CN103311353B - 三结级联太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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CN103311353B CN201310207650.9A CN201310207650A CN103311353B CN 103311353 B CN103311353 B CN 103311353B CN 201310207650 A CN201310207650 A CN 201310207650A CN 103311353 B CN103311353 B CN 103311353B
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Abstract

本发明涉及太阳能技术领域，尤其是几种三结级联太阳能电池，其包括在GaAs衬底上依次生长的底电池层、第一隧道结、中间电池层、第二隧道结、顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs衬底底部设有下欧姆电极及所述GaAs接触层顶部还设有上欧姆电极、抗反射膜。本发明还提供这几种太阳能电池的制备方法。本发明实现对太阳光谱的分段吸收利用，各个子电池间的电流匹配，每个电池层与GaAs晶格匹配，可获得较高的电池效率，是一种潜在的理想的太阳能电池材料。

Description

三结级联太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是三结级联太阳能电池的结构及其制作方法。
背景技术
在III-V族太阳能电池领域，通常采用多结体系实现对太阳光谱的分段吸收利用，以获得较高的转换效率。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。该电池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。计算表明具有1.93eV/1.39eV/0.94eV帯隙组合的三结太阳能电池在100倍聚光下的转换效率大于51%。
一种能实现该帯隙组合的材料为AlInAs/InGaAsP/InGaAs，然而该材料的晶格常数与GaAs衬底有约2.5%的失配，而且目前尚缺乏与上述材料晶格常数匹配的衬底。为了得到1.93eV/1.39eV/0.94eV帯隙组合的AlInAs/InGaAsP/InGaAs材料，一种常用方法是利用晶格异变技术在GaAs衬底上生长晶格异变缓冲层，实现晶格常数的过渡，然而该技术对材料生长提出了更高的要求，同时缓冲层的引入也带来了较多的缺陷，降低了电池的性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出三结级联太阳能电池及其制备方法，
这种三结级联太阳能电池，其包括在GaAs衬底上依次生长的GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设置下欧姆接触电极。
优选地，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层、所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV。
优选地，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层的x、y分别为1.56%、2.60%。
优选地，所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层的m、n为5.00%、1.00%。
优选地，所述AlpGa1-pAs顶电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.6%。
本发明还提供这种三结级联太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆接触电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部设置下欧姆接触电极。
其中，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
本发明还提供第二种三结级联太阳能电池，其包括在GaAs衬底上依次生长的InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设置下欧姆接触电极。
优选地，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层、所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV。
优选地，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层的x、y分别为10.00%、3.60%。
优选地，所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层的m、n为5.00%、1.00%。
优选地，所述AlpGa1-pAs顶电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.6%。
本发明还提供第二种三结级联太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层依次设置上欧姆接触电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部设置下欧姆接触电极。
其中，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
第三种三结级联太阳能电池，其包括在GaAs衬底上依次生长的GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-nInnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置有上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设有下欧姆接触电极。
优选地，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层、所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV。
优选地，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层的x、y分别为1.45%、2.56%。
优选地，所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层的m、n为1.5%、3%。
优选地，所述AlpGa1-pAs顶电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.6%。
本发明还提供第三种三结级联太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-nInnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部生长上欧姆接触电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部生长下欧姆接触电极。
其中，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
本发明还提供第四种三结级联太阳能电池，其包括在GaAs衬底上依次生长的InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-nInnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置有上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设有下欧姆接触电极。
优选地，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层、所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV。
优选地，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层的x、y分别为10.5%、3.6%。
优选地，所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层的m、n为1.5%、3%。
优选地，所述AlpGa1-pAs顶电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.6%。
本发明还提供第四种三结级联太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-nInnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部生长上欧姆接触电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部生长下欧姆接触电极。
其中，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
本发明通过对GaAs调节并引入多种元素，在使晶格常数保持不变的同时可以在较大范围内调节材料的带宽，最终获得1.93eV、1.39eV、0.94eV的帯隙组合，实现对太阳光谱的分段吸收利用。并且，本发明各个子电池间的电流匹配，晶格常数与GaAs衬底匹配，可获得较高的电池效率。采用传统方法生长，生长过程简单。本发明使各个电池层与GaAs晶格匹配并具有所需的带宽，使之成为一种潜在的理想的太阳能电池材料。
附图说明
图1为本发明实施例1太阳能电池的底、中、顶三个电池层及接触层的结构示意图。
图2是本发明实施例1太阳能电池结构示意图。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明具体实施方式作详细说明。
实施例1
参阅图1所示，本发明的三结级联太阳能电池结构，其底、中、顶三个电池层，分别是GaAs1-x-yNxBiy、InmGa1-mAs1-nNn、AlpGa1-pAs材质形成的，其禁带宽度依次为0.94eV、1.39eV、1.93eV。
具体结构为：在GaAs衬底10上依次生长的GaAs1-x-yNxBiy底电池层20、第一隧道结30、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40、第二隧道结50、AlpGa1-pAs顶电池层60及GaAs接触层70。结合图2所示，该太阳能电池中还包括依次设置在GaAs接触层70上的上欧姆电极80、抗反射膜90，以及形成在GaAs衬底10底部的底电极01。其中，本发明三结级联太阳能电池外延层均采用有机金属化学气相沉积法（MOCVD）或分子束外延法（MBE）制备的，具体包括下列步骤：
(1)生长GaAs1-x-yNxBiy底电池层20，其中，该GaAs1-x-yNxBiy底电池层20与GaAs衬底10晶格匹配，其中x、y分别为1.56%、2.60%。
该GaAs1-x-yNxBiy底电池层20包括上下层叠的N型窗口层24、N型发射区23、P型基区22和P型背场层21。首先在P型GaAs衬底10上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的P型GaAs作为P型背场层21；再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型GaAs1-x-yNxBiy作为P型基区22；再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型GaAs1-x-yNxBiy作为N型发射区23。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaAs作为N型窗口层2。由此形成具有禁带宽度为0.94eV的GaAs1-x-yNxBiy底电池层20。
(2)生长第一隧道结30。
该第一隧道结30包括上下层叠的P型层32和N型层31。在所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层20的N型窗口层24表面，生长N型GaInP，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层31。然后在所述N型层31上生长P型AlGaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，生长厚度为0.015微米的P型层32。
(3)生长InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40。其中，所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40与GaAs衬底10晶格匹配，其中m、n分别为5.00%、1.00%。
该InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40包括上下层叠的N型窗口层44、N型发射区43、P型基区42和P型背场层41。首先在第一隧道结30的P型层32上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型GaInP作为P型背场层41。再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型InmGa1-mAs1-nNn作为P型基区42，然后再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型InmGa1-mAs1-nNn作为N型发射区43。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaInP作为N型窗口层44，由此形成具有禁带宽度为1.39eV的InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40。
(4)生长第二隧道结50。
该第二隧道结50包括上下层叠的P型层52和N型层51。在所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40的N型窗口层44表面，生长N型AlGaAs，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层51。然后在所述N型层51上生长P型GaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，厚度为0.015微米的P型层52。
(5)生长AlpGa1-pAs顶电池层60。其中，所述AlpGa1-pAs顶电池层60的p为40.6%。
该AlpGa1-pAs顶电池层60包括上下层叠的N型窗口层64、N型发射区63、P型基区62和P型背场层61。首先在第二隧道结50的P型层52上通过MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型AlGaInP作为P型背场层61。再生长掺杂浓度为1×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型AlpGa1-pAs作为P型基区62，。再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型AlpGa1-pAs作为N型发射区63。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.03微米的N型AlInP作为N型窗口层64，由此形成具有禁带宽度为1.93eV的AlpGa1-pAs顶电池层60。
(6)生长GaAs接触层70及上欧姆电极80、下欧姆电极01的制作。在AlpGa1-pAs顶电池层60的N型窗口层64表面，用MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为6×1018cm-3，厚度为0.5微米的N型GaAs作为欧姆接触层70。
最后，在GaAs衬底10的底部以及GaAs接触层70的顶部分别设置下欧姆电极01和上欧姆电极80，并在上欧姆电极80上方生长抗反射膜90，形成三结级联太阳能电池。
当然，上述实施例中的禁带宽度还可以在一定范围内调整，调整范围为±0.01eV。
实施例2
本发明的三结级联太阳能电池结构，其结构与实施例1相同。参阅图1与图2所示，其太阳能电池结构包括底、中、顶三个电池层，分别是InxGa1-xAs1-yNy、InmGa1-mAs1-nNn、AlpGa1-pAs材质形成的，其禁带宽度依次为0.94eV、1.39eV、1.93eV。
具体结构为：在GaAs衬底10上依次生长的InxGa1-xAs1-yNy底电池层20、第一隧道结30、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40、第二隧道结50、AlpGa1-pAs顶电池层60及GaAs接触层70。结合图2所示，该太阳能电池中还包括依次设置在GaAs接触层70上的上欧姆电极80、抗反射膜90，以及形成在GaAs衬底10底部的底电极01。其中，本发明三结级联太阳能电池外延层均采用有机金属化学气相沉积法（MOCVD）或分子束外延法（MBE）制备的，具体包括下列步骤：
(1)生长InxGa1-xAs1-yNy底电池层20，其中，该InxGa1-xAs1-yNy底电池层20与GaAs衬底10晶格匹配，其中x、y分别为10.00%、3.60%，
该InxGa1-xAs1-yNy底电池层20包括上下层叠的N型窗口层24、N型发射区23、P型基区22和P型背场层21。首先在P型GaAs衬底10上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的P型GaAs作为P型背场层21。再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型InxGa1-xAs1-yNy作为P型基区22。再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型InxGa1-xAs1-yNy作为N型发射区23。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaAs作为N型窗口层24由此形成具有禁带宽度为0.94eV的InxGa1-xAs1-yNy底电池层20。
(2)生长第一隧道结30。
该第一隧道结30包括上下层叠的P型层32和N型层31。在所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层20的N型窗口层24表面，生长N型GaInP，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层31。然后在所述N型层31上生长P型AlGaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，生长厚度为0.015微米的P型层32。
(3)生长InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40。其中，所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40与GaAs衬底10晶格匹配，其中m、n分别为5.00%、1.00%。
该InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40包括上下层叠的N型窗口层44、N型发射区43、P型基区42和P型背场层41。首先在第一隧道结30的P型层32上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型GaInP作为P型背场层41。再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型InmGa1-mAs1-nNn作为P型基区42，然后再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型InmGa1-mAs1-nNn作为N型发射区43。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaInP作为N型窗口层44，由此形成具有禁带宽度为1.39eV的InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40。
(4)生长第二隧道结50。
该第二隧道结50包括上下层叠的P型层52和N型层51。在所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层40的N型窗口层44表面，生长N型AlGaAs，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层51。然后在所述N型层51上生长P型GaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，厚度为0.015微米的P型层52。
(5)生长AlpGa1-pAs顶电池层60。其中，所述AlpGa1-pAs顶电池层60的p为40.6%。
该AlpGa1-pAs顶电池层60包括上下层叠的N型窗口层64、N型发射区63、P型基区62和P型背场层61。首先在第二隧道结50的P型层52上通过MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型AlGaInP作为P型背场层61。再生长掺杂浓度为1×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型AlpGa1-pAs作为P型基区62。再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型AlpGa1-pAs作为N型发射区63，。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.03微米的N型AlInP作为N型窗口层64，由此形成具有禁带宽度为1.93eV的AlpGa1-pAs顶电池层60。
(6)生长GaAs接触层70及欧姆电极80、下欧姆电极01、抗反膜90的制作。在AlpGa1-pAs顶电池层60的N型窗口层64表面，用MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为6×1018cm-3，厚度为0.5微米的N型GaAs作为欧姆接触层70。
最后，在GaAs衬底10的底部以及GaAs接触层70的顶部分别设置下欧姆电极01和上欧姆电极80，并在上欧姆电极80上方蒸镀抗反射膜90，形成三结级联太阳能电池。
当然，上述实施例中的禁带宽度还可以在一定范围内调整，调整范围为±0.01eV。
实施例3
本发明的三结级联太阳能电池结构，其结构与实施例1相同。参阅图1与图2所示，本发明的三结级联太阳能电池结构，其底、中、顶三个电池层，分别是GaAs1-x-yNxBiy、BmGa1-m-nInnAs、AlpGa1-pAs材质形成的，具体结构为：在GaAs衬底10上依次生长的GaAs1-x-yNxBiy底电池层20、第一隧道结30、BmGa1-m-nInnAs中间电池层40、第二隧道结50、AlpGa1-pAs顶电池层60及GaAs接触层70。结合图2所示，该太阳能电池中还包括依次设置在GaAs接触层70上的上欧姆电极80、抗反射膜90，以及形成在GaAs衬底10底部的底电极01。其中，本发明三结级联太阳能电池外延层均采用有机金属化学气相沉积法（MOCVD）或分子束外延法（MBE）制备的，具体包括下列步骤：
(1)生长GaA1-x-yNxBiy底电池层20，其中，该GaAs1-x-yNxBiy底电池层20的x、y分别为1.45%、2.56%，
该GaAs1-x-yNxBiy底电池层20包括上下层叠的N型窗口层24、N型发射区23、P型基区22和P型背场层21。首先在P型GaAs衬底10上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的P型GaAs作为P型背场层21；再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型GaAs1-x-yNxBiy作为P型基区22；再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型GaAs1-x-yNxBiy作为N型发射区23。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaAs作为N型窗口层2。由此形成具有禁带宽度为0.94eV的GaAs1-x-yNxBiy底电池层20。
(2)生长第一隧道结30。
该第一隧道结30包括上下层叠的P型层32和N型层31。在所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层20的N型窗口层24表面，生长N型GaInP，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层31。然后在所述N型层31上生长P型AlGaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，生长厚度为0.015微米的P型层32。
(3)生长BmGa1-m-nInnAs中间电池层40。其中，所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层40的m、n分别为1.5%、3%。
该BmGa1-m-nInnAs中间电池层40包括上下层叠的N型窗口层44、N型发射区43、P型基区42和P型背场层41。首先在第一隧道结30的P型层32上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型GaInP作为P型背场层41。再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型BmGa1-m-nInnAs作为P型基区42，然后再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型BmGa1-m-nInnAs作为N型发射区43。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaInP作为N型窗口层44，由此形成具有禁带宽度为1.39eV的BmGa1-m-nInnAs中间电池层40。
(4)生长第二隧道结50。
该第二隧道结50包括上下层叠的P型层52和N型层51。在所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层40的N型窗口层44表面，生长N型GaAs，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层51。然后在所述N型层51上生长P型GaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，厚度为0.015微米的P型层52。
(5)生长AlpGa1-pAs顶电池层60。其中，所述AlpGa1-pAs顶电池层60的p为40.6%。
该AlpGa1-pAs顶电池层60包括上下层叠的N型窗口层64、N型发射区63、P型基区62和P型背场层61。首先在第二隧道结50的P型层52上通过MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型GaAs作为P型背场层61。再生长掺杂浓度为1×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型AlpGa1-pAs作为P型基区62，。再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型AlpGa1-pAs作为N型发射区63。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.03微米的N型AlInP作为N型窗口层64，由此形成具有禁带宽度为1.93eV的AlpGa1-pAs顶电池层60。
(6)生长GaAs接触层70及上欧姆电极80、下欧姆电极01的制作。在AlpGa1-pAs顶电池层60的N型窗口层64表面，用MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为6×1018cm-3，厚度为0.5微米的N型GaAs作为欧姆接触层70。
最后，在GaAs衬底10的底部以及GaAs接触层70的顶部分别生长下欧姆电极01和上欧姆电极80，并在上欧姆电极80上方生长抗反射膜90。
当然，上述实施例中的禁带宽度还可以在一定范围内调整，调整范围为±0.01eV。
实施例4
本发明的三结级联太阳能电池结构，其结构与实施例1相同。参阅图1与图2所示，其太阳能电池结构包括底、中、顶三个电池层，分别是InxGa1-xAs1-yNy、BmGa1-m-nInnAs、AlpGa1-pAs材质形成的，具体结构为：在GaAs衬底10上依次生长的InxGa1-xAs1-yNy底电池层20、第一隧道结30、BmGa1-m-nInnAs中间电池层40、第二隧道结50、AlpGa1-pAs顶电池层60及GaAs接触层70。结合图2所示，该太阳能电池中还包括依次设置在GaAs接触层70上的上欧姆电极80、抗反射膜90，以及形成在GaAs衬底10底部的底电极01。其中，本发明三结级联太阳能电池外延层均采用有机金属化学气相沉积法（MOCVD）或分子束外延法（MBE）制备的，具体包括下列步骤：
(1)生长InxGa1-xAs1-yNy底电池层20，其中，该InxGa1-xAs1-yNy底电池层20的x、y分别为10.5%、3.6%，
该InxGa1-xAs1-yNy底电池层20包括上下层叠的N型窗口层24、N型发射区23、P型基区22和P型背场层21。首先在P型GaAs衬底10上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的P型GaAs作为P型背场层21。再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型InxGa1-xAs1-yNy作为P型基区22。再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型InxGa1-xAs1-yNy作为N型发射区23。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaAs作为N型窗口层24由此形成具有禁带宽度为0.94eV的InxGa1-xAs1-yNy底电池层20。
(2)生长第一隧道结30。
该第一隧道结30包括上下层叠的P型层32和N型层31。在所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层20的N型窗口层24表面，生长N型GaInP，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层31。然后在所述N型层31上生长P型AlGaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，生长厚度为0.015微米的P型层32。
(3)生长BmGa1-m-nInnAs中间电池层40。其中，所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层40的m、n分别为1.5%、3%。
该BmGa1-m-nInnAs中间电池层40包括上下层叠的N型窗口层44、N型发射区43、P型基区42和P型背场层41。首先在第一隧道结30的P型层32上通过MOCVD或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型GaInP作为P型背场层41。再生长掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型BmGa1-m-nInnAs作为P型基区42，然后再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型BmGa1-m-nInnAs作为N型发射区43。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的N型GaInP作为N型窗口层44，由此形成具有禁带宽度为1.39eV的BmGa1-m-nInnAs中间电池层40。
(4)生长第二隧道结50。
该第二隧道结50包括上下层叠的P型层52和N型层51。在所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层40的N型窗口层44表面，生长N型GaAs，形成掺杂浓度在1×1019cm-3以上，厚度为0.015微米的N型层51。然后在所述N型层51上生长P型GaAs，形成掺杂浓度大于1×1019cm-3，厚度为0.015微米的P型层52。
(5)生长AlpGa1-pAs顶电池层60。其中，所述AlpGa1-pAs顶电池层60的p为40.6%。
该AlpGa1-pAs顶电池层60包括上下层叠的N型窗口层64、N型发射区63、P型基区62和P型背场层61。首先在第二隧道结50的P型层52上通过MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.1微米的P型GaAs作为P型背场层61。再生长掺杂浓度为1×1017cm-3，厚度为3.0微米的P型AlpGa1-pAs作为P型基区62。再生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.2微米的N型AlpGa1-pAs作为N型发射区63，。最后生长掺杂浓度为2×1018cm-3，厚度为0.03微米的N型AlInP作为N型窗口层64，由此形成具有禁带宽度为1.93eV的AlpGa1-pAs顶电池层60。
(6)生长GaAs接触层70及欧姆电极80、下欧姆电极01、抗反膜90的制作。在AlpGa1-pAs顶电池层60的N型窗口层64表面，用MOCVD法或MBE法生长掺杂浓度为6×1018cm-3，厚度为0.5微米的N型GaAs作为欧姆接触层70。
最后，在GaAs衬底10的底部以及GaAs接触层70的顶部分别生长下欧姆电极01和上欧姆电极80，并在上欧姆电极80上方生长抗反射膜90。
当然，上述实施例中的禁带宽度还可以在一定范围内调整，调整范围为±0.01eV。
上述实施方法只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的认识能够了解本发明的内容并据以实施，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要求所保护的范围内。

Claims (12)

1.一种三结级联太阳能电池，其特征在于，包括在GaAs衬底上依次生长的GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设有下欧姆接触电极；
其中，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层、所述InmGa1-m As1-n Nn中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV；
其中，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池与GaAs衬底晶格匹配；所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层的x、y分别为1.56％、2.60％；
其中，所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层与GaAs衬底晶格匹配；所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层的m、n为5.00％、1.00％；
其中，所述AlpGa1-pAs顶电池与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.60％。
2.一种根据权利要求1所述三结级联太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部设置下欧姆电极。
3.根据权利要求2所述太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
4.一种三结级联太阳能电池，其特征在于，包括在GaAs衬底上依次生长的InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设置下欧姆接触电极；
其中，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层、所述InmGa1-m As1-n Nn中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV；
其中，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池与GaAs衬底晶格匹配；所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层的x、y分别为10.00％、3.60％；
其中，所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池与GaAs衬底晶格匹配；所述InmGa1-mAs1-nNn中间电池层的m、n为5.00％、1.00％；
其中，所述AlpGa1-pAs顶电池与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.60％。
5.一种根据权利要求4所述三结级联太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、InmGa1-mAs1-nNn中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部设置下欧姆电极。
6.根据权利要求5所述太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
7.一种三结级联太阳能电池，其特征在于，包括在GaAs衬底上依次生长的GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-n InnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置有上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设有下欧姆接触电极；
其中，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层、所述InmGa1-m As1-n Nn中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV；
其中，所述GaAs1-x-yNxBiy底电池与GaAs衬底晶格匹配；所述GaAs1-x-yNxBiy底电池层的x、y分别为1.45％、2.56％；
其中，所述BmGa1-m-nInnAs中间电池与GaAs衬底晶格匹配；所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层的m、n为1.5％、3％；
其中，所述AlpGa1-pAs顶电池与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.6％。
8.一种根据权利要求7所述三结级联太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长GaAs1-x-yNxBiy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-nInnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部生长下欧姆电极。
9.根据权利要求8所述太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
10.一种三结级联太阳能电池，其特征在于，包括在GaAs衬底上依次生长的InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-n InnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；所述GaAs接触层顶部依次设置有上欧姆接触电极和抗反射膜，所述GaAs衬底底部还设有下欧姆接触电极；
其中，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层、所述BmGa1-m-n InnAs中间电池层、AlpGa1-pAs顶电池层的禁带宽度依次为0.94±0.01eV、1.39±0.01eV、1.93±0.01eV；
其中，所述InxGa1-xAs1-yNy底电池与GaAs衬底晶格匹配；所述InxGa1-xAs1-yNy底电池层的x、y分别为10.5％、3.6％；
其中，所述BmGa1-m-nInnAs中间电池与GaAs衬底晶格匹配；所述BmGa1-m-nInnAs中间电池层的m、n为1.5％、3％；
其中，所述AlpGa1-pAs顶电池与GaAs衬底晶格匹配；所述AlpGa1-pAs顶电池层的p为40.6％。
11.一种根据权利要求10所述三结级联太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在GaAs衬底上依次生长InxGa1-xAs1-yNy底电池层、第一隧道结、BmGa1-m-nInnAs中间电池层、第二隧道结、AlpGa1-pAs顶电池层及GaAs接触层；再在所述GaAs接触层顶部依次设置上欧姆电极和抗反射膜，在所述GaAs衬底底部生长下欧姆电极。
12.根据权利要求11所述太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述生长方法为有机金属化学气相沉积法或分子束外延法。
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