一种双面生长的InP五结太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及太阳能光伏技术领域，特别是设及一种双面生长的InP五结太阳电池。
【背景技术】
[0002] 随着光电转换效率的不断提高及制造成本的持续降低，III-V族多结太阳电池被 广泛应用于空间电源系统和地面聚光光伏发电系统。目前，III-V族多结太阳电池的主流产 品为GaInP/Ga(In)As/GeS结太阳电池，其在AMO光谱下的光电转换效率已经达到30%，但 由于Ga(In)As子电池与Ge子电池之间较大的带隙差，导致Ge子电池的短路电流是上面两结 子电池的两倍大，由于串联结构的电流限制原因，运种结构造成了一部分光谱不能被充分 转换利用，限制了电池性能的提高。随后，为了实现太阳电池对太阳能光谱的有效吸收利 用，多家单位正在研发四结太阳电池技术，其典型的带隙结构为1.9/1.42/1.02/0.75eV，由 于可W实现各子电池光电流的匹配，运种四结太阳电池在AMO光谱下的效率可W达到33-34%。但是，若要进一步提高叠层太阳电池的光电转换效率，需要继续增加子电池结数。理 论上来说，叠层太阳电池的结数越多，太阳光谱的划分更细致，电池的带隙分布与太阳光谱 的能量也更加匹配，因此光生载流子的热化损耗会降低，相应的效率就会提高。因此，效率 能够达到36% W上的五结太阳电池将成为下一代多结太阳电池研发的方向，受到越来越多 的重视。
[0003] 当前实现五结太阳电池的技术途径主要有采用稀氮化合物GaInAsN作为1.OeV子 电池制备匹配五结太阳电池和半导体键合技术两种。其中采用稀氮化合物GaInAsN作为 1. OeV子电池材料的方法是通过在错衬底（Ge子电池：0.67eV)上依次外延生长GaInAsN (1. OeV)子电池，GaInAsd. 4eV)子电池，AlGaInAsd. 7eV)子电池和 AlGaInP(2.05eV)子电 池来构成叠层电池结构，但W目前的技术手段生长的GaInAsN外延材料晶体质量较差，使得 1. OeV子电池性能较低，从而导致叠层电池整体效率低下。而半导体键合技术设及两种制备 方法，一种是分别在GaAs衬底上反向生长AlGaInP(2.05eV)子电池，AlGaInAsd. 7eV)子电 池和GaInAs (1.4eV)子电池和在InP衬底上正向生长GaInAs (0.75eV)子电池和GaInAsP (1.05eV)子电池，再通过半导体键合工艺将运两部分子电池键合到一起构成五结太阳电 池；另一种是在GaAs衬底上先依次反向生长AlGaInPU. 05eV)子电池，AlGaInAs( 1.7eV)子 电池、6曰43(1.426￥)、6曰1^3(1.〇6￥)和6曰1^3(0.756￥)子电池，再将其键合到诸如51等支 撑衬底上，最后腐蚀掉GaAs衬底得到五结太阳电池，但运些方法设及半导体键合技术，工艺 复杂会导致电池成本的增加。因此，采用双面抛光的InP衬底，在InP衬底上表面先制备 AlGaInP ,AlGaAs和InP子电池，再在下表面制备GaInAsP和GaInAs子电池，最终形成带隙结 构为2.06/1.7/1.37/1.05/0.75eV的五结太阳电池，一方面该电池的带隙结构可W达到与 太阳光谱的最佳匹配，提高多结电池的开路电压和填充因子，继而提高电池的光电转换效 率。另一方面，该方法避免了生长稀氮化合物GaInAsN等生长较为困难的化合物材料和半导 体键合技术等复杂技术工艺，降低了电池的制备难度和成本。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种双面生长的InP五结太阳电池。通过在InP 衬底上下表面双面生长的方法，获得由（AlxGai-x)ylni-yP子电池、AlzGai-zAs子电池、InP子电 池、GaInAsP子电池和GaInAs子电池组成的五结叠层太阳电池，可W使电池的带隙结构达到 与太阳光谱的最佳匹配，发挥III-V族叠层太阳电池的优势，并提高电池的开路电压和填充 因子，继而提高电池的光电转换效率。
[0005] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
[0006] -种双面生长的InP五结太阳电池，包括双面抛光的InP衬底;该InP衬底包括一上 表面和一下表面；
[0007] 所述InP衬底作为InP子电池基区层；
[0008] 在所述InP子电池基区层的的上表面配置有InP子电池发射区层;在所述InP子电 池发射区层的上表面配置有InP子电池窗口层；在所述InP子电池窗口层的上表面配置有 Gamlni-mP组分渐变绘冲层;在所述Gamlni-mP组分渐变绘冲层的上表面配置有AlzGai-zAs子电 池;在所述AlzGai-zAs子电池的上表面配置有(AlxGai-x)ylm-yP子电池;其中：所述InP子电池 窗口层的上表面和Gamlni-mP组分渐变缓冲层之间通过第S隧道结连接;所述AlzGai-zAs子电 池的上表面和(AlxGai-x)ylm-yP子电池之间通过第四隧道结连接；
[0009] 在所述InP子电池基区层的的下表面配置有InP子电池背场层;在所述InP子电池 背场层的下表面配置有GaInAsP子电池;在所述GaInAsP子电池的下表面配置有GaInAs子电 池；所述InP子电池背场层的下表面和GaInAsP子电池之间通过第二隧道结连接；所述 GaInAsP子电池的下表面和GaInAs子电池之间通过第一隧道结连接；
[0010] 所述AlzGai-zAs子电池和(AlxGai-x)ylni-yP子电池晶格匹配;所述InP子电池窗口 层、InP子电池发射区层、InP子电池背场层、GaInAsP子电池和GaInAs子电池晶格匹配。
[001 "I] 进一步：所述(AlxGai-x)ylni-yP子电池包括自上而下依次配置的（AlnGai-n)ylm-yP 窗 口层，（AlxGai-x)ylni-yP发射区、（AlxGai-x)ylni-yP基区、（AlnGai-n)ylm-yP背场层；所述 (AlnGai-n)ylm-yP背场层通过第四隧道结与AlzGai-zAs子电池连接；其中：所述(AlxGai-X) yIni-yP材料的y值为0.5，x值在0~0.5区间内，对应(AlxGai-x)ylni-yP材料带隙在1.85eV~ 2.23eV区间内；所述(AlnGai-n)ylm-yP材料的y值为0.5，n值在0~1区间内，对应(AlnGai-n) yIni-yP材料带隙在1.85eV~2.3eV区间内。
[0012] 进一步:所述AlzGai-zAs子电池按照叠层结构从上至下依次包括有GaInP窗口层， AlzGai-zAs发射区，AlzGai-zAs基区，GaInP背场层;其中：Z值在0~0.35区间内，对应AlzGai-zAs材料带隙在1.42eV~1.85eV区间内。
[0013] 进一步:所述Gamlni-mP组分渐变缓冲层的m值从上至下在0.52~0区间渐变，对应 的晶格常数从与AlzGai-zAs匹配渐变为与InP匹配，即是在5.653MA8说8A区间渐变。
[0014] 进一步:所述InP子电池窗口层，InP发射区层，InP衬底，InP子电池背场层共同构 成InP子电池。
[0015] 进一步：所述GaInAsP子电池按照叠层结构从上至下依次包括有InP窗口层， GaInAsP发射区，GaInAsP基区，InP背场层;所述InP窗口层通过第二隧道结与InP子电池背 场层连接。
[0016] 进一步：所述GaInAs子电池按照叠层结构从上至下依次包括有GaInAs窗口层， GaInAs发射区，GaInAs基区，GaInAs背场层;所述GaInAs窗口层通过第一隧道结与InP背场 层连接。
[0017] 本发明具有的优点和积极效果是：
[0018] 本发明利用InP双面衬底同时作为支撑衬底和InP子电池基区层，并在InP衬底的 上表面设置(AlxGai-x)ylni-yP和AlzGai-zAs子电池，InP子电池窗口层和InP子电池发射区层， 在其下表面设置InP子电池背场层，GaInAsP和GaInAs子电池，最终得到带隙组合为2.06/ 1.7/1.37/1.05/0.75eV 的（AlxGai-x)yIni-yP/AlzGai-zAs/lnP/GaInAsP/GaInAs 五结电池，可 W使电池的带隙结构实现与太阳光谱匹配，提高多结电池的开路电压和填充因子，继而提 高电池的光电转换效率，还避免了生长稀氮化合物GaInAsN等生长较为困难的化合物材料 和半导体键合技术等复杂技术工艺，降低了电池的制备难度和成本。
【附图说明】：
[0019] 图1是本发明优选实施例的结构图；
[0020] 其中：1、第一隧道结;2、第二隧道结;3、第S隧道结;4、第四隧道结;5、InP子电池 背场层;6、InP子电池发射区层;7、InP子电池窗口层。
【具体实施方式】
[0021] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举W下实施例，并配合附图 详细说明如下：
[0022] 请参阅图1，一种双面生长的InP五结太阳电池，包括双面抛光的P型InP衬底(在本 实施例中，具体选择P型InP衬底，但实际应用中也可选择N型InP衬底，其他各层材料的导电 类型需作相应调整），所述InP衬底同时作为InP子电池的基区层;在所述InP子电池的上表 面按照叠层结构从上至下依次设置有(AlxGai-x)ylm-yP子电池，AlzGai-zAs子电池，Gamlni-mP 组分渐变缓冲层，InP子电池窗口层和InP子电池发射区层;在所述InP子电池下表面按照叠 层结构从上至下依次设置有InP子电池背场层，GaInAsP子电池和GaInAs子电池。所述 (AlxGai-x