的應用環境。因此，如何在改善三結電池效率的情況下，進一步減輕電池重量，降低電池制造成本，成為了改善GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池的一個極為重要的方面。
【實用新型內容】
[0016]本實用新型的目的旨在進一步提高多結太陽能電池的光電轉換效率和/或降低制造成本。
[0017]根據本實用新型的一個方面，提供一種多結太陽能電池外延結構，包括:包括層疊布置的第一子電池、第二子電池和第三子電池，其中，
[0018]第一子電池和第二子電池具有一致的晶格常數，第二子電池和第三子電池具有不同的晶格常數，
[0019]在第二子電池和第三子電池之間設置有反射漸變層，所述反射漸變層構造用用于對透過第二子電池基區的光譜進行反射；并且
[0020]所述反射漸變層包括層疊布置的多組分布式布拉格反射層，其中，在每組分布式布拉格反射層內部，材料的晶格常數不變；從第二子電池到第三子電池，各組分布式布拉格反射層的晶格常數逐漸變化，使得最靠近第二子電池的一組分布式布拉格反射層的晶格常數接近第二子電池的晶格常數，而最靠近第三子電池的一組分布式布拉格反射層的晶格常數接近第三子電池的晶格常數；且整個反射漸變層材料的禁帶寬度都不小于第二子電池基區的禁帶寬度。
[0021]根據本實用新型的一個實施例，所述的多結太陽能電池外延結構還包括至少一個另外的子電池。
[0022]根據本實用新型的一個實施例，第一子電池為GalnP子電池，第二子電池為GaAs子電池，第三子電池為InGaAs子電池；且每組分布式布拉格反射層由yInyAs和AlxGai x yInyAs的周期性多層結構構成，且同一組分布式布拉格反射層內，In的組分比例值y為定值；不同組的分布式布拉格反射層之間，y逐漸變化以使得各組分布式布拉格反射層的晶格常數從第二子電池到第三子電池逐漸增加，且A1的組分比例值X變化以使得各組分布式布拉格反射層中所有材料的禁帶寬度Eg都不小于GaAs子電池基區的禁帶寬度。
[0023]根據本實用新型的一個實施例，在所述反射漸變層中，各層A1: yInyAs的厚度相同，各層AlxGa: x yInyAs的厚度也相同，且各層Al: yInyAs的厚度等于各層AlxGa: x yInyAs的厚度，且每層A1: yInyAs或每層AlxGai x yInyAs的厚度根據GaAs子電池的吸收截止波段確定。
[0024]根據本實用新型的一個實施例，在第二子電池上設置所述反射漸變層；且在所述反射漸變層和第三子電池之間設置第二隧穿結。
[0025]根據本實用新型的一個實施例，第一子電池和第二子電池之間設置有第一隧穿結。
[0026]根據本實用新型的一個實施例，所述的多結太陽能電池外延結構，還包括:GaAs襯底；在GaAs襯底上的一層GaAs緩沖層；在GaAs緩沖層上的腐蝕剝離層；在腐蝕剝離層上的GaAs歐姆接觸層；其中，所述第一子電池形成在所述歐姆接觸層上。
[0027]根據本實用新型的一個實施例，所述的多結太陽能電池外延結構，還包括:在所述第三子電池上形成的InGaAs接觸層。
[0028]根據本實用新型的多結太陽能電池外延結構，與傳統技術相比，在多結太陽能電池的兩個子電池之間，采用反射漸變層代替傳統的晶格過渡層材料，在提高電池的光電轉換效率的同時，能夠減小電池的厚度，減輕電池的重量，整體降低電池的制造成本。
【附圖說明】
[0029]圖1顯示根據本實用新型的一個實例性實施例的三結太陽能電池結構的示意圖；和
[0030]圖2顯示一種傳統的GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池的外延結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面詳細描述本實用新型的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中相同或相似的標號表示相同或相似的元件。下面參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0032]以下參照圖1說明根據本實用新型的一個實例性實施例的GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池結構的示意圖。如圖1所示，GalnP/GaAs/InGaAs三結太陽能電池的外延結構，包括:
[0033]GaAs 襯底 101;
[0034]在GaAs襯底上的一層GaAs緩沖層102 ；
[0035]在GaAs緩沖層上的腐蝕剝離層103或(a)，所述腐蝕剝離層可由在GaAs緩沖層上外延生長的Alfai xAs形成，其中0.7 < X < 1 ;
[0036]在所述AlxGai xAs腐蝕剝離層上的一層N型摻雜GaAs歐姆接觸層104 ；