CN102299159A - GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 - Google Patents
GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102299159A CN102299159A CN2011102355546A CN201110235554A CN102299159A CN 102299159 A CN102299159 A CN 102299159A CN 2011102355546 A CN2011102355546 A CN 2011102355546A CN 201110235554 A CN201110235554 A CN 201110235554A CN 102299159 A CN102299159 A CN 102299159A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gaas
- gainp
- battery
- layer
- ingaas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法，该太阳电池包括与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池，该两个双结电池通过晶格异变生长渐变过渡层串联，所述渐变过渡层包括AlxIn1-xAs渐变过渡层，其中x=1~0.48；其制备方法为：在采用晶格变异法依次生长形成与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池的过程中，采用In组分线性渐进和/或步进的方法生长渐变过渡层将该两个双结电池串联。本发明四结级联太阳电池具有1.90eV、1.42eV、~1.03eV、0.73eV的带隙组合，可实现对太阳光谱的充分利用，减小各个子电池间的电流失配和光电转换过程中的热能损失，进而提高电池效率，且其制备方法简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池及其制备工艺，尤其涉及一种基于晶格异变法生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法，该四结太阳电池可实现对太阳光谱的充分利用，具有较高电池效率。
背景技术
在太阳电池领域，目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GaInP/GaAs/Ge三结电池，该材料体系在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32-33%。但是该体系仍然存在一个主要问题是受晶格匹配的制约，该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍，由于受三结电池串联的制约，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用，所以该三结电池的效率还有改进的空间。最直观的想法是在GaAs和Ge电池中间插入一带隙为~1.00 eV的InGaAsN材料，在保持短路电流不变的情况下，将开路电压提高约0.60 V，在一个太阳下将原来三结电池转换效率提高约20%，四结电池在一个太阳下可望达到约39%的转换效率。但是很难制备少子寿命足够长的InGaAsN材料，吸收太阳光产生的电子-空穴对没有足够的时间被分离和收集从而产生有效的电流输出，使得用InGaAsN制作的高效太阳电池的技术难度很大。研究人员在寻求别的途径来获得高效太阳能转换，一种方法是采用晶片键合的方法将晶格失配的具有合理带隙组合的电池键合在一起，实现电流匹配，提高电池效率。但是晶片键合电池往往存在两个主要问题：以GaInP/GaAs和InGaAsP/InGaAs双结电池的键合为例，晶片键合电池需要GaAs和InP两个衬底，这大大增加了电池的制作成本；二是晶片键合电池的键合部分需要良好的欧姆接触和良好的透光率，这给工艺带来很大的挑战，增加了电池的制作难度，。
如何实现多结太阳电池合理的带隙组合，减小电流失配同时而又不提高电池制作成本和难度成为当前Ⅲ-Ⅴ族太阳电池亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其具有合理带隙组合，可实现对太阳光谱的充分利用，减小电流失配，最终提高电池效率，从而克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提出前述GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于，它包括与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池，该两个双结电池通过晶格异变生长渐变过渡层串联，所述渐变过渡层包括AlxIn1-xAs渐变过渡层，其中x=1~0.48。
具体而言，它包括依次连接的GaInP子电池、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、渐变过渡层、InGaAsP子电池、第三隧道结和InGaAs子电池，其中，所述InGaAs电池与一第二衬底键合，且该第二衬底和GaInP子电池上还分别设有电极；所述第二衬底至少选自Si衬底、金属片、陶瓷片和玻璃片中的任意一种。
优选的，所述AlxIn1-xAs渐变过渡层的带隙大于1.42 eV。
所述四结级联太阳电池的带隙组合为1.90 eV、1.42 eV、~1.03 eV、0.73 eV。
作为一种优选实施方式：
所述GaInP子电池包含依次设置的GaAs接触层、Al(Ga)InP窗口层、GaInP发射区、GaInP基区、(Al)GaInP或AlGaAs背场层；
所述第一隧道结包含依次设置的(Al)GaAs层、GaInP或GaAs层、Al(Ga)InP或AlGaAs势垒层；
所述GaAs子电池包含依次设置的AlGaAs窗口层、GaAs发射区、GaAs基区、(Al)GaAs或(Al)GaInP背场层；
所述第二隧道结包含依次设置的(Al)GaAs层、GaInP或GaAs层、Al(Ga)InP或AlGaAs势垒层；
所述InGaAsP子电池包含依次设置的InP或In(Ga)AlAs窗口层、InGaAsP发射区、InGaAsP基区、InP背场层；
所述第三隧道结包含依次设置的P型高掺杂InGaAs 层和N型高掺杂InGaAs层；
所述InGaAs子电池包含依次设置的InP窗口层、InGaAs发射区、InGaAs基区、InP背场层；
前述的依次设置是指按照逐渐靠近第二衬底的方向依次设置。
如上所述GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法为：在采用晶格变异法依次生长形成与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池的过程中，采用In组分线性渐进和/或步进的方法生长渐变过渡层将该两个双结电池串联，所述渐变过渡层包括AlxIn1-xAs渐变过渡层，其中x=1~0.48。
该方法具体为：采用倒置生长方法在第一衬底上依次生长GaInP子电池、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、AlxIn1-xAs渐变过渡层、InGaAsP子电池、第三隧道结和InGaA子电池，其后在InGaAs子电池键合一第二衬底，再除去第一衬底，并分别在该第二衬底和GaInP子电池上设置电极，获得目标产品；
所述第一衬底至少选自GaAs或Ge衬底；
所述第二衬底至少选自Si衬底、金属片、陶瓷片和玻璃片中的任意一种；
所述AlxIn1-xAs渐变过渡层的带隙大于1.42 eV。
进一步的，该方法具体为：
首先，在GaAs或Ge衬底上首先生长AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层、N型GaAs接触层；
其次依次倒置生长GaInP电池和GaAs电池；
然后生长AlxIn1-xAs渐变过渡层，且Al的组分由1.00变化至0.48，从而使其由GaAs晶格常数过渡到InP晶格常数；
最后生长InGaAsP电池和InGaAs电池，各个子电池之间通过隧道结串联。
该方法包括下列步骤：
(一) GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的生长
(1) 在GaAs或Ge衬底上生长AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层、N型掺杂的GaAs接触层；
(2) 生长GaInP太阳电池；
(3) 生长第一隧道结，该隧道结包括沿逐渐远离GaInP电池的方向依次设置的P型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层，P型(Al)GaAs重掺层，N型GaInP或GaAs重掺层和N型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层；
(4) 生长GaAs太阳电池；
(5) 生长第二隧道结，该隧道结包括沿逐渐远离GaAs电池的方向依次设置的P型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层，P型(Al)GaAs重掺层，N型GaInP或GaAs重掺层和N型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层；
(6) 生长N型高掺杂AlxIn1-xAs渐变过渡层，x的取值由1.00变化至0.48；
(7) 生长InGaAsP太阳电池；
(8) 生长第三隧道结，该隧道结包括沿逐渐远离InGaAsP电池的方向依次设置的P型InP势垒层，P型InGaAs重掺层，N型InGaAs重掺层和N型InP势垒层；
(9) 生长InGaAs太阳电池；
(10) 生长P型InP层作为键合面；
(二) 制备工艺
(1) 将生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的P型InP层键合到第二衬底上，并除去GaAs或Ge衬底；
(2) 在GaInP子电池和第二衬底上分别制备上、下电极，获得目标产品。
所述四结级联太阳电池电池中的各结构层均是采用MOCVD法或MBE法生长形成；
若采用MOCVD法，则N型掺杂原子为Si、Se、S或Te，P型掺杂原子为Zn、Mg或C；
若采用MBE法，则N型掺杂原子为Si、Se、S、Sn或Te，P型掺杂原子为Be、Mg或C。
与现有的太阳电池相比，本发明具有如下优点：
1. 该四结级联太阳电池带隙组合为1.90 eV，1.42 eV，~1.03 eV，0.73 eV，各个子电池的电流失配小，减小了光电转换过程中的热能损失,提高了电池效率；
2. 该四结级联太阳电池采用倒置生长方法生长，若用正置方法生长需要采用InP作为衬底，但是InP机械强度小，容易破碎，所以倒置生长可以有效避免该问题；
3. 该四结级联太阳电池键合到硅等衬底上可以提高电池的机械强度，降低电池的成本；
4. 该四结级联太阳电池只需经过一次生长过程，而且与硅键合的技术相对成熟，降低了电池的制作难度。
附图说明
图1是本发明实施例1中GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的结构示意图，该太阳电池包含AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层01、GaInP子电池29、第一隧道结30、GaAs子电池31、第二隧道结32、AlxIn1-xAs渐变过渡层33、InGaAsP子电池34、第三隧道结35、InGaAs子电池36。
GaInP子电池29包含(Al)GaInP或AlGaAs背场层06、GaInP基区05、GaInP发射区04、Al(Ga)InP窗口层03和GaAs接触层02；
第一隧道结30包含Al(Ga)InP或AlGaAs势垒层09、GaInP或GaAs层08和(Al)GaAs层07；
GaAs子电池31包含(Al)GaAs或(Al)GaInP背场层13、GaAs基区12、GaAs发射区11和AlGaAs或(Al)GaInP窗口层10；
第二隧道结32包含Al(Ga)InP或AlGaAs势垒层16、GaInP或GaAs层15和(Al)GaAs层14；
InGaAsP子电池34包含InP背场层22、InGaAsP基区21、InGaAsP发射区20和InP或In(Ga)AlAs窗口层19；
第三隧道结35包含N型高掺杂InGaAs 24、P型高掺杂InGaAs 23。
InGaAs子电池36包含依次设置的InP窗口层25、InGaAs发射区26、InGaAs基区27、InP背场层28。
图2是本发明实施例1中GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池成品的结构示意图。
具体实施方式
针对现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和实践，提出了本发明的技术方案，具体如下：
一种基于晶格异变法生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于，该太阳电池包括与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池，该两个电池之间通过晶格异变生长渐变过渡层的方式串联在一起。
该四结级联太阳电池的带隙组合为1.90 eV、1.42 eV、~1.03 eV、0.73 eV。
进一步的，所述四结级联太阳电池采用倒置生长方法在GaAs或Ge衬底上依次生长GaInP电池，GaAs电池，AlxIn1-xAs渐变过渡层，InGaAsP电池和InGaAs电池，各个子电池之间通过隧道结串联。
优选的，该方法中，通过晶格异变生长AlxIn1-xAs渐变过渡层的方法释放应力，实现由GaAs电池到InGaAsP电池的过渡，x的取值由1.00变化至0.48，AlxIn1-xAs渐变过渡层的带隙大于1.42 eV，不会吸收InGaAsP/InGaAs电池的光谱。
可选的，AlxIn1-xAs渐变过渡层可以采用In组分线性渐进的方法生长，使应力释放抑制错向角的产生。
可选的，AlxIn1-xAs渐变过渡层可以采用In组分步进的方法生长，通过形成多个界面促进应力释放同时抑制穿透位错到达有源区。
可选的，AlxIn1-xAs渐变过渡层可以采用In组分线性渐进和步进相结合的方法生长使应力释放，减小错向角的同时抑制穿透位错到达有源区。
优选的：InGaAsP和InGaAs电池的带隙分别为~1.03 eV、0.73 eV。
优选的：GaAs电池和InGaAsP电池之间首先生长隧道结然后生长AlxIn1-xAs渐变过渡层。
作为一种优选实施方式：晶格异变法生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池采用GaAs或Ge衬底。具体地讲为在GaAs或Ge衬底上首先生长AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层、N型GaAs接触层，其次依次倒置生长GaInP电池，GaAs电池，然后生长AlxIn1-xAs渐变过渡层，Al的组分由1.00变化至0.48，从而使其由GaAs晶格常数过渡到InP晶格常数，最后生长InGaAsP电池和InGaAs电池，各个子电池之间通过隧道结串联在一起。
该GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的生长制备方法包括下列具体步骤：
(一) GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的生长
(1) 在GaAs或Ge衬底上生长AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层、N型掺杂的GaAs接触层；
(2) 生长GaInP太阳电池；
(3) 生长第一隧道结，隧道结包括沿逐渐远离GaInP电池的方向依次设置的P型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层，P型(Al)GaAs重掺层，N型GaInP或GaAs重掺层和N型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层；
(4) 生长GaAs太阳电池；
(5) 生长第二隧道结，隧道结包括沿逐渐远离GaAs电池的方向依次设置的P型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层，P型(Al)GaAs重掺层，N型GaInP或GaAs重掺层和N型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层；
(6) 生长N型高掺杂AlxIn1-xAs渐变过渡层，Al的组分由1.00变化至0.48；
(7) 生长InGaAsP太阳电池；
(8) 生长第三隧道结，隧道结包括沿逐渐远离InGaAsP电池的方向依次设置的P型InP势垒层，P型InGaAs重掺层，N型InGaAs重掺层和N型InP势垒层；
(9) 生长InGaAs太阳电池；
(10) 生长P型InP，作为键合面。
(二) 制备工艺
(1) 将生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的P型InP层键合到硅等衬底上；
(2) 将生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的GaAs或Ge衬底减薄剥离；
(3) 制备上下电极，获得所需的太阳电池。
前述四结级联太阳电池中的各结构层均是采用MOCVD法或MBE法生长形成的；
若采用MOCVD法，则N型掺杂原子为Si、Se、S或Te，P型掺杂原子为Zn、Mg或C；
若采用MBE法，则N型掺杂原子为Si、Se、S、Sn或Te，P型掺杂原子为Be、Mg或C。
下面结合附图及一较佳实施例实例对本发明的技术方案作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围：
实施例1：参阅图1该基于晶格异变生长方法生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法包括下列步骤：
（一）用MOCVD方法生长GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其结构如图1所示：
(1) 在GaAs衬底37上生长0.3微米的AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层01、N型高掺杂的0.5微米的GaAs 02，形成接触层，用来做欧姆接触。
(2) 在GaAs 02上生长N型掺杂浓度约1′1017 cm-3的0.02微米的Al(Ga)InP 03作为GaInP电池29的窗口层，然后生长N型掺杂浓度约1′1018 cm-3的0.07微米的GaInP 04作为GaInP电池29的发射区，再生长P型掺杂浓度约1′1017 cm-3的0.7微米的GaInP 05作为GaInP电池29的基区；
(3) 生长P型掺杂浓度约1′1018 cm-3的0.03微米的(Al)GaInP或AlGaAs 06作为GaInP电池29的背场，也可作为隧道结的P型势垒层，阻止基区的光生电子向下电极扩散；
(4) 生长P型掺杂浓度大于1′1019 cm-3以上的0.015微米的(Al)GaAs 07，然后生长N型掺杂浓度大于1′1019 cm-3的0.015微米的GaInP或GaAs 08，再生长N型掺杂浓度约1′1018 cm-3的0.05微米的AlGaAs或Al(Ga)InP 09作为隧道结N型层的势垒层，形成第一隧道结30；
(5) 生长N型掺杂浓度约1′1018 cm-3的0.01微米的AlGaAs或AlGaInP层10作为GaAs电池31的窗口层，防止光生空穴向上扩散；
(6) 生长N型掺杂浓度约1′1018 cm-3的0.1微米的GaAs层11作为GaAs电池31的发射区，生长P型掺杂浓度约1′1017 cm-3的2.8微米的GaAs层12作为GaAs电池31的基区；
(7) 生长一层P型高掺杂的0.1微米的(Al)GaAs或(Al)GaInP 13作为GaAs电池31的背场，以减小光生电子的复合；
(8) 生长P型掺杂浓度大于1′1019 cm-3以上的0.015微米的(Al)GaAs 14，然后生长N型掺杂浓度大于1′1019 cm-3的0.015微米的GaInP或GaAs 15，再生长N型掺杂浓度约1′1018 cm-3的0.05微米的AlGaAs或Al(Ga)InP 16作为隧道结N型层的势垒层，形成第二隧道结32；
(9) 生长约0.1微米的GaAs 17，再生长约2.5微米的高掺杂AlxIn1-xAs渐变过渡层，Al的组分由1.00渐变到0.48，直到与InP的晶格匹配，再生长约0.2微米的高掺杂Al0.48In0.52As层18；
(10) 生长N型掺杂浓度约为1′1018 cm-3的0.05微米的InP或In(Ga)AlAs 19作为InGaAsP电池的窗口层；
(11) 生长N型掺杂浓度约为1′1018 cm-3的0.4微米的InGaAsP 20作为InGaAsP电池的发射区，再生长P型掺杂浓度约为1′1017 cm-3的2.5微米的InGaAsP 21作为InGaAsP电池的基区；
(12) 生长P型掺杂浓度约为1′1018 cm-3的0.3微米的InP作为缓冲层22，并作为InGaAsP电池34的背场，形成InGaAsP子电池34；
(13) 生长P型掺杂浓度约为1′1019 cm-3的0.02微米的InGaAs 23和N型掺杂浓度约为1′1019 cm-3的0.02微米的InGaAs 24，形成第三隧道结35；
(14) 生长N型掺杂浓度约为2′1018 cm-3的0.1微米的InP 25作为InGaAs子电池35的窗口层，然后生长N型掺杂浓度约为2′1018 cm-3的0.2微米的InGaAs作为InGaAs子电池35的发射区 26，再生长P型掺杂浓度约为2′1017 cm-3的2.5微米的InGaAs作为InGaAs子电池35的基区 27，最后生长P型掺杂浓度约为1′1018 cm-3的0.3微米的InP作为背场层28。
(二) 制备工艺
(1) 将生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的P型InP层键合到硅等衬底38上；
(2) 将生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的GaAs或Ge衬底37减薄剥离；
(3) 制备上、下电极39，获得所需的太阳电池，其结构如附图2所示。
以上仅是本发明的较佳应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均应落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于，它包括与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池，该两个双结电池通过晶格异变生长渐变过渡层串联，所述渐变过渡层包括AlxIn1-xAs渐变过渡层，其中x=1~0.48。
2.根据权利要求1所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于：它包括依次连接的GaInP子电池、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、渐变过渡层、InGaAsP子电池、第三隧道结和InGaAs子电池，其中，所述InGaAs电池与一第二衬底键合，且该第二衬底和GaInP子电池上还分别设有电极；所述第二衬底至少选自Si衬底、金属片、陶瓷片和玻璃片中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于：所述AlxIn1-xAs渐变过渡层的带隙大于1.42 eV。
4.根据权利要求1或2所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于：所述四结级联太阳电池的带隙组合为1.90 eV、1.42 eV、~1.03 eV、0.73 eV。
5.根据权利要求2所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池，其特征在于：
所述GaInP子电池包含依次设置的GaAs接触层、Al(Ga)InP窗口层、GaInP发射区、GaInP基区、(Al)GaInP或AlGaAs背场层；
所述第一隧道结包含依次设置的(Al)GaAs层、GaInP或GaAs层、Al(Ga)InP或AlGaAs势垒层；
所述GaAs子电池包含依次设置的AlGaAs窗口层、GaAs发射区、GaAs基区、(Al)GaAs或(Al)GaInP背场层；
所述第二隧道结包含依次设置的(Al)GaAs层、GaInP或GaAs层、Al(Ga)InP或AlGaAs势垒层；
所述InGaAsP子电池包含依次设置的InP或In(Ga)AlAs窗口层、InGaAsP发射区、InGaAsP基区、InP背场层；
所述第三隧道结包含依次设置的P型高掺杂InGaAs 层和N型高掺杂InGaAs层；
所述InGaAs子电池包含依次设置的InP窗口层、InGaAs发射区、InGaAs基区、InP背场层；
前述的依次设置是指按照逐渐靠近第二衬底的方向依次设置。
6.如权利要求1所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法为：在采用晶格变异法依次生长形成与GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs双结电池和与InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs双结电池的过程中，采用In组分线性渐进和/或步进的方法生长渐变过渡层将该两个双结电池串联，所述渐变过渡层包括AlxIn1-xAs渐变过渡层，其中x=1~0.48。
7.根据权利要求6所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法具体为：采用倒置生长方法在第一衬底上依次生长GaInP子电池、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、AlxIn1-xAs渐变过渡层、InGaAsP子电池、第三隧道结和InGaAs子电池，其后在InGaAs子电池键合一第二衬底，再除去第一衬底，并分别在该第二衬底和GaInP子电池上设置电极，获得目标产品；
所述第一衬底至少选自GaAs或Ge衬底；
所述第二衬底至少选自Si衬底、金属片、陶瓷片和玻璃片中的任意一种；
所述AlxIn1-xAs渐变过渡层的带隙大于1.42 eV。
8.根据权利要求7所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法具体为：
首先，在GaAs或Ge衬底上首先生长AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层、N型GaAs接触层；
其次依次倒置生长GaInP电池和GaAs电池；
然后生长AlxIn1-xAs渐变过渡层，且Al的组分由1.00变化至0.48，从而使其由GaAs晶格常数过渡到InP晶格常数；
最后生长InGaAsP电池和InGaAs电池，各个子电池之间通过隧道结串联。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(一) GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的生长
(1) 在GaAs或Ge衬底上生长AlGaAs或(Al)GaInP牺牲层、N型掺杂的GaAs接触层；
(2) 生长GaInP太阳电池；
(3) 生长第一隧道结，该隧道结包括沿逐渐远离GaInP电池的方向依次设置的P型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层，P型(Al)GaAs重掺层，N型GaInP或GaAs重掺层和N型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层；
(4) 生长GaAs太阳电池；
(5) 生长第二隧道结，该隧道结包括沿逐渐远离GaAs电池的方向依次设置的P型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层，P型(Al)GaAs重掺层，N型GaInP或GaAs重掺层和N型AlGaAs或Al(Ga)InP势垒层；
(6) 生长N型高掺杂AlxIn1-xAs渐变过渡层，x的取值由1.00变化至0.48；
(7) 生长InGaAsP太阳电池；
(8) 生长第三隧道结，该隧道结包括沿逐渐远离InGaAsP电池的方向依次设置的P型InP势垒层，P型InGaAs重掺层，N型InGaAs重掺层和N型InP势垒层；
(9) 生长InGaAs太阳电池；
(10) 生长P型InP层作为键合面；
(二) 制备工艺
(1) 将生长的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的P型InP层键合到第二衬底上，并除去GaAs或Ge衬底；
(2) 在GaInP子电池和第二衬底上分别制备上、下电极，获得目标产品。
10.根据权利要求9所述的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制备方法，其特征在于：
所述四结级联太阳电池电池中的各结构层均是采用MOCVD法或MBE法生长形成；
若采用MOCVD法，则N型掺杂原子为Si、Se、S或Te，P型掺杂原子为Zn、Mg或C；
若采用MBE法，则N型掺杂原子为Si、Se、S、Sn或Te，P型掺杂原子为Be、Mg或C。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011102355546A CN102299159B (zh) | 2011-08-17 | 2011-08-17 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011102355546A CN102299159B (zh) | 2011-08-17 | 2011-08-17 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102299159A true CN102299159A (zh) | 2011-12-28 |
| CN102299159B CN102299159B (zh) | 2013-11-20 |
Family
ID=45359461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011102355546A Expired - Fee Related CN102299159B (zh) | 2011-08-17 | 2011-08-17 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102299159B (zh) |
Cited By (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569475A (zh) * | 2012-02-08 | 2012-07-11 | 天津三安光电有限公司 | 一种四结四元化合物太阳能电池及其制备方法 |
| CN102651419A (zh) * | 2012-05-18 | 2012-08-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN102751389A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-10-24 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种高效多结太阳能电池的制备方法 |
| CN102790120A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790119A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790117A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790116A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 倒装GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN103117312A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-05-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯/金属复合电极半导体多结太阳电池及其制备方法 |
| CN103151413A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-06-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 倒装四结太阳电池及其制备方法 |
| CN103165720A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-06-19 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 正装三结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN103346191A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-10-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN103346190A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-10-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Si衬底的四结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN104009047A (zh) * | 2013-02-27 | 2014-08-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种倒装结构的激光光伏电池及其制作方法 |
| CN104157725A (zh) * | 2013-05-13 | 2014-11-19 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制作方法 |
| CN104205364A (zh) * | 2012-03-28 | 2014-12-10 | 索泰克公司 | 多结太阳能电池装置的制造 |
| CN104659158A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-05-27 | 天津三安光电有限公司 | 倒装多结太阳能电池及其制作方法 |
| RU2589464C1 (ru) * | 2015-05-14 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Способ изготовления многопереходного солнечного элемента |
| CN107093647A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-08-25 | 江苏中天科技股份有限公司 | 激光光伏电池及其制备方法 |
| CN108511532A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-07 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法 |
| CN109148634A (zh) * | 2018-08-23 | 2019-01-04 | 南昌凯迅光电有限公司 | 一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法 |
| CN110112236A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-09 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种砷化镓多结太阳电池及制作方法 |
| CN112447868A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-05 | 中山德华芯片技术有限公司 | 一种高质量四结空间太阳电池及其制备方法 |
| CN112885921A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-01 | 常州信息职业技术学院 | 一种GaInP/GaAs/AlGaSb三结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN114335215A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-04-12 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | 一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法 |
| EP3185312B1 (de) * | 2015-12-25 | 2023-02-08 | AZUR SPACE Solar Power GmbH | Stapelförmige mehrfach-solarzelle |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101859813A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-10-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池的制作方法 |
| CN101950774A (zh) * | 2010-08-17 | 2011-01-19 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池的制作方法 |
-
2011
- 2011-08-17 CN CN2011102355546A patent/CN102299159B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101859813A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-10-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池的制作方法 |
| CN101950774A (zh) * | 2010-08-17 | 2011-01-19 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太阳电池的制作方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| J. F. GEISZ等: "High-efficiency GaInP/GaAs/InGaAs triple-junction solar cells grown inverted with a metamorphic bottom junction", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 * |
| KATSUAKI TANABE等: "Lattice-Mismatched Monolithic GAAS/INGAAS Two-Junction Solar Cells by Direct Wafer Bonding", 《PHOTOVOLTAIC ENERGY CONVERSION, CONFERENCE RECORD OF THE 2006 IEEE 4TH WORLD CONFERENCE ON 》 * |
| M. K. HUDAIT等: "Comparison of mixed anion, InAsyP1-y and mixed cation, InxAl1-xAs metamorphic buffers grown by molecular beam epitaxy on (100) InP substrates", 《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 * |
Cited By (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569475A (zh) * | 2012-02-08 | 2012-07-11 | 天津三安光电有限公司 | 一种四结四元化合物太阳能电池及其制备方法 |
| CN102569475B (zh) * | 2012-02-08 | 2014-05-14 | 天津三安光电有限公司 | 一种四结四元化合物太阳能电池及其制备方法 |
| US9437769B2 (en) | 2012-02-08 | 2016-09-06 | Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Four-junction quaternary compound solar cell and method thereof |
| WO2013117108A1 (zh) * | 2012-02-08 | 2013-08-15 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种四结四元化合物太阳能电池及其制备方法 |
| CN104205364A (zh) * | 2012-03-28 | 2014-12-10 | 索泰克公司 | 多结太阳能电池装置的制造 |
| CN104205364B (zh) * | 2012-03-28 | 2017-07-14 | 索泰克公司 | 多结太阳能电池装置的制造 |
| CN102651419A (zh) * | 2012-05-18 | 2012-08-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 四结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790119A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790116A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 倒装GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790117A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790120B (zh) * | 2012-07-19 | 2015-04-01 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790120A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN102790116B (zh) * | 2012-07-19 | 2015-09-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 倒装GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 |
| CN102751389A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-10-24 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种高效多结太阳能电池的制备方法 |
| CN103117312A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-05-22 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯/金属复合电极半导体多结太阳电池及其制备方法 |
| CN104009047B (zh) * | 2013-02-27 | 2017-10-24 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种倒装结构的激光光伏电池及其制作方法 |
| CN104009047A (zh) * | 2013-02-27 | 2014-08-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种倒装结构的激光光伏电池及其制作方法 |
| CN103165720A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-06-19 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 正装三结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN103151413B (zh) * | 2013-03-22 | 2016-01-27 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 倒装四结太阳电池及其制备方法 |
| CN103165720B (zh) * | 2013-03-22 | 2016-03-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 正装三结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN103151413A (zh) * | 2013-03-22 | 2013-06-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 倒装四结太阳电池及其制备方法 |
| CN104157725A (zh) * | 2013-05-13 | 2014-11-19 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制作方法 |
| CN104157725B (zh) * | 2013-05-13 | 2017-01-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制作方法 |
| CN103346190A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-10-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Si衬底的四结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN103346190B (zh) * | 2013-06-04 | 2016-09-07 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | Si衬底的四结级联太阳能电池及其制备方法 |
| CN103346191B (zh) * | 2013-06-06 | 2017-01-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN103346191A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-10-09 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN104659158A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-05-27 | 天津三安光电有限公司 | 倒装多结太阳能电池及其制作方法 |
| RU2589464C1 (ru) * | 2015-05-14 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Способ изготовления многопереходного солнечного элемента |
| EP3185312B1 (de) * | 2015-12-25 | 2023-02-08 | AZUR SPACE Solar Power GmbH | Stapelförmige mehrfach-solarzelle |
| CN107093647A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-08-25 | 江苏中天科技股份有限公司 | 激光光伏电池及其制备方法 |
| CN108511532A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-07 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法 |
| CN109148634A (zh) * | 2018-08-23 | 2019-01-04 | 南昌凯迅光电有限公司 | 一种倒置三结砷化镓太阳电池及其制作方法 |
| CN110112236A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-09 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种砷化镓多结太阳电池及制作方法 |
| CN112447868A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-05 | 中山德华芯片技术有限公司 | 一种高质量四结空间太阳电池及其制备方法 |
| CN112885921A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-01 | 常州信息职业技术学院 | 一种GaInP/GaAs/AlGaSb三结级联太阳电池及其制备方法 |
| CN114335215A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-04-12 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | 一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法 |
| CN114335215B (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-14 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | 一种带有渐变隧穿结的砷化镓太阳电池及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102299159B (zh) | 2013-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102299159B (zh) | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 | |
| CN102184980B (zh) | 基于晶片键合的三结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102651417B (zh) | 三结级联太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103346191B (zh) | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池及其制备方法 | |
| CN103151413B (zh) | 倒装四结太阳电池及其制备方法 | |
| CN102790118A (zh) | GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102790116B (zh) | 倒装GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102651419A (zh) | 四结级联太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103219414B (zh) | GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结级联太阳电池的制作方法 | |
| CN102790117B (zh) | GaInP/GaAs/InGaNAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103199142B (zh) | GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103077983A (zh) | 多结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102790119B (zh) | GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102790134A (zh) | 一种高效倒装五结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103346190B (zh) | Si衬底的四结级联太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103247722B (zh) | 四结级联太阳电池的制作方法 | |
| CN104779313B (zh) | 四结级联的太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103165720B (zh) | 正装三结级联太阳电池及其制备方法 | |
| CN103311354B (zh) | Si衬底三结级联太阳电池及其制作方法 | |
| CN102651418B (zh) | 三结级联太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103151415B (zh) | 三结太阳电池及其制备方法 | |
| CN103151414B (zh) | 正装三结级联太阳电池及其制备方法 | |
| CN103137766B (zh) | 三结级联太阳电池及其制备方法 | |
| CN103199130B (zh) | 正装四结太阳电池及其制备方法 | |
| CN103219404B (zh) | 三结太阳电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131120 Termination date: 20200817 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |