专利名称：一种五结半导体太阳能光伏电池芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种五结半导体太阳能光伏电池芯片结构，属于半导体光电子技术 领域。
背景技术：
随着化石类能源短缺和环境污染的日益严重，可再生能源的利用引起各国政府的 重视太阳能以其取之不尽、用之不竭和零污染的特性而受到特别关注。从长远来看，随着太 阳能电池制造技术的改进以及新的光一电转换装置的发明，结合各国对环境的保护和对再 生清洁能源的巨大需求，太阳能电池将是人类利用太阳辐射能最为切实可行的方法，为人 类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。目前，可以预见太阳能光伏发电在不远的将 来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应 的主体。但是，现有太阳能电池芯片光电转换效率相对较低制约了其进一步广泛应用于实 际工作、生活中，这是由于太阳辐射能流非对称分布于以500nm左右波长为峰值的，从紫外 200nm波段到远红外2600nm波段的较宽光谱范围内，特别是在我国西藏、新疆等高海拔或 高纬度地区，太阳辐照能流更是大量集中于短波长可见光及紫外光波段部分。而目前多结 太阳能电池芯片中顶电池芯片禁带宽度限制在1. 9ev左右，对应吸收波长为650nm左右，当 短波部分波长远离该吸收波长后，吸收效率下降导致太阳辐射能流中位于可见光及紫外波 段内部包含的大量能量未能获得有效吸收、利用。因此如何提高太阳能电池芯片对太阳可 见光、紫外光谱中尚未获得充分利用的能量吸收成为提高现有太阳能电池芯片光电转换效 率，推动、高效太阳能电池芯片发展，进而促进这一绿色能源得以广泛应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以ZnSCdSe材料作为顶电池芯片，AlInAs材料作为 紧邻顶电池芯片下方的次顶电池芯片的多结太阳电池芯片，扩展太阳能电池芯片芯片的吸 收谱范围，充分吸收太阳辐射分布于可见光及紫外波段的大量能流，提高太阳能电池芯片 的光电转换效率。本发明的目的是由以下的技术方案实现的以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池(p-Ge，n-Ge)2，成核层(GaAs)3， 缓冲层(GaInAs) 4，势垒层(n_GaInAs)5，隧道结(n++AlGaAs, p++GaInAs)6,势垒层 (p+GaInAs)7,第二节电池(p-GalnAs, n_GaInAs)8，窗口层(n+AlGalnP/AlInAs)9，第二 隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs) 10，第二 势垒层(p+GaInP)ll，第三节电池(p-GalnP， n-GaInP)12，第二窗口层(η+Α1ΙηΡ) 13，第三隧道结(n++AlInAs, p++AlInAs) 14，第三势 垒层(n+AlInAs)15，顶电池(p-AlInAs，n-AlInAs) 16，第三窗口层(n+AlInAs) 17，第四 隧道结(n++ZnSCdSe，p++ZnSCdSe) 18，第四势垒层(n+ZnSCdSe) 19，顶电池(p-ZnSCdSe， n-ZnSCdSe)20，第四窗口层(n+ZnSCdSe) 21，欧姆接触层(n+ZnSCdSe) 22。
一种五结半导体太阳能光伏电池芯片采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法 或分子来外延(MBE)方法制得。本发明公开的一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，采用半导体单晶片为衬底采 用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子来外延(MBE)方法生长多结太阳电池芯片芯片， 在现有Ge/GalnAs/InGaP三结太阳能电池芯片外延材料体系之上增加生长获得AlInAs材 料次顶电池芯片和ZnSCdSe材料顶电池芯片，充分吸收太阳辐射分布于紫外波段的大量能 流，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。
图1 一种五结半导体太阳能光伏电池芯片示意图。图中1、锗(Ge)单晶片，2、底电池，3、成核层，4、缓冲层，5、势垒层，6、隧道结，7、 势垒层，8、第二节电池，9、窗口层，10、第二隧道结，11、第二势垒层，12、第三节电池，13、第 二窗口层，14、第三隧道结，15、第三势垒层，16、顶电池，17、第三窗口层，18、第四隧道结， 19、第四势垒层，20、顶电池芯片，21、第四窗口层，22、欧姆接触层。
具体实施例方式为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实施例及附图对本发明作进一 步的说明。如图1所示，一种五结半导体太阳能光伏电池芯片采用金属有机化学气相 沉积(MOCVD)方法，以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池(p_Ge，n-Ge)2，成核层 (GaAs) 3，缓冲层(GaInAs) 4，势垒层(n-GalnAs) 5，隧道结(n++AlGaAs, p++GaInAs) 6，势垒 层(p+GaInAs)7，第二节电池(p-GalnAs, n_GaInAs)8，窗口层(n+AlGalnP/AlInAs)9，第 二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs) 10，第二势垒层(p+GalnP) 11，第三节电池(p-GalnP， n-GaInP)12，第二窗口层(η+Α1ΙηΡ) 13，第三隧道结(n++AlInAs，p++AlInAs) 14，第三势 垒层(n+AlInAs)15，顶电池(p-AlInAs，n-AlInAs) 16，第三窗口层(n+AlInAs) 17，第四 隧道结(n++ZnSCdSe，p++ZnSCdSe) 18，第四势垒层(n+ZnSCdSe) 19，顶电池(p-ZnSCdSe， n-ZnSCdSe) 20，第四窗口层(n+ZnSCdSe) 21，欧姆接触层(n+ZnSCdSe) 22。在生长具有 AlInAs次顶电池芯片和ZnSCdSe顶电池芯片的五结太阳电池芯片之后。采用常规的光刻、 镀膜和划片工艺制成太阳电池芯片。本发明一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，其关键是在现有Ge/GalnAs/InGaP 三结太阳能电池芯片材料体系之上增加了具有高禁带宽度的AlInAs材料次顶电池芯片和 ZnSCdSe材料顶电池芯片实现太阳能电池芯片的吸收谱范围的扩展，有效解决现有太阳能 电池芯片对太阳辐射分布于可见光、紫外波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高太阳 能电池芯片的光电转换效率。
权利要求
一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于以锗(Ge)单晶片为衬底依次生长底电池芯片(p Ge，n Ge)，成核层(GaAs)，缓冲层(GaInAs)，势垒层(n GaInAs)，隧道结(n++AlGaAs，p++GaInAs)，势垒层(p+GaInAs)，第二节电池芯片(p GaInAs，n GaInAs)，窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)，第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs)，第二势垒层(p+GaInP)，第三节电池芯片(p GaInP，n GaInP)，第二窗口层(n+AlInP)，第三隧道结(n++AlInAs，p++AlInAs)，第三势垒层(n+AlInAs)，顶电池芯片(p AlInAs，n AlInAs)，第三窗口层(n+AlInAs)，第四隧道结(n++ZnSCdSe，p++ZnSCdSe)，第四势垒层(n+ZnSCdSe)，顶电池芯片(p ZnSCdSe，n ZnSCdSe)，第四窗口层(n+ZnSCdSe)，欧姆接触层(n+ZnSCdSe)。
2.一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于采用金属有机化学气相沉积 (MOCVD)方法或分子来外延(MBE)方法制得。
全文摘要
本发明公开了一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，属于半导体光电子技术领域。本发明在现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池芯片外延材料体系之上增加生长获得AlInAs材料次顶电池芯片和ZnSCdSe材料顶电池芯片，充分吸收太阳辐射分布于紫外波段的大量能流，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。
文档编号H01L31/04GK101976689SQ20101025999
公开日2011年2月16日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者尧舜, 李建军, 王智勇 申请人:北京工业大学