一种正向晶格失配三结太阳电池的制作方法

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种正向晶格失配三结太阳电池。

背景技术：

空间高效太阳能电池主要使用gainp/gainas/ge晶格匹配三结太阳能电池结构，其光电转换效率可达到30％，已接近理论极限。制约其性能的主要因素是带隙组合和太阳光谱的不匹配，为了进一步提高光电转换效率，需对太阳能电池的带隙组合进行重新设计，一种可行的方法是采用晶格失配结构，更加精细地分配和利用太阳光谱，从而减少光子的吸收损失以及光生载流子的热化损失，提高整体太阳能电池的性能，下表1为不同带隙组合的正向晶格失配三结电池的理论效率。

表1不同带隙组合的正向晶格失配三结电池的理论效率

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种正向晶格失配三结太阳电池，该正向晶格失配三结太阳电池的光电转换效率高、产量大、电池工作稳定性高，并可作为完整的电池直接应用。

本发明所采用的具体技术方案为：

本专利的发明目的是提供一种正向晶格失配三结太阳电池，自下而上依次包括：锗衬底、ga0.5in0.5p成核层、ga0.99in0.01as缓冲层、第一隧道结、晶格渐变缓冲层、ga1-xinxas电池、第二隧道结、(alga)1-yinyp电池和帽层；其中：

所述晶格渐变缓冲层为(alga)1-xinxas/(alga)1-xinxasdbr，in的组分从0.01渐变到x，其中0.01≤x≤0.5，使用p型掺杂剂，掺杂浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为1000nm～4000nm，周期数的范围为10～30个，每个周期中，(alga)1-xinxas的厚度范围为30nm～300nm；

所述ga1-xinxas电池包括n型掺杂的ga1-yinyp发射区和p型掺杂的ga1-xinxas基区，其中0.01≤x≤0.5和0.4≤y≤1，掺杂浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为30nm～3000nm；

所述(alga)1-yinyp电池包括n型掺杂的(alga)1-yinyp发射区和p型掺杂的(alga)1-yinyp基区，其中0.4≤y≤1，掺杂浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为10nm～1000nm。

进一步：所述第一隧道结包括n型掺杂的gaas层和p型掺杂的algaas层，掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，厚度范围为5nm～50nm；所述第二隧道结，包括n型掺杂的n(alga)1-yinyp层和p型掺杂的(alga)1-xinxas层，其中0.4≤y≤1和0.01≤x≤0.5，掺杂浓度为1×10¹⁹～1×10²¹cm^-3，厚度范围为5nm～50nm。

更进一步：所述帽层为n型掺杂的ga1-xinxas层，其中0.01≤x≤0.5，掺杂浓度为1×10¹⁸～1×10²¹cm^-3，厚度范围为50nm～500nm。

本发明的优点及积极效果为：

1、采用dbr和晶格渐变缓冲层相结合的方式，在提高抗辐照能力和晶体质量的同时，减少了生长时间。

2、通过调整dbr中心波长的位置，可以将原属于锗电池的一部分光谱(光谱能量介于硅电池与中间电池的带隙之间)反射给硅电池，从而提升整体太阳电池组件的光电转换效率。

附图说明

图1为本发明一种正向晶格失配三结太阳电池结构示意图。

图中：1、锗衬底；2、ga0.5in0.5p成核层；3、ga0.99in0.01as缓冲层；4、第一隧道结；5、晶格渐变缓冲层；6、ga1-xinxas电池；7、第二隧道结；8、(alga)1-yinyp电池；9、帽层。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

请参阅图1：一种正向晶格失配三结太阳电池，包括锗衬底，其上依次为ga0.5in0.5p成核层、ga0.99in0.01as缓冲层、第一隧道结、(alga)1-xinxas/(alga)1-xinxasdbr(晶格渐变缓冲层)、ga1-xinxas电池、第二隧道结、(alga)1-yinyp电池和帽层。其制作过程为：

采用mocvd即金属有机化学气相沉积技术在锗衬底1上面依次生长ga0.5in0.5p成核层2、ga0.99in0.01as缓冲层3、第一隧道结4、(alga)1-xinxas/(alga)1-xinxasdbr(晶格渐变缓冲层)5、ga1-xinxas电池6、第二隧道结7、(alga)1-yinyp电池8、帽层9，具体制作过程为：

ga0.5in0.5p成核层，其n型掺杂剂为si、se或te，生长温度为550–700℃，厚度范围为50-500nm，通过本层中磷原子的扩散形成n-ge层，从而形成锗电池；

ga0.99in0.01as缓冲层，其n型掺杂剂为si、se或te，生长温度为600–750℃，厚度范围为200-2000nm；

第一隧道结，包括n型掺杂的gaas层和p型掺杂的algaas层，其中gaas层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，厚度范围为5nm-50nm，生长温度为550–700℃；其中algaas层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，厚度范围为5nm-50nm，生长温度为550–700℃；

所述(alga)1-xinxas/(alga)1-xinxasdbr(晶格渐变缓冲层)，in的组分从0.01渐变到x，其中0.01≤x≤0.5，使用zn、mg或c作为p型掺杂剂，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为1000nm-4000nm，周期数的范围为10-30个，每个周期中，(alga)1-xinxas的厚度范围为30nm-300nm，可以反射透过ga1-xinxas电池的光子，可以被该结子电池重吸收，从而提高了量子效率和抗辐照能力，与此同时减少了由于晶格失配造成的穿透位错对电池有源区的影响。

ga1-xinxas电池，包括n型掺杂的ga1-yinyp发射区和p型掺杂的ga1-xinxas基区，其中0.01≤x≤0.5和0.4≤y≤1；其中所述ga1-yinyp发射区的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为30nm-300nm，生长温度为600–750℃；所述ga1-xinxas基区的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×10¹⁶-1×10¹⁸cm^-3，厚度范围为300nm-3000nm，生长温度为600–750℃；

第二隧道结，包括n型掺杂的(alga)1-yinyp层和p型掺杂的(alga)1-xinxas层，其中所述(alga)1-yinyp层中，0.4≤y≤1，掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，厚度范围为5nm-50nm，生长温度为550–700℃；所述(alga)1-xinxas层，0.01≤x≤0.5，掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，厚度范围为5nm-50nm，生长温度为550–700℃；

(alga)1-yinyp电池，包括n型掺杂的(alga)1-yinyp发射区和p型掺杂的(alga)1-yinyp基区，其中0.4≤y≤1；其中所述(alga)1-yinyp发射区的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为10nm-100nm；所述(alga)1-yinyp基区的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×10¹⁶-1×10¹⁸cm^-3，厚度范围为100nm-1000nm；

帽层为n型掺杂的ga1-xinxas，其中0.01≤x≤0.5，掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度范围为50nm-500nm，生长温度为550–700℃。

上述各层材料生长之后，总时间为2-6小时，之后的器件工序和正向晶格匹配三结太阳电池完全相同，是公知的技术。

通过以上步骤的实施，完成本发明algainp/gainas/ge正向晶格失配三结太阳电池的制作过程。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。