一种三结叠层太阳能电池及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体光电子技术领域，更具体地设及一种=结叠层太阳能电池及其 制造方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池自1954年由贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世W来， 由于石油价格一再攀升和环保意识逐渐高涨而形成当今一个新兴的光电产业。太阳能电池 是一种很有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性=大优点，无疑是可再生能源中 最佳的选择，现今的产品规格与制造成本还有很大的发展空间，材料与器件技术的研发将 会是太阳能电池产业决胜的关键。
[0003] 由于太阳福射光谱的范围（0~4eV)非常宽，根据光伏效应原理，由单一半导体材 料构成的单结太阳能电池，仅能将太阳福射光谱中的一部分光能转换成电能，太阳能的有 效利用率很低。解决该个问题的一种想法就是将太阳福射光谱根据其能谱分成多个波段， 再利用合适带隙的太阳能电池将每个波段的光能转换成电能，W提高太阳能电池的光电转 换效率。因此，采用不同带隙的半导体材料构成多结叠层太阳能电池结构，用各结子电池充 分吸收与其禁带宽度匹配的太阳光谱波段的光子能量，从而实现太阳福射光谱最大化的有 效利用，是突破光电转换效率限制的最好途径和必然选择。目前光电转换效率最高的Ge/ GaAs/InGaP S结叠层太阳能电池的禁带宽度仅分布在0. 7-1. 8eV范围内，不能充分吸收利 用太阳光谱。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种既与太阳福射光谱实现较好匹配、又 满足晶格匹配要求的S结叠层太阳能电池，从而既充分利用了 II-VI族和III-V族半导体 材料在禁带宽度上互补的特点，又利用了它们在晶格匹配方面的优势，克服了仅依赖III-V 族半导体材料很难同时满足禁带宽度互补和晶格匹配双重技术要求的难题，可W大幅度提 高太阳能电池的光电转换效率。
[0005] 为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种=结叠层太阳能 电池，其特征在于，所述=结叠层太阳能电池包括通过在衬底上依次外延生长形成的底电 池、第一隧穿结、中间电池、第二隧穿结及顶电池来制造，所述中间电池和顶电池采用II-VI 族半导体材料制造，而底电池采用III-V族半导体材料制造。
[0006] 其中，所述中间电池和顶电池采用闪锋矿结构的直接带隙半导体材料制造。
[0007] 其中，所述中间电池采用p-CdSe和n-CdSe材料制造。
[0008] 其中，所述顶电池采用p-化Te和n-化Te材料制造。
[0009] 其中，所述底电池采用訊和n-&a訊材料制造。
[0010] 其中，所述第一隧穿结采用n++fei訊和P++&1訊材料制造。
[0011] 其中，所述第二隧穿结采用n++CdSe和p++ZnTe，或者采用n++CdSe和P++A1訊材 料制造。
[001引其中，所述衬底为P型Ga訊单晶片，W及
[0013] 所述S结叠层太阳能电池的禁带宽度分布在0.7-2. 3eV范围内。
[0014] 作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种=结叠层太阳能电池的制造方 法，包括W下步骤：
[0015] 在衬底上依次外延生长底电池、第一隧穿结、中间电池、第二隧穿结及顶电池，其 中所述中间电池和顶电池采用II-VI族半导体材料制造，而底电池采用III-V族半导体材 料制造。
[0016] 其中，采用分子束外延或金属有机物化学气相沉积技术来外延生长所述=结叠层 太阳能电池。
[0017] 基于上述技术方案可知，本发明的S结叠层太阳能电池既充分利用了 II-VI族和 III-V族半导体材料在禁带宽度上互补的特点，又利用了它们在晶格匹配方面的优势，克服 了仅依赖III-V族半导体材料很难同时满足禁带宽度互补和晶格匹配双重技术要求的难 题，可W充分吸收太阳光谱中的能量，大幅度提高太阳能电池的光电转换效率。在晶格常数 6.1 A附近该一系列II-VI族和III-V族材料，其带隙覆盖了太阳光谱的绝大部分，同时该 些化合物几乎都是闪锋矿结构的直接带隙半导体，且热膨胀系数相近，因而可在晶格匹配 的同时更灵活地选择所需带隙的电池材料，有望解决研制III-V族多结电池对材料选择困 难的问题。II-VI族材料一般为直接带隙半导体，在可见光区域具有10 4cnTiW上的吸收系 数，因此可将电池做得更薄，不仅节约成本，还能减轻电池重量，该对于空间电源而言意义 重大。而且除了含化化合物的禁带宽度较小W外，大部分II-VI族材料的禁带宽度大于同 周期的III-V族材料，因而能获得更高的开启电压V。。，宽带隙的II-VI族材料能拓宽III-V 族电池在高能端的光谱响应范围。同时，多数II-VI族材料为闪锋矿结构，容易与其它立方 相材料结合。此外，该类材料还具有离子性强、少子寿命受位错影响小的特点，因而只要晶 格匹配和晶体质量达到一定要求，可W采用较简单的工艺就可能得到高质量的器件。在原 料成本方面，含化、(M、Te的材料比含Ga、As、P的材料成本更低，更利于生产在中等聚光条 件（100~200suns)下使用的较大面积电池，该样就可W降低对聚光系统的要求，从而降低 电池系统的总成本。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的化Te/CdSe/Ga訊S结叠层太阳能电池的结构示意图。
[0019] 图中附图标记表示如下；
[0020] l、p型Ga訊单晶片，
[0021] 2、Ga訊底电池，
[0022] 3、第一隧穿结，
[0023] 4、CdSe 中间电池，
[0024] 5、第二隧穿结，
[00巧]6、化Te顶电池。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，W下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0027] 现有的太阳能电池通常都采用III-V族的半导体材料，而晶格常数在6.1A附近 的II-VI族（如CdSe和化Te及其化合物）和III-V族（如GaSb等）化合物半导体材料 体系