专利名称：一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多结太阳能电池，尤其是一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池。
背景技术：
众所周知，太阳电池是把光能转换为电能的光电子器件，在多结串接太阳电池中， 由于各子电池由p-n结组成，如果直接串联在一起，则由于p-n结反偏而不导电，采用隧穿 结结构可解决这一问题；隧穿结的峰值电流随着掺杂浓度的增大而递增、随着带隙的增大 而递减；为了获得高效率的太阳电池，必须采用高电导率、高隧穿电流的隧穿结，因而需要 使用低带隙材料隧穿结，增大隧穿结的掺杂浓度，解决由于高掺杂所带来的一系列工艺问 题，如掺杂剂的扩散等。在聚光条件下，现有光伏系统中的多结III-V材料化合物太阳电池已获得超过 40 %光电转换效率，并且在不久的将来会进一步得到提高，这也是目前光电转化效率唯一 达到40%的器件；与Si或其它薄膜电池相比，成本高昂使得多结III-V材料化合物太阳电 池的应用受限；目前解决这一成本——效率两难的方法在于使用高倍聚光系统，通过较便 宜的光学器件代替昂贵的电池材料，因此要求多结太阳电池要能工作在尽量高的聚光太阳 倍数，从而，要求高倍聚光太阳电池的隧穿结峰值电流尽量高(如在2000倍聚光太阳条件 下，电池的工作电流接近30A/cm2)，则要求电池的隧穿结峰值电流密度须远大于30A/cm2。目前，常用于GalnP/GalnAs/Ge多结太阳电池的隧穿结是n_GaAs/p-GaAs和 n-GalnP/p-AlGaAs，其中η型掺杂剂使用Si或Te，使用Si掺杂，掺杂浓度通常不超过 SXlO18cnT3，使用Te掺杂，虽然可以获得较高的掺杂浓度，但是由于Te在掺杂过程中具有滞 后效应，掺杂浓度不均勻，隧穿结很难获得高峰值电流；n-GalnP/p-AlGaAs隧穿结由于带 隙较大，也很难获得高峰值电流的隧穿结。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提出一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电 池。本发明解决上述问题所采用的技术方案是一种具有高峰值电流密度隧穿结的多 结太阳电池，含有高倍聚光型GalnP/GalnAs/Ge三结太阳电池，其特征是连接Ge底电池、 GaInAs中电池和GaInP顶电池的隧穿结共有五层，第一层是η型(AlxGa1J InP或AlGaAs防 扩散薄膜，第二层是使用Si、Te共掺的GaAs薄膜，第三层是使用Te掺杂的GaAs薄膜，第四 层是使用C掺杂的AlGaAs薄膜，第五层是ρ型(AlxGa1J InP或AlGaAs防扩散薄膜。制备上述多结太阳电池的工艺步骤如下1)在MOCVD系统中，使用P型Ge作为衬底，生长第一结Ge底电池。2)紧接着生长一层掺Si或Te的η型(AlxGa1J InP或AlGaAs防扩散层，生长温 度为630 670°C，生长速率为0. 3 0. 5nm/s,厚度为30 50nm。
3)在MOCVD系统中，降温至580 620°C，使用慢速生长一层Si、Te共掺的GaAs薄膜，生长速率为0. 04 0. 08nm/s,厚度是1 5nm。4)紧接着生长一层掺Te的GaAs薄膜，生长温度为580 620°C，生长速率为 0. 2 0. 4nm/s,厚度为 15 25nm。5)紧接着生长一层掺C的AlGaAs薄膜，生长温度为580 620°C，生长速率为 0. 15 0. 3nm/s,厚度为15 30nm，使用C掺杂的AlGaAs薄膜的Al组分是0 0. 3。6)在MOCVD系统中，升温至630 670°C，紧接着生长一层掺Zn或C的ρ型 (AlxGa1J InP或AlGaAs防扩散层，生长温度为630 670°C，生长速率为0. 3 0. 5nm/s, 厚度为30 50nm。7)在MOCVD系统中，生长GaInAs中电池。8)重复以上2) 6)的步骤生长第二个隧穿结。9)紧接着生长GaInP顶电池和GaAs欧姆接触层，完成高倍聚光多结电池的生长。本发明可以获得掺杂浓度高、界面陡峭的隧穿结，其峰值电流密度大于150A/cm2， 含有所述隧穿结的多结太阳电池可在高于2000倍太阳聚光的条件下工作。
图1是本发明高倍聚光多结太阳电池隧穿结结构示意图。图中100 :Ge底电池；200 :n 型(AlxGa1J InP 或 AlGaAs 薄膜；210 :Si、Te 共掺的 GaAs 薄膜；220 使用Te掺杂的GaAs薄膜；230 使用C掺杂的AlGaAs薄膜；240 φ 型(AlxGa1J InP 或 AlGaAs 薄膜300 =GaInAs 中电池；400 第二个隧穿结；500 :GaInP 顶电池；600 :GaAs欧姆接触层。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1所示的一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，连接Ge底电池 100、GaInAs中电池300和GaInP顶电池500的隧穿结共有五层，第一层防扩散层是η型 GaInP薄膜200 ；第二层是Si、Te共掺的GaAs薄膜210 ；第三层是Te掺杂的GaAs薄膜220 ； 第四层是C掺杂的AlGaAs薄膜230 ；第五层防扩散层是ρ型AlGaInP薄膜240。上述的高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，其制备步骤如下在MOCVD系统中，生长完第一结Ge底电池100。生长一层η型防扩散层GaInP薄膜200，生长温度为650°C，生长速率为0. 3nm/s, 厚度为50nm，Si掺杂浓度为IX 1018Cm_3。将生长温度降至600°C，使用慢速生长一层Si、Te共掺的GaAs薄膜210，生长速率为0. 05nm/s,厚度为5nm，掺杂浓度为1 X IO19CnT3。紧接着生长一层掺Te的GaAs薄膜220，生长温度为600°C，生长速率为0.3nm/s, 厚度为18nm，掺杂浓度为1 X1019CnT3。紧接着生长一层掺C的AlGaAs薄膜230，生长温度为600°C，生长速率为0.2nm/s, 厚度为25nm，掺杂浓度为2X 102°CnT3。将生长温度升至650°C，生长一层掺Zn的防扩散层AlGaInP薄膜240，生长速率为 0. 4nm/s,厚度为50nm，掺杂浓度为1 X IO1W30在MOCVD系统中，生长完GaInAs中电池300之后，重复第一个隧穿结生长过程， 即重复GaInP薄膜200 — Si、Te共掺的GaAs薄膜210 —掺Te的GaAs薄膜220 —掺C的 AlGaAs薄膜230 — AlGaInP薄膜240的生长过程，以生长第二个隧穿结400，紧接着生长 GaInP顶电池500和欧姆接触层600，完成高倍聚光多结电池的生长。
权利要求
一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，含有高倍聚光型GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池，其特征是连接Ge底电池、GaInAs中电池和GaInP顶电池的隧穿结共有五层，第一层是n型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防扩散薄膜，第二层是使用Si、Te共掺的GaAs薄膜，第三层是使用Te掺杂的GaAs薄膜，第四层是使用C掺杂的AlGaAs薄膜，第五层是p型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防扩散薄膜。
2.如权利要求1所述的一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，其特征在 于所述Si、Te共掺的GaAs薄膜的厚度为1 5nm。
3.如权利要求1所述的一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，其特征在 于所述使用Te掺杂的GaAs薄膜的厚度为15 25nm。
4.如权利要求1所述的一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，其特征在 于所述使用C掺杂的AlGaAs薄膜的厚度为15 30nm。
5.如权利要求1所述的一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，其特征在 于所述使用C掺杂的AlGaAs薄膜的Al组分是O 0. 3。
全文摘要
本发明公开一种具有高峰值电流密度隧穿结的多结太阳电池，特别地是一种高倍聚光型GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池，连接Ge底电池、GaInAs中电池和GaInP顶电池的隧穿结共有五层，第一层是n型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防扩散层，第二层是使用Si、Te共掺的GaAs薄膜，第三层是使用Te掺杂的GaAs薄膜，第四层是使用C掺杂的AlGaAs薄膜，第五层是p型(AlxGa1-x)InP或AlGaAs防扩散层。通过本发明可以获得隧穿结峰值电流密度大于150A/cm2，含有所述隧穿结的多结太阳电池可在高于2000倍太阳聚光的条件下工作。
文档编号H01L31/0352GK101814543SQ201010131540
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者丁杰, 吴志强, 林桂江, 王良均 申请人:厦门市三安光电科技有限公司