一种锗多结太阳能电池及其制备方法与流程

1.本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种锗多结太阳能电池及其制备方法。


背景技术：

2.锗多结太阳能电池因其高效率、高稳定性、高抗辐照能力等诸多优势，受到人们越来越多的关注。但是，锗多结太阳能电池产品成本一直很高，目前基本仅用于航天航空领域。现有的锗多结太阳能电池产品都是使用锗衬底，通过在锗衬底上磷扩散得到锗结后再外延其它多结电池结构。但是，锗元素全球保有储量仅约为8600金属吨，黄金全球保有量也有8.6万吨，锗元素从储量稀有程度上比黄金还稀缺。因此，衬底成本一直是制约锗多结太阳能电池进一步发展和向民用发展的最重要因素之一。
3.现在已有一些通过si作为衬底外延iii-v族电池的情况。例如：专利号cn102779865a中描述了一种以锗为隧穿结的硅基三结太阳能电池，设有si底电池，gaas中电池和gainp顶电池，降低了衬底成本，但是各结的禁带宽度非最优化结果。专利号cn103077981b中描述了一种柔性衬底硅基多结叠层薄膜太阳能电池，采用在柔性衬底上一次沉积多结叠层太阳能电池，采用等离子体辅助不可避免地会造成热损伤和离子损伤。专利号us20060021565a1描述了一种ingap/gaas/si的三结电池，通过gaas衬底上外延ingap/gaas双结剥离后键合到si电池上，形成ingap/gaas/si三结电池，实现有效的降低衬底成本，该电池转换效率会高于si电池但是低于一般的gaas三结电池结构。这三个专利使用了si基作为衬底，但是还是把si结电池作为一结子电池，可以做到降低成本，但是光电转换效率非最佳。
4.目前的多结太阳能电池中，ge/gainas/ingap三结太阳能电池因其光电转化效率高而得到越来越多的应用，特别是在空间高效电池行业中得到了广泛的应用。但是ge/gainas/ingap三结太阳能电池电流并不匹配，ge底电池的电流是其他两结电池的两倍左右，造成了极大的浪费，制约了电池效率的进一步提高。因此，由三结向四结、五结甚至更高结开发是一个重要方向。因为相比较于三结电池，四结电池可以减少热损失，提高太阳能电池对太阳光谱的利用率，同时提高开压和填充因子，得到更高的转化效率。
5.现有的ge基三结电池ge/gainas/ingap中的ge子电池，是通过向p型ge衬底表面扩散磷或者砷来形成n型ge层，和p型ge衬底一起构成pn结，从而产生光伏效应。这种工艺的缺点是ge子电池没有背电场层，会造成ge子电池的开路电压偏低。
6.现有的锗四结太阳能电池通常是在锗衬底上正装外延生长得到，其中锗衬底厚度约为140微米左右，为刚性。现有的技术是对衬底进行研磨来减薄整个电池的厚度，实现电池薄膜化。在使用衬底研磨工艺减薄锗基多结太阳能电池的过程中，通常手段是将锗衬底背面贴在发泡胶或者石蜡上后进行研磨，但是由于发泡胶或者石蜡厚度均匀性以及锗衬底和发泡胶界面厚度均匀性较差，从而导致减薄后锗衬底厚度均匀性差异大于30微米，使得研磨后薄膜化的锗多结太阳能电池均匀性很差，到电池组件封装的时候会存在问题。
7.专利号cn102790119a中描述了一种gainp/gaas/ge/ge四结太阳能电池，通过2个
ge电池来优化电流匹配问题。专利号cn107871799a中描述了一种algainp/ingaas/ingaas/ge正向失配四结太阳能电池，这两个专利都提供了一种四结太阳能电池，可以有效提升光电转换效率。但是这两个专利中禁带宽度设计存在许多局限，特别是在四结电池最佳禁带宽度组合1.90ev、1.4ev、1.00ev、0.67ev要求下，是难以实现的。
8.专利号cn102790117b描述了一种gainp/gaas/inganas/ge四结太阳能电池及其制备方法，通过在gaas衬底上外延倒装gainp/gaas/inganas/ge后将电池剥离下来键合到硅支撑衬底上。该四结电池没有实现柔性薄膜化。虽然四结电池设计上相比较于三结电池，转换效率会有提升，但是inganas材料本身的低迁移率会制约iqe达到95％以上，因此转换效率难以显著提升。同时外延使用的gaas衬底成本亦较高。
9.在专利号cn108054231a中描述了一种基于si衬底的四结太阳能电池，是在si衬底上外延实现ingap/gaas/ingaas/si的四结电池，此四结电池非最佳禁带宽度组合，效率相对三结电池会有提升，但是低于最佳禁带宽度组合的四结电池。而且外延层较厚，未使用柔性衬底，无法实现锗四结电池的柔性薄膜化。


技术实现要素：

10.本技术的目的在于提供一种锗多结太阳能电池，以解决和改进现有技术中的至少一个问题。
11.具体地，本技术的目的之一是提供一种锗多结太阳能电池，以实现电池各结之间的最佳禁带宽度组合，从而提升锗多结太阳能电池的光电转换效率。
12.本技术的另一个目的是降低锗多结太阳能电池的生产成本，以有利推广锗多结太阳能电池的广泛应用。
13.本技术的又一个目的是实现锗多结太阳能电池的薄膜化、柔性化，以满足锗多结太阳能电池的柔性应用场景。
14.为实现上述目的，本发明的一个方面提供一种锗多结太阳能电池，其特征在于，包括：顺序层叠设置的ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池。
15.根据一个实施例，所述ge子电池包括：ingap、ingaas或inalgaas背电场层、ge基区、ge发射区以及ingap或alinp窗口层。
16.根据一个实施例，所述ge发射区的厚度大于所述ge基区的厚度，所述ge基区的掺杂浓度为3-5
×
10
18
m-3
，所述ge发射区的掺杂浓度为3-5
×
10
18
m-3
。
17.根据一个实施例，所述ingaas子电池包括：inalgap或inalgaas背电场层、ingaas基区、ingaas或ingap发射区以及alinp窗口层。
18.根据一个实施例，所述ingaasp子电池包括：inalgap或inalgaas背电场层、ingaasp基区、inalgaas或ingap发射区以及alinp窗口层。
19.根据一个实施例，所述inalgap子电池包括：inalgap或inalgaas背电场层、inalgap基区、inalgap发射区以及alinp窗口层。
20.根据一个实施例，所述ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池之间具有隧穿结。
21.根据一个实施例，所述ge子电池、ingaas子电池之间具有第一组分渐变缓冲层。
22.根据一个实施例，所述ingaasp子电池和所述inalgap子电池之间具有第二组分渐
变缓冲层。
23.根据一个实施例，所述的锗多结太阳能电池，还包括si衬底，所述ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池顺序设置在所述si衬底上。
24.根据一个实施例，所述si衬底和所述ge子电池之间具有sige合金缓冲层。
25.根据一个实施例，所述的锗多结太阳能电池还包括柔性衬底，所述ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池顺序设置在所述柔性衬底上。
26.根据一个实施例，所述柔性衬底为薄膜金属衬底或聚酰亚胺衬底。
27.本发明另一方面提供一种制作锗多结太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
28.提供si衬底；以及
29.在si衬底上依次外延生长ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池。
30.根据一个实施例，在si衬底上外延生长ge子电池之前，在si衬底上先外延生长牺牲层，并且，
31.所述方法还包括：通过腐蚀牺牲层将si衬底剥离，在剥离si衬底后的ge子电池上连接柔性衬底。
32.本技术提供的锗多结太阳能电池及其制备方法，具有以下优点：
33.1.与现有技术的ge基四结电池相比，本技术的锗多结太阳能电池包括ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池，所述ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池和inalgap子电池具有最佳的禁带宽度组合，可充分利用太阳能光谱能量，减小各个子电池之间的电流失配和光电转换过程中的热能损耗，实现各个子电池之间的最佳电流匹配，因此，可以获得更高的光电转换效率。
34.2.本技术的锗多结太阳能电池比常规三结电池结构增加了一结禁带宽度为1.0ev左右的ingaas子电池，其开路电压可增加0.6v，可以提高电池的光电转换效率。
35.3.本技术的锗多结太阳能电池采用si衬底代替锗衬底作为衬底，可以极大的降低锗多结太阳能电池的生产成本。
36.4.本技术的锗多结太阳能电池通过在si衬底上外延生长得到ge子电池，可以外延生长ge子电池的背电场层和窗口层，从而提高ge子电池的开路电压；
37.5.本技术的锗多结太阳能电池，在ge子电池与ingaas子电池之间和/或ingaasp子电池与inalgap子电池之间存在ingaas、inalgaas或者ingap缓冲层材料，可实现不同晶格常数的材料的外延生长，并且能够扩展各子电池的禁带宽度，使各子电池具有更宽的禁带宽度，提高电池光电转换效率。
38.6.本技术的锗多结太阳能电池，通过设计ge子电池的掺杂浓度和pn结结构，采用较高掺杂浓度的较薄的基区和较高掺杂浓度的较厚的发射区结构，实现ge子电池的薄膜化。
39.7.本技术采用牺牲层剥离技术实现锗四结太阳能电池和si衬底分离，进而用柔性衬底代理si衬底，实现了电池器件的薄膜化和柔性化。
附图说明
40.图1是根据本发明的一个实施例的锗四结太阳能电池的基本结构的示意图；
41.图2是根据本发明的另一个实施例的锗四结太阳能电池的结构示意图。
42.图3是根据本发明的另一个实施例的制备中的锗四结太阳能电池的结构示意图。
43.图4是制备完成的图3的锗四结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明实施例以及附图中，同一标号代表同一含义。为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大；并且，本发明一些实施例的附图中，只示出了与本发明构思相关的结构，其他结构可参考通常设计。另外，一些附图只是示意出本发明实施例的基本结构，而省略了细节部分。
45.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语表示开放的意义，除了明确列举的元件、部件、部分或项目外，并不排除其他元件、部件、部分或者项目。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。可以理解，当诸如层、膜、区域或衬底基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
46.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的锗四结太阳能电池100的基本结构示意图。如图1所示，从背光侧b到入光侧a，该锗四结太阳能电池100顺序包括：ge子电池110，ingaas子电池120，ingaasp子电池130，inalgap子电池140。所述ge子电池110、ingaas子电池120、ingaasp子电池130、inalgap子电池140可以在si衬底上依次外延生长而得到。
47.具体地，ge子电池110可以包括ingap或ingaas背电场层111、ge基区112、ge发射区113以及ingap窗口层114。
48.ingaas子电池120可以包括ingap或inalgaas背电场层121、ingap发射区122、ingaas基区123以及ingap窗口层124。ingaas基区123和ingap发射区122之间形成的pn结为异质结。
49.ingaasp子电池130可以包括inalgaas背电场层131、inalgaas发射区132、ingaasp基区133以及alinp窗口层134。
50.inalgap子电池140可以包括inalp背电场层141、inalgap基区142、inalgap发射区143以及alinp窗口层144。inalgap基区142和inalgap发射区143之间形成的pn结为同质结。
51.所述ge子电池110和所述ingaas子电池120之间可由第一隧穿结115连接，所述ingaas子电池120与所述ingaasp子电池130之间可由第二隧穿结125连接，所述ingaasp子电池130与所述inalgap子电池140之间可由第三隧穿结135连接。所述第一隧穿结115可以采用gaas、ingap、或其他半导体材料，掺杂浓度可达1
×
10
19
cm-3
以上，所述第二隧穿结125可以采用inalgaas，ingap或其他半导体材料，掺杂浓度可达1
×
10
19
cm-3
以上,所述第三隧穿结135可以采用inalgaas或其他半导体材料，掺杂浓度可达1
×
10
19
cm-3
以上。
52.另外，如本领域技术人员所知，上述实施例的锗四结太阳能电池还可以包括欧姆接触层150、上下电极、减反射膜等，在此不再详述。
53.本实施例的锗四结太阳能电池比现有的锗三结电池增加了一结禁带宽度为1.0ev左右的ingaas子电池，其开路电压可增加0.6v，可以提高电池的光电转换效率。
54.本实施例的锗四结太阳能电池，ge子电池、ingaas子电池、ingaasp子电池、inalgap子电池之间可实现最佳禁带宽度组合1.90ev、1.4ev、1.00ev、0.67ev，因此，可充分利用太阳能光谱能量，减小各个子电池之间的电流失配和光电转换过程中的热能损耗，实现各个子电池之间的最佳电流匹配，获得更高的光电转换效率。
55.此外，本实施例的ge子电池采用在si衬底上外延生长的方式得到，ge子电池具有背电场层和窗口层。与现有技术的多结ge电池中通过向p型ge衬底表面扩散磷或者砷来形成n型ge层，再和p型ge衬底一起构成pn结而形成的ge子电池相比，本实施例的锗四结太阳能电池通过增加背电场层可以提高ge子电池的开路电压。
56.图2是根据本发明的另一个实施例的锗四结太阳能电池200的具体结构示意图。该实施例的锗四结太阳能电池保留了硅衬底，并且在ge子电池和ingaas子电池之间以及ingaasp子电池和inalgap子电池之间增加了组分渐变缓冲层。
57.具体地，锗四结太阳能电池200包括在si衬底201上外延生长得到的ge子电池210、ingaas子电池220、ingaasp子电池230、inalgap子电池240。
58.si衬底201可以采用p型si单晶衬底，在其上具有p型形核层202和作为锗四结电池缓冲层203的sige合金层。
59.ge子电池210可以包括：p型ingap或ingaas背电场层211；p型ge层，作为ge子电池210的基区212；n型ge层，作为ge子电池210的发射区213；以及n型ingap层，作为ge子电池210的窗口层214。发射区213的厚度优选大于基区212的厚度，并且基区212和发射区213均采用高掺杂浓度，以降低ge子电池厚度。
60.连接ge子电池和ingaas子电池的第一隧穿结215可以为n型gaas或ingap层和p型gaas或al
0.3
ga
0.7
as或ingap层。连接第一隧穿结215和ingaas子电池的可以为p型ingaas组分渐变缓冲层216。组分渐变缓冲层216用于实现ge子电池和ingaas子电池之间的晶格常数的转变，并且能够扩展ingaas子电池的禁带宽度的范围。
61.ingaas子电池220中可以包括高掺杂浓度的p型inalgaas背电场层221；p型ingaas层，作为ingaas子电池的基区222；n型ingap层，作为ingaas子电池的发射区223；以及高掺杂浓度的n型alinp窗口层224。
62.连接ingaas子电池220和inalgaas子电池230的第二隧穿结225包括n型ingap层和p型inalgaas层。
63.ingaasp子电池230包括：高掺杂浓度的p型inalgaas背电场层231、p型ingaasp层，作为ingaasp子电池的基区232；n型inalgaas层，作为inalgaas子电池的发射区233；以及高掺杂浓度的的n型alinp层，作为ingaasp子电池的窗口层234。
64.连接ingaasp子电池230和inalgap子电池240的第三隧穿结235包括n型inalgap层和p型inalgaas层。可选地，在第三隧穿结235和inalgap子电池的之间设置p型inalgaas组分渐变缓冲层236。组分渐变缓冲层236用于实现ingaasp子电池230和inalgap子电池240之间的晶格常数的转变，并扩展ingaasp子电池230和inalgap子电池240的禁带宽度的范围。
65.inalgap子电池240包括：高掺杂浓度的p型inalgap背电场层241、p型inalgap层，作为inalgap子电池的基区242；n型inalgap层，作为inalgap子电池的发射区243；以及高掺杂浓度的的n型alinp层，作为inalgap子电池的窗口层244。
66.另外，如本领域技术人员所知，上述实施例的锗四结太阳能电池还可以包括欧姆接触层250、上下电极、减反射膜等其它功能层，在此不再详述。
67.本实施例的锗四结太阳能电池200的制备过程如下：
68.1)进入mocvd或mbe或其他外延生长设备，采用p型si单晶衬底201，在其上外延生长p型形核层202，接着生长sige合金，作为四结电池的缓冲层203。所述形核层202厚度可以为0.05-0.1μm，掺杂浓度可以为0.5-5
×
10
17
m-3
；缓冲层203掺杂浓度可以在0.5-5
×
10
18
m-3
。采用sige合金的缓冲层，可以在si基衬底上实现外延生长，相对于锗基衬底，si衬底的使用可以得到低成本电池制造的方案。
69.2)生长p型ingap或ingaas作为ge子电池的背电场层211，再生长p型ge层，作为ge子电池的基区212，然后生长n型ge层，作为ge子电池的发射区213，最后生长n型gainp层，作为ge子电池的窗口层214。所述ingap或ingaas背电场层211的生长厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述基区p型ge层212生长厚度可以为0.1-0.2μm，掺杂浓度可以为3-5
×
10
18
m-3
；所述发射区n型ge层213生长厚度为20-30μm，掺杂浓度可以为3-5
×
10
18
m-3
；所述窗口层n型ingap层214生长厚度可以为0.01-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
70.3)接着生长连接ge子电池和ingaas子电池的第一隧穿结215：先生长n型gaas或ingap层；再生长p型gaas或al
0.3
ga
0.7
as或ingap层，形成第一隧穿结215；
71.4)再生长第一隧穿结215之后，接着生长ingaas或inalgaas或ingap缓冲层216，采用晶格渐变方式逐渐达到理想晶格。
72.5)缓冲层216完成后，生长ingaas子电池220：生长高掺杂浓度的p型背电场层221；再生长p型ingaas层，作为第二结ingaas子电池的基区222；然后生长n型ingaas层或ingap层，作为第二结ingaas子电池的发射区223；最后生长高掺杂浓度的n型alinp窗口层224。所述背电场层221材料为inalgaas或algainp，厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述ingaas基区222厚度可以为1-1.5μm，掺杂浓度可以为0.5-1
×
10
17
m-3
；所述ingaas发射区223厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为1-3
×
10
18
m-3
。所述n型alinp窗口层224生长厚度可以为0.02-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
73.6)生长连接ingaas子电池和ingaasp子电池的第二隧穿结225：先生长n型inalgaas或者ingap层；再生长p型inalgaas层，形成第二隧穿结。
74.7)生长ingaasp子电池230：生长高掺杂浓度的p型背电场层231；再生长p型ingaasp层，作为ingaasp子电池的基区232；然后生长n型ingaasp或ingap层，作为ingaasp子电池的发射区233；生长高掺杂浓度的的n型alinp层，作为ingaasp子电池的窗口层234。所述p型背电场层231材料可以为inalgaas或inalgap，厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述p型ingaasp基区232厚度在1.0-1.6μm，掺杂浓度为1-3
×
10
17
m-3
；所述n型ingaasp或ingap发射区233厚度可以为0.08-0.15μm，掺杂浓度可以为0.5-1
×
10
18
m-3
；所述n型alinp窗口层234生长厚度可以为0.02-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
75.8)生长连接ingaasp子电池和inalgap子电池的第三隧穿结235：先生长n型
inalgaas层；再生长p型inalgaas层，形成第三隧穿结。
76.9)在生长第三隧穿结之后，接着生长inalgaas或ingap缓冲层236，采用晶格渐变方式逐渐达到理想晶格。
77.10)生长inalgap子电池240：生长高掺杂浓度的p型背电场层241；再生长p型inalgap层，作为inalgap子电池的基区242；然后生长n型inalgap层，作为inalgap子电池的发射区243；生长高掺杂浓度的的n型alinp层，作为inalgap子电池的窗口层244。所述p型背电场层241材料为inalgap，厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述p型inalgap基区242厚度可以为1.0-1.6μm，掺杂浓度可以为1-3
×
10
17
m-3
；所述n型inalgap发射区243厚度在0.08-0.15μm，掺杂浓度可以为0.5-1
×
10
18
m-3
；所述n型alinp窗口层244生长厚度可以为0.02-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
78.11)生长欧姆接触层250：生长高掺杂浓度的n型ingaas盖帽层作为欧姆接触层250。
79.12)在欧姆接触层250上制作上电极：设计制作光刻版图，上胶显影，上电极金属沉积，去胶，退火；
80.13)在si单晶衬底201上制作下电极：下电极金属沉积。
81.14)在欧姆接触层250上制作抗反射膜：进入蒸镀机沉积光学薄膜。
82.15)划片测试。
83.本实施例的锗四结太阳能电池，采用si基代替锗衬底，在si基上外延出高质量的锗多结电池，可以极大的降低锗消耗，数量级的降低生产成本，同时也能推动锗多结太阳能电池行业向可持续方向发展。
84.同时，本实施例的锗四结太阳能电池，通过在ge子电池与ingaas子电池之间和/或ingaasp子电池与inalgap子电池之间增加ingaas、inalgaas或者ingap缓冲层材料，在实现各子电池之间理论最佳禁带宽度组合的同时，还可通过组分渐变层实现不同晶格常数的材料的外延生长，，并且能够扩展各子电池的禁带宽度，使各子电池具有更宽的禁带宽度，提高电池光电转换效率。例如，本实施例中，ingaas的带隙可以在1.0～1.2ev之间，ingaasp的带隙可以在1.3～1.5ev之间，inalgap的带隙可以在1.8～2.2ev之间。
85.此外，本实施例的锗四结太阳能电池，通过重新设计ge子电池的掺杂和pn结结构，采用较高掺杂浓度的较薄的基区和较高掺杂浓度的较厚的发射区结构，可大大减小ge子电池的厚度，实现ge子电池的薄膜化。
86.具体地，因ge材料为间接带隙材料，间接带隙为0.67ev,直接带隙为0.8ev，因此ge材料对0.67ev-0.8ev能量的光子吸收系数较低，低于100cm-1
，而ge材料对于大于0.8ev能量的光子吸收系数大于1000cm-1
，因此常规设计中锗基四结电池中锗子电池的厚度需要达到300um。与之相比，本实施例中，通过提高ge子电池基区的掺杂浓度，并使发射区厚度大于基区厚度，实现了锗结对0.67ev-0.8ev能量的光子吸收系数从低于100cm-1
提高到高于1000cm-1
，从而实现ge子电池的厚度可以低于30um，实现了薄膜化。锗多结电池的薄膜化具有非常重要的现实意义，可以提高电池的效率重量比，电池的效率重要比越高，对于航空航天领域，意味着航天器带同样面积的电池的重量更小，可以搭载的负载就可以更多。
87.图3是根据本发明的另一个实施例的制备中的锗四结太阳能电池的结构示意图。图4是制备完成的图3的锗四结太阳能电池的结构示意图。该实施例和图2的四结太阳能电
池200结构基本相同，不同之处在于该实施例增加了牺牲层结构，通过腐蚀牺牲层可把四结太阳能电池从硬质si衬底上剥离下来，再接上柔性衬底。柔性衬底可以为铜、铝等薄膜金属或者聚酰亚胺，从而实现了锗四结太阳能电池的薄膜化和柔性化。
88.具体地，如图3所示，所述锗四结太阳能电池300包括在si衬底301上外延生长的ge子电池310、ingaas子电池320、ingaasp子电池330和inalgap子电池340。
89.例如，衬底301采用p型si单晶衬底，在其上具有p型形核层302，作为锗四结电池缓冲层303的sige合金层，牺牲层304和p型欧姆接触层305。
90.ge子电池310可以包括：p型ingap或ingaas背电场层311；p型ge层312，作为ge子电池310的基区；n型ge层313，作为ge子电池310的发射区；以及n型ingap层314，作为ge子电池310的窗口层。
91.连接ge子电池310和ingaas子电池320的第一隧穿结315可以为n型gaas或ingap层和p型gaas或al
0.3
ga
0.7
as或ingap层。连接第一隧穿结315和ingaas子电池320的可以为p型ingaas组分渐变缓冲层316。
92.ingaas子电池320可以包括高掺杂浓度的p型inalgaas背电场层321；p型ingaas层，作为ingaas子电池的基区322；n型ingap层，作为ingaas子电池的发射区323；以及高掺杂浓度的n型alinp窗口层324。
93.连接ingaas子电池320和ingaasp子电池330的第二隧穿结325可以包括n型ingap层和p型inalgaas层。
94.ingaasp子电池330可以包括：高掺杂浓度的p型背电场层331、p型ingaasp层，作为ingaasp子电池的基区332；n型inalgaas层，作为inalgaas子电池的发射区333；以及高掺杂浓度的的n型alinp层，作为ingaasp子电池的窗口层334。
95.连接ingaasp子电池330和inalgap子电池340的第三隧穿结335包括n型inalgap层和p型inalgaas层。在第三隧穿结335和inalgap子电池340的之间可以设置p型inalgaas组分渐变缓冲层336。
96.inalgap子电池340可以包括：高掺杂浓度的p型inalgap背电场层341、p型inalgap层，作为inalgap子电池的基区342；n型inalgap层，作为inalgap子电池的发射区343；以及高掺杂浓度的的n型alinp层，作为inalgap子电池的窗口层344。
97.另外，如本领域技术人员所知，上述实施例的四结太阳能电池还可以包括欧姆接触层305和350、上下电极、减反射膜等，在此不再详述。
98.本实施例的牺牲层304可以在后续制作过程中被腐蚀去除，使锗四结电池外延结构从硬质si衬底上剥离下来连接柔性衬底，从而实现锗四结太阳能电池柔性薄膜化。图4是制备完成的图3的四结太阳能电池的结构示意图，其中图3中牺牲层304以下的部分被剥离，牺牲层304以上的电池结构被连接到一柔性衬底401上。所述柔性衬底401可以为铜、铝等薄膜金属或者聚酰亚胺。本实施例的锗四结太阳能电池的制备过程如下：
99.1)进入mocvd或mbe或其他外延生长设备，采用p型si单晶衬底301，在其上外延生长p型形核层302，接着生长sige合金，作为四结电池的缓冲层303。所述形核层302厚度可以为0.05-0.1μm，掺杂浓度可以为0.5-5
×
10
17
m-3
；缓冲层303掺杂浓度可以在0.5-5
×
10
18
m-3
。采用sige合金的缓冲层，可以在si基衬底上实现外延生长锗，相对于锗基衬底，可以得到低成本电池制造的方案。接着生长algaas或者alas作为牺牲层304。接着，在alas牺牲层304上
生长p型ingaas作为四结电池的缓冲层欧姆接触层305。后续步骤中可以通过腐蚀牺牲层将外延生长的电池结构从si衬底上剥离下来，从而实现电池薄膜化。
100.2)生长p型ingap作为ge子电池310的背电场层311，再生长p型ge层，作为ge子电池的基区312，然后生长n型ge层，作为ge子电池的发射区313，最后生长n型ingap层，作为ge子电池的窗口层314。所述ingap背电场层311的生长厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述基区p型ge层312生长厚度可以为0.1-0.2μm，掺杂浓度可以为3-5
×
10
18
m-3
；所述发射区n型ge层313生长厚度为20-30μm，掺杂浓度可以为3-5
×
10
18
m-3
；所述窗口层n型ingap层314生长厚度可以为0.01-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
101.3)接着生长连接ge子电池310和ingaas子电池320的第一隧穿结315：先生长n型gaas或ingap层；再生长p型gaas或al
0.3
ga
0.7
as或ingap层，形成第一隧穿结315；
102.4)在生长第一隧穿结315之后，接着生长ingaas或inalgaas或ingap缓冲层316，采用晶格渐变方式逐渐达到理想晶格。
103.5)缓冲层316完成后，生长ingaas子电池320：生长高掺杂浓度的p型背电场层321；再生长p型ingaas层，作为第二结ingaas子电池的基区322；然后生长n型ingaas层或ingap层，作为第二结ingaas子电池的发射区323；最后生长高掺杂浓度的n型alinp窗口层324。所述背电场层321材料为inalgaas或inalgap，厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述ingaas基区322厚度可以为1-1.5μm，掺杂浓度可以为0.5-1
×
10
17
m-3
；所述ingaas发射区323厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为1-3
×
10
18
m-3
。
104.6)生长连接ingaas子电池320和ingaasp子电池330的第二隧穿结325：先生长n型inalgaas或者ingap层；再生长p型inalgaas层，形成第二隧穿结325。
105.7)生长ingaasp子电池330：生长高掺杂浓度的p型背电场层331；再生长p型ingaasp层，作为ingaasp子电池的基区332；然后生长n型inalgaas或ingap层，作为inalgaas子电池的发射区333；生长高掺杂浓度的的n型alinp层，作为ingaasp子电池的窗口层334。所述p型背电场层331材料可以为inalgaas、inalgap，厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
；所述p型ingaasp基区332厚度在1.0-1.6μm，掺杂浓度为1-3
×
10
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；所述n型inalgaas或ingap发射区333厚度可以为0.08-0.15μm，掺杂浓度可以为0.5-1
×
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m-3
；所述n型alinp窗口层334生长厚度可以为0.02-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
106.8)生长连接ingaasp子电池330和inalgap 340子电池的第三隧穿结335：先生长n型inalgaas层；再生长p型inalgaas层，形成第三隧穿结。
107.9)在生长第三隧穿结335之后，接着生长inalgaas或ingap缓冲层336，采用晶格渐变方式逐渐达到理想晶格。
108.10)生长inalgap子电池340：生长高掺杂浓度的p型背电场层341；再生长p型inalgap层，作为inalgap子电池的基区342；然后生长n型inalgap层，作为inalgap子电池的发射区343；生长高掺杂浓度的的n型alinp层，作为inalgap子电池340的窗口层344。所述p型背电场层241材料为algainp，厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
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m-3
；所述p型inalgap基区342厚度可以为1.0-1.6μm，掺杂浓度可以为1-3
×
10
17
m-3
；所述n型inalgap发射区343厚度在0.08-0.15μm，掺杂浓度可以为0.5-1
×
10
18
m-3
；所述n型alinp窗口层344生长厚度可以为0.02-0.03μm，掺杂浓度可以为3-8
×
10
18
m-3
。
109.11)生长欧姆接触层350：生长高掺杂浓度的n型ingaas盖帽层作为欧姆接触层350。
110.13)腐蚀牺牲层304实现外延层剥离；
111.14)在欧姆接触层305上制作下电极：下电极金属沉积，退火；
112.15)将剥离的电池外延层结构连接到柔性基板401上；
113.12)在欧姆接触层350上制作上电极：设计制作光刻版图，上胶显影，上电极金属沉积，去胶，退火；
114.16)在欧姆接触层350上制作抗反射膜：进入蒸镀机沉积光学薄膜；
115.17)划片测试。
116.本实施例的锗基四结太阳能电池，除具有前述实施例的优点外，通过在si衬底和电池结构之间外延牺牲层，从而可使锗多结电池从衬底上剥离下来连接柔性衬底，实现锗四结太阳能电池柔性薄膜化。
117.虽然以上实施例以锗四结太阳能电池为例来进行说明本发明的构思，但是，本领域技术人员应当理解，包含上述各实施例的四结子电池结构的任意多结太阳能电池，同样可以获得本发明的技术效果。
118.虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。