专利名称：一种化合物半导体太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明属于化合物半导体太阳能电池领域，具体涉及一种化合物半导体太阳能电池。
背景技术：
近些年来，随着能源危机和生态恶化的进一步加剧，开发利用新型可再生清洁能源已经成为人们生产、生活，维持社会可持续发展的迫切需求。近年来开发利用太阳能，光伏发电技术已经吸引了人们的普遍关注，其中化合物半导体太阳能电池以其较高的转换效率和较大的发电成本降低空间，被公认为最具潜力的地面应用发电技术。然而太阳能电池 发电技术具有过高的发电成本，一直阻碍着这项技术的快速商业化进程。通常情况下，在P型Ge或GaAs衬底上生长电池外延层，电池表面欧姆接触层将为η型GaAs层，因此在太阳能电池芯片制作过程中通常需要使用AuGe、Au、Pt等贵金属作为金属电极，以获得较好的欧姆接触特性和较低的串联电阻，进而有利于提高电池的转换效率。例如，η型GaAs和AuGeNi (大于150nm) /Au (约20nm)经过快速退火后可以形成较好的欧姆接触。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化合物半导体太阳能电池，在保证电池性能的前提下，可以使用较为廉价的金属作为电池芯片的金属电极，从而降低电池生产成本。根据本发明的第一个方面，一种化合物半导体太阳能电池，包括一衬底，电池活性层，欧姆接触叠层，其特征在于所述欧姆接触叠层内插入一隧穿结，从而改变欧姆接触叠层表面的导电类型。进一步地，所述欧姆接触叠层是由第一欧姆接触层、第二欧姆接触层、第三欧姆接触层和第四欧姆接触层组成，其中第二欧姆接触层和第三欧姆接触层共同构成隧穿结，第一欧姆接触层和第二欧姆接触层导电类型一致，第三欧姆接触层和第四欧姆接触层导电类
型一致。本发明中，在普通的P型Ge或GaAs衬底上生长的电池中，通过在欧姆接触层内插入一隧穿结，从而改变欧姆接触层表面的导电类型，即欧姆接触层表面呈P型导电，P型半导体导电材料与较低成本的金属经过快速退火处理即可获得较佳的欧姆接触，如P型GaAs和Ti (< 20nm) /Au (约20nm )经过快速退火后可获得较好的欧姆接触和较低的接触电阻，从而解决了传统太阳能电池芯片制作过程中需要使用AuGe、Au、Pt等贵金属作为金属电极，降低了电池电极成本。根据本发明的第二个方面，本发明还提供一种太阳能发光系统，其安装有前述化合物半导体太阳能电池。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图I是常规的P型Ge衬底上GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构。图2是本发明所提供的P型Ge衬底上GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构。图中各标号表不
100p型Ge衬底上GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构
101:n型GaAs欧姆接触层
102=AuGeNi/Au 金属电极 201:n型GaAs第一欧姆接触层
202n+型GaAs第二欧姆接触层
203p+型GaAs第三欧姆接触层
204p型GaAs第四欧姆接触层
205Ti/Au金属电极。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步描述。在现有化合半半导体太阳能电池中，通常以P型材料作为生长衬底，如P型Ge衬底、P型GaAs衬底或P型InP衬底。以GalnP/GaAs/Ge三结太阳能电池为例，如其一般为在P型Ge衬底上外延形成GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构100,之后继续外延形成η型GaAs欧姆接触层101，其掺杂浓度为5 X IO1Vcm3,最终获得常规的P型Ge衬底上GalnP/GaAs/Ge三结电池外延结构。在电池芯片制作过程中在η型GaAs欧姆接触层101上蒸镀AuGeNi/Au金属电极102，经过380°C，3分钟的快速热退火后电池获得良好的欧姆接触，其电阻率为2. 2X 10_5，电池填充因子约为85%，其侧面剖视图如图I所示。在前述现有的化合半半导体太阳能电池外延结构中，其欧姆接触层101为η型GaAs,而在芯片制程中，需采用使用昂贵的金属AuGeNi/Au作为接触金属电极，取AuGeNi的厚度为180nm,金的20nm,贝U在生产过程中蒸镀一炉前述太阳能电池,AuGeNi、Au (20nm)的金属耗量分别为5. lg、lg，其成本较高。针对前述化合物半导体太阳能电池外延结构中，在芯片制程中金属电极的成本高，下面提出一种新的太阳能电池结构，其在保证电池性能的前提下，可以使用较为廉价的金属作为电池芯片的金属电极，从而降低电池生产成本。如图2所示，在P型Ge衬底上外延形成GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构100，之后继续外延依次形成η型GaAs第一欧姆接触层201，η+型GaAs第二欧姆接触层202，ρ+型GaAs第三欧姆接触层203，和ρ型GaAs第四欧姆接触层204，最终获得本发明所提供的P型Ge衬底上GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构。其中，η+型GaAs第二欧姆接触层202和ρ+型GaAs第三欧姆接触层203共同构成GaAs隧穿结，具有150A/cm2的峰值隧穿电流密度。具体地，第一欧姆接触层201的掺杂浓度为2X1018/cm3，第二欧姆接触层202的掺杂浓度为8 X IO1Vcm3，第三欧姆接触层203的掺杂浓度为3X 1019/cm3，第四欧姆接触层204的掺杂浓度为1.5X1019/cm3。通过在欧姆接触层中插入了隧穿结，使其欧姆接触层的表层为P型导电。在电池芯片制作过程中，在P型GaAs第四欧姆接触层204上蒸镀Ti/Au金属电极205，经过360°C，I分钟的快速热退火后获得良好的欧姆接触，其电阻率为I. 2X10_5，电池填充因子约为85. 3%。取Ti的厚度为10nm、Au的厚度为20nm，则在生产过程中蒸镀一炉前述太阳能电池，贵金属Au (20nm)电极的金属耗量为lg。通过对比发现，常规的GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构和本发明所提供的GaInP/GaAs/Ge三结电池全结构所对应电池芯片具有相似的串联电阻和填充因子，即具有相似的电池性能。然而本发明所提供的GalnP/GaAs/Ge三结电池结构制作金属电极时所需贵金属比常规的GalnP/GaAs/Ge三结电池全结构制作金属电极时所需贵金属少很多，每一炉少消耗5. Ig的AuGe，因此本发明所提供的化合物半导体太阳能电池外延结构具有较好的成本优势。 前述太阳能电池，结合光学元件可组成高倍聚光太阳能电池系统。
权利要求
1.一种化合物半导体太阳能电池，包括一衬底，电池活性层，欧姆接触叠层，其特征在于所述欧姆接触叠层插入一隧穿结，从而改变欧姆接触叠层表面的导电类型。
2.根据权利要求I所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于所述欧姆接触叠层包含第一欧姆接触层、第二欧姆接触层、第三欧姆接触层和第四欧姆接触层，其中第二欧姆接触层和第三欧姆接触层共同构成隧穿结。
3.根据权利要求2所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于所述第一欧姆接触层和第二欧姆接触层导电类型一致，第三欧姆接触层和第四欧姆接触层导电类型一致。
4.根据权利要求3所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于所述第一欧姆接触层和第二欧姆接触层的材料为η型GaAs，其中第一欧姆接触层的掺杂浓度小于第二欧姆接触层的掺杂浓度。
5.根据权利要求3所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于所述第三欧姆接触层和第四欧姆接触层的材料为P型GaAs，其中第一欧姆接触层的掺杂浓度大于第二欧姆接触层的掺杂浓度。
6.根据权利要求I所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于所述欧姆接触叠层表面呈P型导电。
7.根据权利要求6所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于还包括一电极结构，其位于所述欧姆接触叠层表面上，其材料为Ti/Au。
8.根据权利要求I所述的化合物半导体太阳能电池，其特征在于所述电池活性层包含一结或者多结子电池，所述欧姆接触叠层位于所述顶电池的顶部。
9.一种太阳能发电系统，其特征在于安装有前述任一权利要求所述的化合物半导体太阳能电池。
全文摘要
本发明公开了一种化合物半导体太阳能电池，其特征在于在电池欧姆接触叠层内插入一隧穿结，从而改变欧姆接触层表面的导电类型。对于本发明所公开的外延结构，其欧姆接触层内插入的隧穿结厚度较薄，将不会导致电池外延成本的有效增加；另一方面电池欧姆接触层表面导电类型的改变，将使得可以选用较为廉价的金属用于制作电池芯片电极，即在保证电池性能的前提下，有效降低了太阳能电池的生产成本。
文档编号H01L31/0352GK102881736SQ20121038426
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者宋明辉, 林桂江, 丁杰, 刘建庆 申请人:天津三安光电有限公司