一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明提供一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池的外延结构依次包括Ge衬底、GaAs缓冲层，AlGaAs/AlAs?DBR，AlInP/AlGaInP?DBR，AlGaAs背场层，GaAs?n-基层，GaAs发射层，AlGaAs窗口层，GaAs电极接触层；其中，AlGaAs/AlAs?DBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层构成的复合结构，采用MOCVD法制得。本发明使用半导体GaAs薄膜材料生长代替常规的单晶硅、多晶硅太阳能电池，转换效率达25%，显著提高了GaAs薄膜单结太阳能电池转化效率。
【专利说明】—种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池及其制 备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的制备方法，属 于光电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳电池的发展，最早可追溯自1954年由Bell实验室的发明，当时的目的是希望 能提供偏远地区供电系统的能源，那时太阳电池的效率只有6%。接着从1957年苏联发射第 一颗人造卫星开始，一直到1969年美国太空人登陆月球，太阳电池的应用得以充分发挥。 虽然当时太阳电池的造价昂贵，但其对人类历史的贡献却是具有深远历史意义的。近年来 全球的通讯市场蓬勃发展，各大通讯计划不断提出，例如Motorola公司的铱(Iridi ii m)计 划，将使用66颗低轨道的卫星(LEO)，Bill Gates之Teledesic计划，预计将使用840颗 LEO卫星，这些都将促使太阳电池被广泛地使用在太空中。
[0003]人类发展太阳电池的最终目标，就是希望能取代目前传统的能源。我们都知 道太阳的能量是取之不尽用之不竭的，从太阳表面所放射出来的能量，换算成电力约 3.8X 1023kff ;若太阳光经过一亿五千万公里的距离，穿过大气层到达地球的表面也约有
1.8X 1014kW，这个值大约为全球平均电力的十万倍大。若能有效的运用此能源，则不仅能 解决消耗性能源的问题，连环保问题也可一并获得解决。目前太阳电池发展的瓶颈主要有 两项因素:一项为效率，另一项为价格。
[0004]太阳电池是一种能量转换的光电元件，它是经由太阳光照射后，把光的能量转换 成电能，此种光电元件称为太阳电池(Solar Cell)。从物理学的角度来看，有人称之为 光伏电池(Photovoltaic,简称PV),其中的photo就是光(light),而voltaic就是电力 (electricity)。太阳电池的种类繁多，若依材料的种类来区分,可分为单晶娃(single crystal silicon)、多晶娃(polycrystal silicon)、非晶娃(amorphous silicon,简称 a-Si)、II1- 乂族[包括:砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓铟(InGaP) ]、I1- VI族[包 括:碲化镉(CdTe)、硒化铟铜(CuInSe2)]等。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能 源。大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之
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[0005]制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光 能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为:1、硅太阳能电池；2、 以无机盐如砷化镓II1-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分 子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。
[0006]当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特 殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半 导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦 扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。如图1所示。
[0007]当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。由于半导体不是电的良导体，电子在通过PN结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖PN结，以增加入射光的面积。
[0008]另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到5%甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池(通常是36个)并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。
[0009]近年来，随着空间科学和技术的发展，对空间电源提出了更高的要求。80年代初期，苏联、美国、英国、意大利等国开始研究GaAs基系太阳电池。80年代中期，GaAs太阳电池已经用于空间系统，如1986年苏联发射的和平号空间站，装备了 IOKW的GaAs太阳电池，单位面积比功率达到180W/m2。8年后，电池阵输出功率总衰退不大于15%。这些年，GaAs基系太阳电池经历了从LPE (液相外延)到MOVPE (金属有机物化学气相沉淀)，从同质外延到异质外延，从单结到多结叠层结构发展变化。其效率不断提高，从最初的16%增加到25%，工业生产规模年产达100KW以上，并在空间系统得到广泛的应用。更高的效率减小了阵列的大小和重量，增加了火箭的装载量，减少火箭燃料消耗，因此整个卫星电源系统的费用更低。
[0010]美国率先在80年代中期制定计划，发展MOVPE同质外延GaAs太阳电池，并于80年代中期实现批量生产。例如，美国太阳能公司当时生产的GaAs/GaAs太阳电池，批量生产平均效率达17%(AM0，28°C )。除苏联和平号空间站采用了 GaAs/GaAs太阳电池外，1995年发射的阿根廷科学卫星SAC.B和1997年发射的SUNSAT卫星上也采用了单结GaAs太阳电池。
[0011]尽管GaAs/GaAs电池的各种优点，但GaAs/GaAs太阳电池具有单晶材料成本高、机械强度较差等不足之处，不符合空间电源低成本、高可靠的要求。为克服这一缺点，1983年开始逐步以Ge单晶代替GaAs单晶衬底。将GaAs电池生长在与GaAs的晶格常数及热胀系数十分接近的Ge衬底上，可获得与生长在GaAs衬底上的电池相当的效率；同时，Ge的机械强度比GaAs高，将GaAs电池生长在更薄的Ge衬底上，可提高重量比功率，将更适用于空间。此外，Ge单晶价格只有GaAs单晶的40%左右，可显著降低电池成本。
[0012]CN102054884AC200910198508.6)公开了一种空间太阳同步轨道下工作的GaAs/Ge单结砷化镓太阳电池阵。本发明利用高效GaAs/Ge太阳电池的光伏特性，在光照期将光能转换为电能为负载提供稳定闻效的电能，其由左右两翼，6块太阳电池板，共12998片GaAs/Ge单结砷化镓太阳电池片组成，构成单元主要包括基板、叠层GaAs/Ge太阳电池、连接件与输电电路等。本发明GaAs/Ge单结砷化镓太阳电池阵具有效率高、温度系数低、抗辐照性能强、可靠性高的特点，其可适应LEO粒子辐射区与高能量低密度等离子区辐射与充电环境，并完全适用于太阳同步轨道温度交变频率高的工作条件。该发明侧重于太阳能电池板的利用。CN101764174A(CN200810207794.3)公开了一种聚光多结砷化镓太阳电池的制造方法，它包括在锗单晶片衬底上制作多结砷化镓外延片、在外延片上涂布一层黑胶保护层，衬底采用腐蚀工艺减薄厚度、在衬底镀一层钯/银/金作为下电极、在外延片上采用负胶光刻工 艺光刻出电极图形，并在电极图形上镀金锗镍/银/金作为上电极、在上电极上再蒸镀一层 减反射膜以及去胶金属化后划成需要的尺寸等步骤。本发明聚光多结砷化镓太阳电池的制 造方法采用刻槽和腐蚀台面工艺，降低了电池的漏电流损失，提高了填充因子和开路电压， 因此效率也显著提高，产品合格率也显著增加。该发明利用光刻工艺提高转化效率，但是成 本昂贵，可实施性较低。CN101859807A (CN201010189176.8)公开了一种GaAs单结太阳能 电池，在电池外延层的表面形成有电极和双层减反膜，双层减反膜的上层膜采用折射率小 于下层膜的材料，下层膜采用折射率位于上层膜和窗口层折射率之间的光致发光材料。光 致发光材料能够吸收GaAs不能吸收波段的太阳光，并将这部分光转化为能被GaAs所吸收 的光，其最终结果是更宽波段的太阳光将被GaAs太阳能电池所吸收并转换为电能，拓宽了 GaAs单结太阳能电池对太阳光的吸收波段，提高了电池的光电转换效率。该发明利用双层 减反膜技术，提高了光的利用率，但是波段拓宽能力极为有限。中国专利文献CN 1941422A 公开了一种具有布拉格反射器的n/p型高抗福射GaAs太阳电池,在缓冲层与一基区制作一 层布拉格反射器结构，该布拉格反射器使用7个周期的铝镓砷/镓砷材料，共生长约0.9 y m 厚，能对光子进行重新吸收而产生新的电子空穴对，增加转化效率，但是仅使用这种布拉格 反射层对低能级的光子不能反射，全部被衬底吸收，增大了工作温度，减少了太阳能电池的 寿命。该发明采用了单层DBR结构，采用了铝镓砷/镓砷的反射层，但是吸收能力有限。
[0013]综上，现有的单晶、多晶娃、有机物太阳能电池转化效率不闻，而使用Ge衬底生长 GaAs单结太阳能电池，但在GaAs/Ge太阳能电池结构材料的生长中，Ge、GaAs单晶材料在 晶格常数和热膨胀系数方面还存在一定差异，这些差异在太阳能电池结构材料的生长中 会导致各种缺陷的产生，严重影响了太阳能电池的性能。
【发明内容】
[0014]针对现有技术的不足，本发明提供一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能 电池及其制备方法。
[0015]术语说明:
[0016]DBR:分布式布拉格反射镜，Distributed Brag Reflector。也称布拉格反射层。
[0017]MOCVD:金属有机化学气相沉积，MOCVD法是半导体化合物生长的常规技术。
[0018]TMGa:中文名为三甲基镓，分子式为Ga(CH3)3。
[0019]TMAl:中文名为三甲基铝，分子式为[(CH3)3A1]2。
[0020]载流子浓度:掺杂半导体中单位体积内的电子或空穴数。单位lE18cnT3含义是每 立方厘米中含有1*1018个原子。
[0021]本发明的技术方案如下:
[0022]一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，包括采用MOCVD法制得外延 结构，该太阳能电池的外延结构依次包括Ge衬底、GaAs缓冲层，AlGaAs/AlAs DBR, AlInP/ AlGaInP DBR, AlGaAs背场层，GaAs n_基层，GaAs发射层，AlGaAs窗口层，GaAs电极接触 层；其中，AlGaAs/AlAsDBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层构成
的复合结构。
[0023]本发明含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，使用Ge衬底作为衬底，采用MOCVD法依次生长缓冲层、AlGaAs/AlAs DBR、AlInP/AlGaInP DBR，背场层，η-基层，发射
层，窗口层，电极接触层，完成一个完整的单层太阳能结构。
[0024]其中，GaAs缓冲层用于和原衬底实现完美的晶格匹配，避免衬底表面与新生长材料带来的缺陷与位错，并为下一步生长提供了新鲜的界面；AlGaAs/AlAs DBR、AlInP/AlGaInP DBR组成复合布拉格反射层，作用是能对所有能态的光子进行重新吸收而产生新的电子空穴对，扩大光谱吸收范围，增加转化效率；背场层因为其禁带宽度比较高，能降低背面的电子复合，起到阻止电子流失的作用；n_基层则为电子聚集提供了场所；发射层为空穴聚集提供了场所；而窗口层，因为其禁带宽度最高，所以能起到钝化表面，降低非辐射复合，为空穴能在发射层聚集起到阻止作用；位于最上层的电极接触层，则是起到接通电极的作用。
[0025]根据本发明，优选的，Ge衬底厚度为150-200 μ m ；
[0026]根据本发明，优选的，GaAs缓冲层厚度为0.3~1.5 μ m，载流子浓度为lE18cm_3~6E19cm3 ；
[0027]根据本发明，优选的，AlGaAs/AlAs DBR依次是反射600nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR、反射 650nm光谱的 5~10 对 AlGaAs/AlAs DBR、反射 700nm 光谱的 5~10 对 AlGaAs/AlAs DBR，载流子浓度为 lE18cnT3 ~9E18cnT3 ；
[0028]上述反射600nm、650nm、700nm三个波段光的三种反射层的厚度分别是
0.2~0.3 μ m、0.2~0.3 μ m、0.2~0.4 μ m, AlGaAs/AlAs DBR 总厚度 0.6~1.0 μ m。
[0029]AlInP/AlGalnP DBR厚度为0.2~0.4 μ m，用来反射低能态的光子，提高转化效率，载流子浓度为2E18cnT3~lE19cnT3 ；
[0030]AlGaAs 背场层厚度为 0.1-θ.5 μ m,载流子浓度 lE18cnT3 ~4E19cnT3 ；
[0031]GaAs n_基层厚度为2~5 μ m，载流子浓度为lE17cnT3~5E18cnT3 ；
[0032]GaAs发射层厚度为0.05~0.5 μ m,载流子浓度为lE18cnT3~8E19cnT3 ；
[0033]AlGaAs窗口层厚度为20~IOOnm,载流子浓度为lE18cm 3~2E19cm 3 ；
[0034]GaAs电极接触层厚度为0.2~I μ m,载流子浓度8E18cnT3~5E19cm_3。
[0035]根据本发明，一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的制备方法，包括采用MOCVD法制备外延结构，包括以下步骤:
[0036]I JfGe衬底放入反应室，在350-600°C的温度范围内生长一层0.3~1.5μπι厚的GaAs材料的缓冲层，载流子浓度为lE18cnT3~6E19cnT3 ；
[0037]2、在缓冲层上面于40(T75(TC的温度先生长复合结构的AlGaAs/AlAs DBR:首先生长反射600nm光谱的5-10对AlGaAs/AlAs DBR,然后调整生长厚度生长反射650nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAsDBR，再调整生长厚度生长反射700nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAsDBR用来反射大部分的光子，其载流子浓度为lE18cnT3~9E18cnT3 ;反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层生长厚度分别是0.2~0.3 μ m、0.2~0.3 μ m、0.2~0.4 μ m。
[0038]3、在生长好的AlGaAs/AlAs DBR上面再次生长2~5对AlInP/AlGalnP作为第二布拉格反射层，厚度0.2^0.4 μ m，用来反射低能态的光子，提高转化效率，载流子浓度为2E18cm 3 ~lE19cm 3 ；
[0039]4、在500-800°C的温度范围内，继续生长一层0.f 0.5 μ m厚的AlGaAs材料作为背场层，载流子浓度lE18cnT3~4E19cnT3 ；[0040]5、继续在背场层上生长，在500-700°C范围内，生长一层n_基层，n_基层的材料是 GaAs,厚度在2?5 u m,其载流子浓度为lE17cnT3?5E18cnT3 ；
[0041]6、在550-80(TC的温度条件下，继续生长一层发射层，发射层材料是GaAs，厚度在
0.05?0.5 u m，其载流子浓度为lE18cm_3?8E19cnT3 ；
[0042]7、在500-700°C的条件下，在发射层上面继续生长一层窗口层，窗口层材料为 AlGaAs,厚度为20?IOOnm,载流子浓度为lE18cm 3?2E19cm 3 ；
[0043]8、最上面一层，在温度500-800°C范围内生长电极接触层，电极接触层材料为 GaAs,厚度为0.2?I u m,载流子浓度8E18cm 3?5E19cm 3。
[0044]根据本发明，利用MOCVD生长Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的工艺条件如下:
[0045]反应室压力:50?2OOmbar,
[0046]生长温度:35(T80(TC，
[0047]背景H2 流量:15000 — 30000sccm,
[0048]有机金属源TMAl，温度:1(T28°C，有机金属源优选为99.9999%的高纯TMAl ；
[0049]有机金属源TMGa，温度:_5?10°C，有机金属源优选为99.9999%的高纯TMGa ；
[0050]砷烷:AsH3气体是为99.9995%的高纯AsH3,
[0051]载气:99.999%的高纯氢气经纯化器纯化为99.9999%的超高纯氢气。
[0052]本发明在Ge衬底上预先生长一层GaAs过渡层，然后生长太阳能电池结构材料， 对有效地消除因晶格失配、反相畴等产生的各种缺陷有明显效果。基于单结太阳能电池转 化效率的局限性和经济成本核算，本发明人意外地发现将复合布拉格反射层(DBR)引入到 单结太阳能结构中，可出人意料地解决使用单个DBR中不能解决的低能级光子吸收问题， 使得单结太阳能转化效率提高了 30%。
[0053]本发明的优良效果:
[0054]本发明采用复合DBR代替了传统的单层DBR，此外，本发明不仅使用两套DBR复合 结构，且在AlGaAs/AlAs DBR中使用了三个波段的复合结构，效果更为突出。本发明拓宽了 GaAs材料吸收光子的反射光谱，使更多被穿透损耗的光子反射回来重新吸收，产生新的电 子空穴对，从而提高电池的开路电压和短路电流，增加转化效率；使得单节太阳能转化效率 提高了 30%，可达到25%，极大地提高了 Ge基GaAs单层薄膜太阳能电池转化效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1为PN结示意图。
[0056]图2为单结GaAs太阳电池结构示意图。
[0057]图中，1、P区，2、N区，3、空间电荷区，4、内电场，5、电流方向，6、电极接触层，7、窗 口层，8、发射层，9、n-基层，10、背场层，11、AlInP/AlGalnP DBR, 12、AlGaAs/AlAs DBR, 13、 GaAs缓冲层，14、Ge衬底。
【具体实施方式】:
[0058]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0059]实施例使用MOCVD设备，德国Aixtron厂生产，型号2600G3。
[0060]利用MOCVD生长Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的工艺条件如下:[0061]反应室压力:δ0?2OOmbar,
[0062]生长温度:350?800 V，
[0063]背景H2 流量:15000 — 30000sccm,
[0064]有机金属源TMAl温度:1(T28°C，有机金属源优选为99.9999%的高纯TMAl，
[0065]有机金属源TMGa温度:_5?10°C，有机金属源优选为99.9999%的高纯TMGa，
[0066]AsH3 气体是为 99.9995% 的高纯 AsH3,
[0067]载气优选99.999%的高纯氢气经纯化器纯化为99.9999%的超高纯氢气。
[0068]实施例1
[0069]一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的制备方法，采用MOCVD法生长，包括以下步骤:
[0070]1、将200 μ m厚的Ge衬底14放入反应室，在500°C的温度范围内生长一层0.9 μ m厚的GaAs材料的缓冲层13，载流子浓度需要达到2E19cm_3 ；
[0071]2、在缓冲层上面700°C的温度范围内先生长复合结构的AlGaAs/AlAs的DBR12，首先生长反射600nm光谱的8对AlGaAs/AlAsDBR，然后调整生长厚度反射650nm光谱的5对AlGaAs/AlAsDBR,最后调整生长厚度反射700nm光谱的5对AlGaAs/AlAs DBR用来反射大部分的光子，其载流子浓度到6E18cm_3 ；复合结构中反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层厚度分别为0.3 μ m、0.2 μ m、0.3ym；
[0072]3、在已经生长好的AlGaAs/AlAs的DBR上面再次生长2至5对AlInP/AlGalnP的第二层DBR11，约有0.3 μ m厚，用来反射低能态的光子，提高转化效率，载流子浓度为6E18cm3 ；
[0073]4、在650°C的温度范围内，生长一层0.3 μ m厚的AlGaAs材料作为背场层10，载流子浓度2E19cnT3 ；
[0074]5、继续在背场层上生长，在650°C范围内，生长一层比较厚的η-基层9，生长材料是GaAs，厚度在4 μ m，其载流子浓度为2E18cm_3 ；
[0075]6、在650°C的温度条件下，继续生长一层发射层8，生长材料是GaAs，厚度在
0.3 μ m，其载流子浓度为2E19Cm_3 ；
[0076]7、在600°C的条件下,在发射层上面继续生长一层窗口层7,生长材料为AlGaAs,厚度为80nm，载流子浓度为lE19cnT3 ；
[0077]8、最上面一层在温度为700°C环境下生长电极接触层6,材料为GaAs,厚度为
0.8 μ m0
[0078]本实施例的单节太阳能电池经过金属蒸镀、光刻电极,并蒸镀Ti02/Si02双层减反射膜，在AMO，lsun，25°C条件下实现最高光电转换效率24.8%。
[0079]实施例2
[0080]一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的制备方法，采用MOCVD法生长，步骤如下:
[0081]1、将200 μ m厚的Ge衬底14放入反应室，在500°C的温度范围内生长一层0.9 μ m厚的GaAs材料的缓冲层13，载流子浓度需要达到2E19cm_3 ；
[0082]2、在缓冲层上面650°C的温度范围内先生长AlGaAs/AlAs的DBR12，首先生长反射630nm光谱的7对AlGaAs/AlAsDBR，然后调整生长厚度反射700nm光谱的7对AlGaAs/AlAsDBR，最后调整生长厚度反射770nm光谱的5对AlGaAs/AlAs DBR用来反射大部分的光子， 其载流子浓度为5E18cm_3，复合结构中反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层厚度分别为 0.3 u m、0.2 u m、0.3 u m。
[0083]3、在已经生长好的AlGaAs/AlAs的DBR上面再次生长2至5对AlInP/AlGalnP 的第二层DBR11，约有0.3 ii m厚，用来反射低能态的光子，提高转化效率，载流子浓度为 6E18cm3 ；
[0084]4、在650°C的温度范围内，生长一层0.3 ii m厚的AlGaAs材料作为背场层10，载流子浓度2E19cnT3 ；
[0085]5、继续在背场层上生长，在650°C范围内，生长一层比较厚的n-基层9，生长材料是GaAs，厚度在4 ii m，其载流子浓度为2E18cm_3 ；
[0086]6、在650°C的温度条件下，继续生长一层发射层8，生长材料是GaAs，厚度在 0.3 um,其载流子浓度为2E19cm-3 ；
[0087]7、在600°C的条件下,在发射层上面继续生长一层窗口层7,生长材料为AlGaAs, 厚度为80nm，载流子浓度为lE19cnT3 ；
[0088]8、取上面一层在温度为700 C环1--下生长电极接触层6，材料为GaAs，厚度为 0.8 u m。
[0089]本实施例的单节太阳能电池经过金属蒸镀、光刻电极，并蒸镀Ti02/Si02双层减反射膜，在AMO，lsun，25°C条件下实现最高光电转换效率25%，比普通单节太阳电池提高约 30%。
【权利要求】
1.一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，包括采用MOCVD法制得外延结构，该太阳能电池的外延结构依次包括Ge衬底、GaAs缓冲层，AlGaAs/AlAs DBR, AlInP/ AlGaInP DBR, AlGaAs背场层，GaAs n_基层，GaAs发射层，AlGaAs窗口层，GaAs电极接触层；其中，AlGaAs/AlAsDBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层构成的复合结构。
2.如权利要求1所述的含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于Ge 衬底厚度为15(T200iim。
3.如权利要求1所述的含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于 GaAs缓冲层厚度为0.3~1.5 u m，载流子浓度为lE18cnT3~6E19cnT3。
4.如权利要求1所述的含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于 AlGaAs/AlAs DBR依次是反射600nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR、反射650nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR、反射700nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR,载流子浓度为 lE18cm 3 ~9E18cm 3。
5.如权利要求4所述的含复合DBR的Ge基单结太阳能电池，，其特征在于反射 600nm、650nm、700nm三个波段光的三种反射层的厚度分别是0.2~0.3iim、0.2~0.3 y m、0.2^0.4 u mo
6.如权利要求1所述的含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于 AlInP/AlGalnP DBR 厚度为 0.2~0.4 y m，载流子浓度为 2E18cnT3 ~lE19cnT3。
7.如权利要求1所述的含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于 AlGaAs背场层厚度为0.r0.5 u m，载流子浓度lE18cnT3~4E19cnT3。
8.如权利要求1所述的含`复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于GaAsn-基层厚度为2~5 y m，载流子浓度为lE17cnT3~5E18cnT3 ；GaAs发射层厚度为0.05~0.5 u m,载流子浓度为 lE18cm 3 ~8E19cm 3。
9.如权利要求1所述的含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池，其特征在于 AlGaAs窗口层厚度为2(Tl00nm，载流子浓度为lE18cnT3~2E19cnT3 ；GaAs电极接触层厚度为0.2~I u m，载流子浓度8E18cnT3~5E19cnT3。
10.一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的制备方法，包括采用MOCVD法制备外延结构，包括以下步骤:(1)将Ge衬底放入反应室，在350-600°C的温度范围内生长一层0.3~1.5 y m厚的GaAs 材料的缓冲层，载流子浓度为lE18cnT3~6E19cnT3 ；(2)在缓冲层上面于40(T75(rC的温度先生长复合结构AlGaAs/AlAsDBR:首先生长反射600nm光谱的5-10对AlGaAs/AlAs DBR,然后调整生长厚度生长反射650nm光谱的5~10 对AlGaAs/AlAsDBR，再调整生长厚度生长反射700nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR用来反射大部分的光子，其载流子浓度为lE18cnT3~9E18cnT3 ;复合结构中反射600nm、650nm、 700nm三个波段光谱的反射层厚度分别是0.2~0.3um,0.2~0.3um,0.2~0.4um ；(3)在生长好的AlGaAs/AlAsDBR上面再次生长2~5对Al InP/AlGalnP作为第二布拉格反射层，厚度0.2~0.4 iim，用来反射低能态的光子，提高转化效率，载流子浓度为 2E18cm 3 ~lE19cm 3 ；(4)在500-800°C的温度范围内，继续生长一层0.r0.5 ii m厚的AlGaAs材料作为背场层，载流子浓度lE18cnT3~4E19cnT3 ； (5)继续在背场层上生长，在500-700°C范围内，生长一层η-基层，η-基层的材料是GaAs,厚度在2~5 μ m,其载流子浓度为lE17cnT3~5E18cnT3 ； (6)在550-80(TC的温度条件下，继续生长一层发射层，发射层材料是GaAs，厚度在0.05~0.5 μ m，其载流子浓度为lE18cnT3~8E19cnT3 ； (7)在500-70(TC的条件下，在发射层上面继续生长一层窗口层，窗口层材料为AlGaAs,厚度为20~IOOnm,载流子浓度为lE18cm 3~2E19cm 3 ； (8)最上面一层，在温度500-800°C范围内生长电极接触层，电极接触层材料为GaAs，厚度为0.2~I μ m，载流子浓度8E18cnT3~5E19cnT3。
【文档编号】H01L31/0352GK103515462SQ201210218156
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】夏伟, 于军, 吴德华, 苏来发, 张新 申请人:山东浪潮华光光电子股份有限公司