GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结级联太阳电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本申请属于太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]在光伏技术中，提高太阳电池的光电转换效率是其降低发电成本的一种有效手段，可促进太阳电池的进一步实用化。多结级联式的太阳能电池结构采用不同禁带宽度的子电池串联极大地提高了对太阳光的利用，从而显著提高了太阳电池的效率。目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GalnP/GaAs/Ge三结电池。2007年GalnP/(In)GaAs/Ge三结级联太阳能电池大规模生产的平均效率已经接近30%。在240倍聚光下，这种多结太阳能电池的实验室AMUD效率已经超过了 40%。目前德国夫琅和费研究所的Eicke Weber教授领导的研究小组已经将三结GalnP/GalnAs/Ge太阳电池效率提高到了 41.1%。然而该三结电池中Ge底电池覆盖较宽的光谱，其短路电流较大，为了实现与其他子电池的电流匹配必然会降低太阳光利用率。
[0003]理论上来说，结数越多，效率越高。根据Shockley-Quisser模型，四结带隙能量为1.9/1.4/1.0/0.67eV的太阳电池可以获得超过45%的转换效率。同时，由于四结结构更能够实现高电压，低电流输出，可以有效降低超高倍聚光太阳电池中的电阻热损失，而超高倍聚光电池可以大大地降低太阳电池成本，从而为ΠΙ-V族化合物半导体太阳电池在产业化方面的进展起到了极大地推动。基于晶格失配的太阳电池在材料生长上的限制以及四结以上电池研制的需要，通过外延直接键合的方法实现大失配晶格材料的直接单片多结电池集成已经被证明具有很大的潜力。
[0004]在四结电池的研制上，美国波音-光谱公司以及加州理工的科学家们提出了将Ge衬底上的双结GalnP/GaAs电池和InP衬底上生长的InGaAsP/InGaAs (1.0/0.72eV)键合的方法，以实现单片四结GaInP/GaAs/[Ge/InP键合介面]/InGaAsP/InGaAs集成。虽然使用了晶格匹配的材料结构，但Ge/InP会吸收能量在1.42eV以下的太阳光，从而降低InGaAsP/InGaAs电池的效率。半导体材料之间的键合受键合界面处半导体材料掺杂浓度和表面粗糙度、清洁度等的影响，会在键合界面产生一定的电学损耗和光学损耗，从而降低太阳电池效率。
【发明内容】
[0005]针对上述提到的现有技术的不足，本发明的目的是提出一种带隙能量分别为1.9/1.4/1.0/0.67eV的四结GalnP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开了一种光电器件，包括第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层通过键合层与所述第二半导体层键合，所述键合层为石墨烯薄膜。
[0007]相应地，本申请实施例还公开了一种光电器件的制作方法，包括步骤: s1、以金属箔为生长基体制备石墨烯薄膜； s2、在石墨烯薄膜上制作转移介质；
53、去除金属箔，并将转移介质/石墨烯薄膜粘贴到第一半导体层的键合面上；
54、去除转移介质，将第二半导体层的键合面与石墨烯薄膜贴合，然后在真空室内进行键合。
[0008]本申请实施例还公开了一种GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池，GalnP/GaAs/ InGaAs三结太阳电池和单结Ge太阳电池晶片之间通过石墨烯薄膜键合。
[0009]优选的，在上述的GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池中，所述石墨烯薄膜的厚度为0.34~30nm。
[0010]相应地,本申请实施例还公开了一种GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法，包括步骤:
s1、以金属箔为生长基体制备石墨烯薄膜； s2、在石墨烯薄膜上制作转移介质；
s3、去除金属箱,并将转移介质/石墨烯薄膜粘贴到GalnP/GaAs/ InGaAs三结太阳电池的键合面上；
s4、去除转移介质，将单结Ge太阳电池晶片的键合面与石墨烯薄膜贴合，然后在真空室内进行键合。
[0011]优选的，在上述的GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，所述金属箱的材质选自Cu、Ni或Ru。
[0012]优选的，在上述的GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，所述转移介质的材质选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或胶带。
[0013]优选的，在上述的GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，具体包括步骤:
(1)、在GaAs衬底上按照远离GaAs衬底的方向依次生长GaQ.51InQ.49P顶层电池、GaAs中间层电池、Gaxlni XP缓冲过渡层、In0.27Ga0.73As底层电池和GaQ.25InP背表面层，形成GalnP/GaAs/ InGaAs三结太阳电池，其中0 < x < 0.26 ；
(2)在P型Ge衬底上通过磷扩散的方法形成Ge的pn单结电池，并在GalnP成核层上，生长GaAs作为电池的顶部盖层，形成单结Ge太阳电池晶片；
(3)采用化学气相沉积法，并以金属箔为生长基体制备石墨烯薄膜；
(4)在石墨烯薄膜上涂覆转移介质；
(5)将带有转移介质和石墨烯薄膜的金属基片放入腐蚀液中将金属腐蚀掉；
(6)将转移介质/石墨烯的薄膜从腐蚀液中捞出，清洗后，粘贴到三结GalnP/GaAs/InGaAs太阳电池外延片的顶部盖层或单结Ge太阳电池晶片的Gaa25InP背表面层；
(7)除去转移介质，并退火，得到石墨烯键合面；
(8)将GalnP/GaAs/InGaAs三结太阳电池的外延片与单结Ge太阳电池晶片放置于真空室中，真空度为10 4~10 5Pa，将GalnP/GaAs/InGaAs三结太阳电池的外延片与单结Ge太阳电池晶片贴合并施加3(T50N/cm2的压力，保持1~2小时，将真空室加热到15(T200°C，对紧密贴合的晶片对均匀施加100~150 N/cm2的压力，保持1~2小时。
[0014]优选的，在上述的GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，还包括步骤:
(9)对键合得到四结太阳电池进行热处理:首先加热至35(T400°C并保温2~3小时，其中，当温度大于200°C时，升温的速率为0.2~0.5°C /分钟；最后，以降温速率为
0.2~0.5°C /分钟进行降温处理，其中，当温度小于100°C，采用自然降温的方式降温至室温。
[0015]优选的，在上述的GalnP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，所述Gaxlni XP缓冲过渡层采用组分渐变的生长方法，即在生长完GaAs中间层电池之后，生长10层Ga组分不同的GalnP缓冲层，通过这10层缓冲层的生长，最后生长一层晶格常数和Ina27GaQ.73As 相同的 GalnP。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明采用的石墨烯键合面是一种周期蜂窝状网络结构，其基本结构单元是有机材料中最稳定的苯六元环，没有碳原子缺失，且各碳原子之间的连接非常柔韧。该键合面中每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，因此石墨烯键合面具有比传统的导体和半导体(例如硅和铜)更为良好的导电性，从而有效抑制了界面电学损耗。另外，石墨烯键合面特殊的结构形态，使得它同时具有良好的透光性(单层的六边形碳原子材料仅仅吸收2.3%的光)和一定的延展性(能够伸展~20%)，在减少界面光损耗的同时，也有助于释放应力，提高键合界面质量。因此制备得到的四结单片高效太阳电池可以获得高电压、低电流输出，从而有效降低超高倍聚光太阳电池中的电阻损失，获得较高的转换效率。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1所示为本发明具体实施例中四结级联太阳电池制作的方法流程图；
图2所示为本发明具体实施例中石墨烯键合面的示意图；
图3所示为本发明具体实施例中所获得的四结级联太阳电池的结构示意图；
图4所示为本发明具体实施例中四结级联太阳电池的制备过程示意图。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
[0020]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
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