一种正向失配五结太阳电池的制作方法

本发明属于太阳能电池结构
技术领域：
，尤其涉及一种正向失配五结太阳电池。
背景技术：
：普通的单结太阳电池只能吸收整个太阳光谱中一部分波段的光，而采取多结叠层结构，相当于把太阳光谱分割成几段，各子电池吸收与它带隙最接近的那一段光谱，这样既增加了对低能量端光谱的吸收率，又降低了高能量光子的热化损失，于是串联在一起的电池结数越多，转换效率也就越高。表1不同带隙组合太阳电池的理论效率序号结构带隙理论效率1正向失配三结太阳电池1.8/1.3/0.7(ev)32.8％2正向失配四结太阳电池1.9/1.4/1.0/0.7(ev)36.8％3正向失配五结太阳电池2.0/1.7/1.3/1.0/0.7(ev)38.5％从表中可以看出，由于正向失配五结太阳电池对光谱的划分更加合理，可获得更高的理论效率，而且考虑到电流匹配，各个子电池的基区厚度都会相应减小，从而提高了整体电池的抗辐照性能。技术实现要素：本发明为解决公知技术中存在的技术问题提出一种外量子效率高、光电转换效率高、使用寿命长、电池工作稳定性高，并可作为完整的电池直接应用的一种正向失配五结太阳电池。本发明所采用的具体技术方案为：一种正向失配五结太阳电池，包括锗衬底，从下至上依次为ga0.5in0.5p成核层、ga0.99in0.01as缓冲层、第一隧道结、(alcga1-c)1-binbas/(aldga1-d)1-binbasdbr(晶格渐变缓冲层)、ga1-xinxas电池、第二隧道结、(alcga1-c)1-xinxas/(aldga1-d)1-xinxasdbr、(alega1-e)1-xinxas电池(或ga1-xinxasp电池)、第三隧道结、ga1-yinyp电池(或(alga)1-xinxas电池)、第四隧道结、(alfga1-f)1-yinyp电池和帽层。所述(alcga1-c)1-binbas/(aldga1-d)1-binbasdbr(晶格渐变缓冲层)，其中0≤c≤0.5、0.5≤d≤1和0.01≤b≤0.5，in的组分b从下至上从0.01渐变到x，使用p型掺杂剂，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为1000-8000nm，周期数的范围为10-40个，每个周期内，(alcga1-c)1-binbas的厚度范围为20-200nm，(aldga1-d)1-binbas的厚度范围为20-200nm，可以反射透过ga1-xinxas电池的光子，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。所述ga1-xinxas电池包括n型掺杂的n-ga1-xinxas(或n-ga1-yinyp)发射区层和p型掺杂的p-ga1-xinxas基区层，其中0.01≤x≤0.6；其中所述n-ga1-xinxas(或n-ga1-yinyp)发射区层的掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为20-200nm；所述p-ga1-xinxas基区层的掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为300-3000nm。所述(alcga1-c)1-xinxas/(aldga1-d)1-xinxasdbr，其中0≤c≤0.5、0.5≤d≤1和0.01≤x≤0.6，使用p型掺杂剂，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为1000-4000nm，周期数的范围为3-30个，每个周期内，(alcga1-c)1-xinxas的厚度范围为20-200nm，(aldga1-d)1-xinxas的厚度范围为20-200nm，可以反射透过(alega1-e)1-xinxas电池的光子，被该结子电池重吸收，从而提高了量子效率和抗辐照能力。所述(alega1-e)1-xinxas电池(或ga1-xinxasp电池)包括n型掺杂的n-(alega1-e)1-xinxas(或n-ga1-xinxasp)发射区层和p型掺杂的p-(alega1-e)1-xinxas(或p-ga1-xinxasp)基区层，其中0.1≤e≤0.6和0.01≤x≤0.6；其中所述n-(alega1-e)1-xinxas(或n-ga1-xinxasp)发射区层的掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为20-200nm；所述p-(alega1-e)1-xinxas(或p-ga1-xinxasp)基区层的掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为300-3000nm。所述ga1-yinyp电池(或(alga)1-xinxas电池)包括n型掺杂的n-ga1-yinyp(或n-(alga)1-xinxas)发射区层和p型掺杂的p-ga1-yinyp(或p-(alga)1-xinxas)基区层，其中0.4≤y≤0.9；其中所述n-ga1-yinyp(或n-(alga)1-xinxas)发射区层的掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为2-200nm；所述p-ga1-yinyp(或p-(alga)1-xinxas)基区层的掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为100-2000nm。所述(alfga1-f)1-yinyp电池包括n型掺杂的n-(alfga1-f)1-yinyp发射区层和p型掺杂的p-(alfga1-f)1-yinyp基区层，其中0.1≤f≤0.6和0.4≤y≤0.9；其中所述n-(alfga1-f)1-yinyp发射区层的掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为2-200nm；所述p-(alfga1-f)1-yinyp基区层的掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为100-2000nm。所述第一隧道结包括n型掺杂的n+-gaas层和p型掺杂的p+-algga1-gas层；其中所述n+-gaas层的掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm；所述p+-algga1-gas层的掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.1≤g≤0.6，厚度范围为1-100nm。所述第二隧道结，包括n型掺杂的n+-ga1-yinyp层和p型掺杂的p+-(alega1-e)1-xinxas层，其中所述n+-ga1-yinyp层，0.4≤y≤0.9，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm；所述p+-(alega1-e)1-xinxas层，0.1≤e≤0.6和0.01≤x≤0.6，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm。所述第三隧道结，包括n型掺杂的n+-ga1-yinyp层和p型掺杂的p+-(alhga1-h)1-xinxas层，其中所述n+-ga1-yinyp层，0.4≤y≤0.9，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm；所述p+-(alhga1-h)1-xinxas层，0.2≤h≤0.7和0.01≤x≤0.6，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm。所述第四隧道结，包括n型掺杂的n+-(alfga1-f)1-yinyp层和p型掺杂的p+-(aliga1-i)1-xinxas层，其中所述n+-(alfga1-f)1-yinyp层，0.1≤f≤0.6和0.4≤y≤0.9，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm；所述p+-(aliga1-i)1-xinxas层，0.3≤i≤0.8和0.01≤x≤0.6，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，厚度范围为1-100nm。所述帽层为n型掺杂的n+-ga1-xinxas，其中0.01≤x≤0.6，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为10-1000nm。本发明的优点及积极效果为：通过采用上述技术方案，本发明具有如下的技术效果：1、本发明采用一种正向失配五结太阳电池，其器件及组合工艺与正向匹配三结太阳电池完全相同，易于制作；2、本结构的理论转换效率可达到38％以上，并可作为完整的太阳电池直接应用；3、由于各个子电池基区厚度的减小，抗辐照性能优于传统结构的太阳电池；4、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。附图说明图1为本发明优选实施例的结构图。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、(alcga1-c)1-binbas/(aldga1-d)1-binbasdbr(晶格渐变缓冲层)；6、ga1-xinxas电池；7、第二隧道结；8、(alcga1-c)1-xinxas/(aldga1-d)1-xinxasdbr；9、(alega1-e)1-xinxas电池(或ga1-xinxasp电池)；10、第三隧道结；11、ga1-yinyp电池(或(alga)1-xinxas电池)；12、第四隧道结；13、(alfga1-f)1-yinyp电池；14、帽层。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。图1示出了本发明实施例提供的一种正向失配五结太阳电池，包括锗衬底，从下至上依次为ga0.5in0.5p成核层、ga0.99in0.01as缓冲层、第一隧道结、(alcga1-c)1-binbas/(aldga1-d)1-binbasdbr(晶格渐变缓冲层)、ga1-xinxas电池、第二隧道结、(alcga1-c)1-xinxas/(aldga1-d)1-xinxasdbr、(alega1-e)1-xinxas电池(或ga1-xinxasp电池)、第三隧道结、ga1-yinyp电池(或(alga)1-xinxas电池)、第四隧道结、(alfga1-f)1-yinyp电池和帽层。其制作过程为：采用金属有机化学气相沉积技术(mocvd)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、(alcga1-c)1-binbas/(aldga1-d)1-binbasdbr(晶格渐变缓冲层)5、ga1-xinxas电池6、第二隧道结7、(alcga1-c)1-xinxas/(aldga1-d)1-xinxasdbr8、(alega1-e)1-xinxas电池(或ga1-xinxasp电池)9、第三隧道结10、ga1-yinyp电池(或(alga)1-xinxas电池)11、第四隧道结12、(alfga1-f)1-yinyp电池13、帽层14，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500–700℃，厚度范围为10-1000nm，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600–800℃，厚度范围为200-2000nm；第一隧道结，包括n型掺杂的n+-gaas层和p型掺杂的p+-algga1-gas层，其中n+-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1-100nm，生长温度为500–700℃；其中p+-algga1-gas层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.1≤g≤0.6，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；所述(alcga1-c)1-binbas/(aldga1-d)1-binbasdbr(晶格渐变缓冲层)，其中0≤c≤0.5、0.5≤d≤1和0.01≤b≤0.5，in的组分b从下至上从0.01渐变到x，使用掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为1000-8000nm，周期数的范围为10-40个，每个周期内，(alcga1-c)1-binbas的厚度范围为20-200nm，(aldga1-d)1-binbas的厚度范围为20-200nm，生长温度为600–800℃；ga1-xinxas电池，包括n型掺杂的n-ga1-xinxas(或n-ga1-yinyp)发射区层和p型掺杂的p-ga1-xinxas基区层，其中0.01≤x≤0.6；其中所述n-ga1-xinxas(或n-ga1-yinyp)发射区层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为20-200nm，生长温度为600–800℃；所述p-ga1-xinxas基区层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为300-3000nm，生长温度为600–800℃；第二隧道结，包括n型掺杂的n+-ga1-yinyp层和p型掺杂的p+-(alega1-e)1-xinxas层，其中所述n+-ga1-yinyp层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.4≤y≤0.9，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；所述p+-(alega1-e)1-xinxas层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.1≤e≤0.6和0.01≤x≤0.6，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；(alcga1-c)1-xinxas/(aldga1-d)1-xinxasdbr，其中0≤c≤0.5、0.5≤d≤1和0.01≤x≤0.6，使用掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为1000-4000nm，周期数的范围为3-30个，每个周期内，(alcga1-c)1-xinxas的厚度范围为20-200nm，(aldga1-d)1-xinxas的厚度范围为20-200nm，生长温度为600–800℃；(alega1-e)1-xinxas电池(或ga1-xinxasp电池)，包括n型掺杂的n-(alega1-e)1-xinxas(或n-ga1-xinxasp)发射区层和p型掺杂的p-(alega1-e)1-xinxas(或p-ga1-xinxasp)基区层，其中0.1≤e≤0.6和0.01≤x≤0.6；其中所述n-(alega1-e)1-xinxas(或n-ga1-xinxasp)发射区层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为20-200nm，生长温度为600–800℃；所述p-(alega1-e)1-xinxas(或p-ga1-xinxasp)基区层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为300-3000nm，生长温度为600–800℃；第三隧道结，包括n型掺杂的n+-ga1-yinyp层和p型掺杂的p+-(alhga1-h)1-xinxas层，其中所述n+-ga1-yinyp层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.4≤y≤0.9，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；所述p+-(alhga1-h)1-xinxas层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.2≤h≤0.7和0.01≤x≤0.6，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；ga1-yinyp电池(或(alga)1-xinxas电池)，包括n型掺杂的n-ga1-yinyp(或n-(alga)1-xinxas)发射区层和p型掺杂的p-ga1-yinyp(或p-(alga)1-xinxas)基区层，其中0.4≤y≤0.9；其中所述n-ga1-yinyp(或n-(alga)1-xinxas)发射区层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为2-200nm，生长温度为600–800℃；所述p-ga1-yinyp(或p-(alga)1-xinxas)基区层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为100-2000nm，生长温度为600–800℃；第四隧道结，包括n型掺杂的n+-(alfga1-f)1-yinyp层和p型掺杂的p+-(aliga1-i)1-xinxas层，其中所述n+-(alfga1-f)1-yinyp层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.1≤f≤0.6和0.4≤y≤0.9，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；所述p+-(aliga1-i)1-xinxas层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3，0.3≤i≤0.8和0.01≤x≤0.6，厚度范围为1-100nm，生长温度为500–700℃；(alfga1-f)1-yinyp电池，包括n型掺杂的n-(alfga1-f)1-yinyp发射区层和p型掺杂的p-(alfga1-f)1-yinyp基区层，其中0.1≤f≤0.6和0.4≤y≤0.9；其中所述n-(alfga1-f)1-yinyp发射区层的掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为2-200nm，生长温度为600–800℃；所述p-(alfga1-f)1-yinyp基区层的掺杂剂为zn、mg或c，掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3，厚度范围为100-2000nm，生长温度为600–800℃；帽层为n型掺杂的n+-ga1-xinxas，其中0.01≤x≤0.6，掺杂剂为si、se或te，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为10-1000nm，生长温度为500–800℃。上述各层材料生长之后，总时间为3-8小时，之后的器件工序和正向匹配三结太阳电池完全相同，是公知的技术。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。当前第1页1 2 3