CN101950773A - 多结太阳电池隧道结的制备方法 - Google Patents

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苏青峰
赖建明
张根发
康丽霞
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Abstract

本发明公开了一种多结太阳电池隧道结的制备方法，隧道结结构为n+GaAs/n++GaAs/p++GaAs/p+GaAs四层结构，底层为n型缓冲层、中间为GaAs隧道结、顶层p型缓冲层，该方法具有以下工艺步骤：在衬底电池上外延生长n型GaAs过渡层；在过渡层上生长GaAs隧道结；在GaAs隧道结的p型面上外延生长p型GaAs过渡层；获得太阳电池隧道结。

Description

多结太阳电池隧道结的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料技术领域的太阳电池领域，涉及一种多结太阳电池隧道结的制备方法。
背景技术
太阳能是一种洁净、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源，人类赖以生存的自然资源几乎全部转换于太阳能，将太阳能直接转换为电能是大规模利用太阳能的一项重要技术基础。
当前，硅太阳电池的转换效率要想再进一步提高已经非常困难，而现有的太阳能电池的转换效率远远不能满足诸多领域的应用，如何进一步提高太阳电池的转换效率具有重要的现实意义。
针对太阳光谱，在不同的波段选取不同禁带宽度的半导体材料做成多个太阳子电池，最后将这些子电池串联形成多层太阳电池，从而可以极大程度地提高太阳电池的转换效率。由于各个太阳子电池是通过隧道结连接在一起，因此，选取恰当的实验方法制备性能优异的隧道结是制备高效太阳电池的关键技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种多结太阳电池隧道结的制备方法，通过该方法可以在一层太阳子电池上再叠加制备另一层子电池，从而解决目前太阳电池转换效率较低的技术难题。
本发明的技术方案如下：一种多结太阳电池隧道结的制备方法，所述隧道结结构为n+GaAs/n++GaAs/p++GaAs/p+GaAs四层结构，底层为n型缓冲层、中间为GaAs隧道结、顶层为p型缓冲层，该方法具有以下工艺步骤
a、首先在衬底电池上MBE外延生长n型重掺杂GaAs过渡层即n+GaAs层；
b、在n+GaAs层上MBE外延生长GaAs隧道结的n型重掺杂层即n++GaAs层；
c、在GaAs隧道结n++GaAs层上MBE外延生长GaAs隧道结p型重掺杂层即p++GaAs层；
d、在p++GaAs层上MBE外延生长p型重掺杂GaAs过渡层即p+GaAs层；
e、获得隧道结。
进一步优选地，所述步骤a中使用MBE外延生长n+GaAs层是指：MBE外延生长一层n型掺杂浓度2×1018cm-3的GaAs层。
进一步优选地，所述步骤b中使用MBE外延生长GaAs隧道结的n++GaAs层是指：MBE外延生长一层n型掺杂浓度2×1019cm-3的GaAs层。
进一步优选地，所述步骤c中使用MBE外延生长GaAs隧道结的p++GaAs层是指：MBE外延生长生长一层p型掺杂浓度5×1019cm-3的GaAs层。
进一步优选地，所述步骤d中使用MBE外延生长p+GaAs层是指：MBE外延生长一层p型掺杂浓度2×1018cm-3的GaAs层。
MBE(分子束外延)是目前生长各种半导体薄膜的重要方法之一，生长过程中可以通过精确控制各个蒸发源的蒸发温度、蒸发时间等参数，并结合各种原位监控手段，实现对外延薄膜的厚度、成分的控制，实现亚单原子层精度的生长。
MBE工艺主要具有以下优点：
(1)生长速率低，一般情况下其生长速率为1μm/h、1个单层/s，理论上可以在原子尺度改变组分与掺杂。
(2)生长温度低，如生长GaAs时的衬底温度约为550～650℃，这样就可以忽略生长层中的相互扩散作用。
(3)可以通过掩模的方法对材料进行三维的控制生长。
(4)由于生长工艺在超高真空中进行，因此可以在生长室中安装各种分析设备，这样就可以在生长的整个前后过程对外延层进行在位测量和分析。
(5)在现代MBE生长系统中，生长过程可以用计算机进行自动化控制。
本发明的技术效果在于：通过MBE外延技术生长太阳电池隧道结，通过MBE方式可以精确控制材料的生长及各层的厚度，使各层精密结合，提高太阳电池转换效率。
说明书附图
图1为本发明的太阳电池隧道结的结构示意图；
附图标号说明：
1-衬底电池，2-n+GaAs层，31-n++GaAs层，32-p++GaAs层，4-p+GaAs层
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示为太阳电池隧道结的结构示意图，n+GaAs/n++GaAs/p++GaAs/p+GaAs四层结构，1为衬底电池，2为n型重掺杂GaAs缓冲层-n+GaAs层、31为GaAs隧道结的n型层-n++GaAs层，32为GaAs隧道结的p型层-p++GaAs层，4为p型重掺杂GaAs缓冲层-p+GaAs层。
多结太阳电池隧道结的制备方法具体如下：
在衬底电池1上进行MBE外延生长，外延生长一层100nm厚n型掺杂浓度2×1018cm-3的GaAs层，形成n+GaAs层2。
在n+GaAs层2上进行MBE外延生长，外延生长一层20nm厚n型掺杂浓度2×1019cm-3的GaAs层，形成GaAs隧道结的n型重掺杂层-n++GaAs层31。
在n++GaAs层31上进行MBE外延生长，生长一层20nm厚p型掺杂浓度5×1019cm-3的GaAs层，形成GaAs隧道结的p型层-p++GaAs层32。
在p++GaAs层32上进行MBE外延生长，生长一层20nm厚的p型掺杂浓度2×1018cm-3的GaAs层，形成p+GaAs层4。
通过MBE外延技术在衬底电池上外延生长隧道结，可以实现多层叠加电池的制备，从而进一步提高太阳电池的效率。
本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (5)

1.一种多结太阳电池隧道结的制备方法，其特征在于：所述隧道结结构为n+GaAs/n++GaAs/p++GaAs/p+GaAs四层结构，底层为n型缓冲层、中间为GaAs隧道结、顶层为p型缓冲层，该方法具有以下工艺步骤
a、首先在衬底电池上MBE外延生长n型重掺杂GaAs过渡层即n+GaAs层；
b、在n+GaAs层上MBE外延生长GaAs隧道结的n型重掺杂层即n++GaAs层；
c、在GaAs隧道结n++GaAs层上MBE外延生长GaAs隧道结p型重掺杂层即p++GaAs层；
d、在p++GaAs层上MBE外延生长p型重掺杂GaAs过渡层即p+GaAs层；
e、获得隧道结。
2.根据权利要求1所述的多结太阳电池隧道结的制备方法，其特征在于：所述步骤a中使用MBE外延生长n+GaAs层是指：MBE外延生长一层n型掺杂浓度2×1018cm-3的GaAs层。
3.根据权利要求1所述的多结太阳电池隧道结的制备方法，其特征在于：所述步骤b中使用MBE外延生长GaAs隧道结的n++GaAs层是指：MBE外延生长一层n型掺杂浓度2×1019cm-3的GaAs层。
4.根据权利要求1所述的多结太阳电池隧道结的制备方法，其特征在于：所述步骤c中使用MBE外延生长GaAs隧道结的p++GaAs层是指：MBE外延生长生长一层p型掺杂浓度5×1019cm-3的GaAs层。
5.根据权利要求1所述的多结太阳电池隧道结的制备方法，其特征在于：所述步骤d中使用MBE外延生长p+GaAs层是指：MBE外延生长一层p型掺杂浓度2×1018cm-3的GaAs层。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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