一种多子结化合物光伏电池的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种化合物光伏电池，优其涉及一种多子结化合物光伏电池。
【背景技术】
[0002]II1- V族化合物光伏电池最先使用于太空领域，但随着技朮的进步，II1- V族化合物光伏电池也越来越多的运用到非太空领域。与硅光伏电池相比，II1- V族化合物光伏电池具有更大的能量转换效率，通过先进工艺制造出的II1- V族化合物光伏电池其光电转换成效率可超过25%，而硅光伏电池不会超过20%。相比于硅光伏电池，II1- V族化合物光伏电池可通过使用多个具有不同带隙能的子电池来实现多太阳辐射的最大化转换。
[0003]对于II1- V族化合物光伏电池而言，GalnP/GaAs/Ge是一种最典型最成熟的II1- V族化合物光伏电池，其光电流密度已经能够达到25mA/cm2，然而现有的II1- V族化合物光伏电池对自然太阳光的光谱吸收还不充分，并且多是以垂直、多结的形成逐层外延到半导体衬底上的，往往不能像硅光伏电池那样形成对光线具有限域作用的植绒表面，现有的II1- V族化合物光伏电池有待得到进一步的提升。
【发明内容】
[0004]为了弥补现有II1- V族化合物光伏电池的不足，进一步提高对光线的利用率，本发明提供一种InAlAsP/IGaAs/Ge三结化合物光伏电池，该InAlAsP/InGaAs/Ge三结结构能够有效地提高光伏电池的转换效率，同时该InAlAsP/IGaAs/Ge三子结化合物光伏电池还具有对光线具有限域作用的二阶凸起结构以及对光线形成折射优化的折射结构，该结构能够有效地提高光接触面积，能够对光线产生高效地限域作用并且优化光照位置。
[0005]本发明提供一种多子结化合物光伏电池，即InAlAsP/InGaAs/Ge三子结化合物光伏电池，包括Ge衬底；Ge子电池，位于Ge衬底上；InGaAs子电池，位于Ge子电池上；InAlAsP子电池，位于InGaAs子电池上；在所述Ge衬底与Ge子电池之间包括η++ Ge接触层以及η++ Ge接触层之上的背场层；在InAlAsP子电池上为窗口层，窗口层上为ρ++接触层；Ge子电池与InGaAs子电池，InGaAs子电池与InAlAsP子电池之前具有晶格匹配的η++/P++遂穿二极管，具体是所述多子结化合物光伏电池上部光照面形状为连续的二阶凸起结构，每一个二阶凸起结构具有第一阶凸起和第二阶起，其中第二阶凸起从第一阶凸起的上表面向上凸起；在二阶凸起结构之间形成高折射率透明材料，所述高折射率透明材料包括形成在第二阶凸起之间的区域的第二高折射率透明材料和形成在第一阶凸起之间的区域的第一高折射率透明材料；所述第二高折射率透明材料的顶面与第二阶凸起的顶面齐平且为平坦的；所述第一高折射率透明材料的顶面与第一阶凸起的顶面齐平并且接触第二高折射率透明材料。
[0006]进一步地，所述第一高折射率透明材料的折射率大于所述第二高折射率透明材料的折射率。
[0007]进一步地，所述Ge子电池在远离衬底的方向上依次包括η Ge基区，ρ+ Ge发射区，并具有0.66ev左右的带隙；所述InGaAs子电池在远离衬底方向上依次包括n InGaAs基区，P+ InGaAs发射区，并具有1.40ev左右的带隙；所诉InAlAsP子电池在远离衬底方向上依次包括n InAlAsP基区，ρ+ InAlAsP发射区，并具有1.90ev左右的带隙。
[0008]进一步地，从第二阶凸起的顶面到Ge衬底的底面厚度为300?400um，第一阶凸起的顶部到第一阶凸起底面的厚度为50~80um ;并且第二阶凸起的顶部到第一阶凸起的顶部的厚度至少大于第一阶凸起的顶部到第一阶凸起底面的厚度的两倍；每两个二阶凸起结构之间的间隔小于第一阶凸起的顶部到第一阶凸起底面的厚度。
[0009]进一步地，所述晶格匹配的n++/p++隧穿二极管为异质结隧穿二极管。
[0010]进一步地，所述晶格匹配的n++/p++隧穿二极管为n++ InGaP/p++ InGaAsP异质结隧穿二极管；其总厚度为30-45纳米。
【附图说明】
[0011]图1为三子结化合物光伏电池的结构示意图。
[0012]图2为图1中A区域的放大图，即光伏电池各子结材料层示意图。
[0013]图3为本发明具有高折射透明材料的三子结化合物光伏电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]以下将结合最佳实施方式对本发明做进一步的说明，本发明的有益效果将在详细地描述中变得清晰。
[0015]参见图1-3，图1为三子结光伏电池的结构示意图，图2为图1中A区域的放大图，其显示了本发明光伏电池的细节；本发明的一个方面，参见图2本发明的化合物光伏电池具有多子结的InAlAsP/InGaAs/Ge结构，其中InAlAsP子电池(300)的带隙在1.9ev左右，InGaAs子电池(200)的带隙在1.40ev左右，Ge子电池(100)的带隙为0.66ev左右，本发明的三结光伏电池具有的带隙的优化结构能够匹配自然太阳光谱的波长结构，充分利用光伏的各波长段的光子能量，从整体上优化对太阳光谱的吸收，提高电池效率。并且，参见图1，本发明的化合物光伏电池上部光照面形状为连续的二阶凸起结构(a，b)，每一个二阶凸起结构(a，b)具有第一阶凸起(b)和第二阶凸起(a)，其中第二阶凸起(a)从第一阶凸起(b)的上表面向上凸起。
[0016]参见图2，位于Ge衬底(001)上依次为Ge子电池(100)、InGaAs子电池(200)、InAlAsP子电池(300)以形成1.90ev/l.40ev/0.66ev能带结构的三结电池。其中各子电池的带隙在远离衬底的方向上逐步增大，这十分有利于光电流密度的提高，其中Ge子电池(100)具有0.66ev左右的带隙并在远离衬底的方向上依次为η Ge基区(101)、ρ+ Ge发射区(102)，η Ge基区(101)厚度优选为2.5微米，ρ+ Ge发射区(102)厚度优选为80-100纳米；InGaAs子电池(200)具有1.40ev左右的带隙，并在远离衬底的方向上依次为n InGaAs基区(201)、p+ InGaAs 发射区(202)，n InGaAs 基区(201)的厚度优选为 2.2 微米，p+ InGaAs发射区(202)的厚度优选为80-100纳米；InAlAsP子电池(300)具有1.90ev左右的带隙，并在远离衬底的方向上依次为n InAlAsP基区(301)、p+ InAlAsp发射区(302)，n InAlAsP基区(301)的厚度优选为1.8-2.0微米，ρ+ InAlAsp发射区(302)的厚度优选为80-100纳米。在Ge衬底(001)与η Ge基区(101)之间还包括η++ Ge接触层(002)和背场层(003);在InAlAsP子电池(300 )上为窗口层(006 )，窗口层(006 )上为p++接触层(007 )，本发明中对于各子电池基区厚度的优化为能隙大的靠近光照面的子电池小于能隙小的远离光照面的子电池；具体而言，就是n InAlAsP基区(301)的厚度小于n InGaAs基区(201)的厚度、n InGaAs基区(201)的厚度小于η Ge基区(101)的厚度，这样有利于对自然光伏光谱的最大化利用。
[0017]在各子电池层之间具有晶格匹配的η++/ρ++隧穿二极管(004，005);在本InAlAsP/InGaAs/Ge能带体系的多结光伏电池中，晶格匹配的n++/p++隧穿二极管需要选用异质结结构，这有利于提供高的结间势皇，特别是InAlAsP与InGaAs子电池之间的隧穿二极管(005 )，在我们的实验中观察到这对光线通过上层的InAlAsP子电池(300 )以及减少结间少子扩散起到有利的作用，在实验中我们使用了 n++ InGaP/p++ InGaAsP异质结隧穿二极管，这在最大程度上提高了电池的光电流效率，当然至于外延生长的多结II1-V族光伏电池，隧穿二极管的厚度是十分重要和敏感的，当选择n++ InGaP/p++ InGaAsP异质结隧穿二极管作为本体系多结光伏电池InAlAsP与InGaAs子电池之间的隧穿二极管(005)时，实验优化的n++ InGaP/p++ InGaAsP异质结隧穿二极管(005)的总厚度为30-45纳米。
[0018]该化合物光伏电池包括具有连续的二阶凸起结构(a，b)的Ge衬底(001)，InAlAsP/InGaAs/Ge三