CN105185860A - 一种键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种键合连接的硅基与砷化镓（GaAs）基的太阳电池。该太阳电池包括上层砷化镓基电池和下层硅基电池，上、下层电池间硅与砷化镓通过键合连接的方法形成隧穿结互联起来，形成叠层太阳电池；所述上层砷化镓基电池为AlGaAs（铝镓砷）单结电池或GaInP/AlGaAs双结电池；所述下层硅基太阳电池为Si单结电池。本发明通过采用直接键合技术，较好解决了硅基太阳电池与砷化镓基太阳电池之间晶格匹配问题，解决了不同晶格常数材料直接生长的难题，使砷化镓太阳电池外延层可以有效转移到硅太阳电池上。基于此结构的硅基多结太阳电池理论效率可达到30%以上，具有较好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域，具体涉及一种键合连接的硅基与砷化镓（GaAs）基的太阳电池。
背景技术
太阳电池是一种利用光生伏特效应把光能转换成电能的器件，又被称光伏器件。依据材料种类不同，太阳电池可分为硅电池、III-V族化合物电池、铜铟硒电池、碲化镉电池、有机电池等。硅太阳电池是目前商业化程度最高的太阳电池，其广泛应用于并网发电、分布式发电和其他产业化领域。但在光电转换效率方面硅太阳电池却不是最高的。单晶硅太阳电池产业化效率在17~19%左右，而多晶硅太阳电池效率在14%~16%左右，两者加起来占全部商业化太阳电池的比例约90%。而典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池为砷化镓（GaAs）电池，是转换效率最高的太阳电池体系，这归因于Ⅲ-Ⅴ族材料是具有直接能隙的半导体，仅仅几个微米厚度，就可将太阳光谱的97%以上吸收完全。在单晶Ge衬底上，以金属有机源化学气相沉积法依次生长Ge、GaAs和GaInP等多层薄膜材料所制成的砷化镓多结太阳电池效率达30%以上，但由于成本较高，目前主要应用于空间领域。
硅太阳电池在光电转换效率和成本方面最具有综合优势，因此其成为太阳电池的主导产品。其他类型太阳电池如薄膜电池、化合物电池等由于技术或者成本的限制，短时间内难以替代硅太阳电池。因此，继续提高硅太阳电池的性能，并不断优化工艺降低成本具有重要的意义。但硅太阳电池理论极限效率只有25%左右，想要大幅提升硅太阳电池的效率比较困难。而砷化镓多结太阳电池有着最高的光电转换效率，如何将砷化镓电池技术引入到硅太阳电池的制备中，从而获得硅基高效多结太阳电池具有很大的挑战性和前景。
以GaInP/GaAs/Ge为代表的三结砷化镓太阳电池，其效率提升的核心思想在于采用不同禁带宽度的半导体材料，组合成多结太阳电池，实现各个子电池禁带宽度分布与太阳光谱的更好匹配，从而最大程度提高太阳电池的转换效率。而在实际制备技术中，不仅需要考虑禁带宽度分布，各个子电池还需要晶格匹配，从而保证各个子电池均具有较高的晶体质量，避免引起非辐射复合作用的缺陷形成。由于硅材料（晶格常数0.543nm）与砷化镓材料（晶格常数0.563nm）存在较大的晶格失配，因而通过常规的分子束外延（MBE)或金属有机气相外延（MOCVD）技术等外延生长技术直接在硅电池上外延生长砷化镓多结电池存在较多弊端，主要是晶格失配所产生的应变能导致大量线位错和面缺陷的出现，从而严重影响电池材料质量。
半导体键合技术是一种较为新兴的借助物理或化学作用力将半导体连接的技术，其最大优势在于所连接的半导体材料可以不受晶格匹配要求的局限，因而该技术在LED、激光器、太阳电池等光电子器件制备中得到了快速发展，具有很大的灵活性。在该技术基础上，理论而言，根据硅、III-V化合物材料的禁带宽度分布与太阳光谱匹配的原则选择子电池材料，并将子电池通过键合技术连接成硅基高效多结太阳电池，可以获得硅基太阳电池的效率大幅提升。但实际工作中，基于半导体键合技术所制备的硅基多结太阳电池仍然处于前期摸索阶段。
发明内容
本发明针对硅太阳电池效率提升受限问题，设计提出了一种硅基III-V族化合物的新型太阳电池结构，其中硅与砷化镓材料通过键合技术进行连接，从而实现硅基太阳电池和砷化镓基太阳电池的有效结合，最终大幅提升硅基太阳电池的电池开路电压和光电转换效率。
下面对本发明的技术方案详细介绍如下。
一种键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，包括上层砷化镓基电池和下层硅基电池，上、下层电池间硅与砷化镓通过键合连接的方法形成隧穿结互联起来，形成叠层太阳电池；
所述上层砷化镓基电池为AlGaAs（铝镓砷）单结电池或GaInP/AlGaAs双结电池；
所述下层硅基太阳电池为Si单结电池。
所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，根据禁带宽度分布的优化组合原则，硅与砷化镓键合连接的双结太阳电池为AlGaAs（1.75eV）/Si（1.12eV）；
硅与砷化镓键合连接的三结太阳电池为GaInP(1.9eV)/AlGaAs(1.6eV)/Si(1.12eV)。
所述砷化镓基AlGaAs单结电池，其窗口层采用AlInP（铝铟磷），背场采用AlGaInP（铝镓铟磷）；具体的：
电池最表面为Zn重掺杂的p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂AlGaAs，Zn的掺杂浓度为5E16~5E17cm-3，其中Al组分为26%；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为15~20%。
所述砷化镓基GaInP/AlGaAs双结电池，包括依次连接的GaInP子电池、隧穿结和AlGaAs子电池；具体的：
GaInP子电池：
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂的GaInP，Zn的掺杂浓度为1E17~5E17cm-3；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为15~20%；
背场采用AlGaInP异质结背场，可以增强背场的钝化作用和少子的反射作用，在电池结构中形成一个漂移电场，阻止载流子向界面处扩散，并加快光生载流子的分离，减小背场界面的复合速率，从而提升子电池的开路电压和电池性能；
隧穿结：
采用AlGaInP/AlGaAs异质结，其中AlGaInP采用C掺杂，掺杂浓度为3E19~6E19cm-3，Al组分为20%；
AlGaAs采用Si掺杂，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3，Al组分为25%；
AlGaAs子电池：
电池最表面为Zn重掺杂的p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂AlGaAs，Zn的掺杂浓度为5E16~5E17cm-3，其中Al组分为14%；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为5~15%。
所述Si单结电池，一般选用单晶硅或者多晶硅，其结构包括常规pn结硅电池、浅结背反射器电池和高效晶体硅太阳电池等；
所述pn结硅电池，其衬底可以是单晶硅或者多晶硅；衬底厚度在140~250μm之间；导电类型选择为p型，掺杂浓度在5E15~1E17cm-3；硅衬底典型厚度为220μm，硅衬底典型掺杂浓度在5E16cm-3；制备时一般采用扩散或者离子注入的方式制备电池pn结，具体为，衬底经过表面清洗之后放入到扩散炉或者离子注入设备中进行磷元素的掺杂，从而形成pn结，并在电池表面形成高掺杂的n+型键合接触层。
所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）分别制备带有电池结构的硅晶圆和砷化镓晶圆；
（2）直接键合连接；具体为，将带有电池结构的硅晶圆和砷化镓晶圆分别进行表面清洗和表面处理后，将二者叠合到一起，放到键合机中在高温、高压条件下进行键合；键合原理是，利用Si和GaAs界面原子形成共价键的机理将两个晶圆键合连接到一起，实现上层电池和下层电池在键合界面处的光学和电学导通；
（3）去除衬底，将步骤（2）中键合连接完成后晶圆的上层电池的原生长衬底去除，以使得太阳光可以直接照射到上层电池窗口层；上层砷化镓基电池衬底的去除方式采用化学溶液剥离方法，即在衬底和电池界面之间，生长一层化学牺牲层，通过化学溶液侧向腐蚀方式，将牺牲层去除，从而使得砷化镓衬底与电池结构分离开来；
（4）制备太阳电池，将步骤（3）中去除衬底的晶圆进行后续太阳电池器件制备，具体步骤如下：
采用光刻、显影方法获得电极图形，并采用电子束热蒸发方法制备正面栅线电极；
采用电子束热蒸发方法在硅衬底背面制备背电极；
采用选择性腐蚀方法去除GaAs帽子层；
采用电子束热蒸发方法在电池表面制备表面减反射膜层；
采用合金工艺实现硅衬底与背电极、砷化镓帽子层与栅线电极之间的良好欧姆接触；
采用机械或激光划片工艺将晶圆切割成所需尺寸，从而得到键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池。
需要解释和说明的是，硅太阳电池主要包括单晶硅电池和多晶硅电池，分别对应单晶硅衬底和多晶硅衬底。在制备太阳电池时，因制备阶段不同，同一物料在不同阶段名称有所不同，具体例如，Si衬底、GaAs衬底因为均是圆形，作为制备的基础原料习惯称之为晶圆，随着制备过程进行，有时又习惯称之为Si晶圆、Si衬底等，其含义均相同，在应用本申请中的技术方案时，上述名称对本领域而言并不会造成歧义。
本发明通过采用直接键合技术，较好解决了硅基太阳电池与砷化镓基太阳电池之间晶格匹配问题，解决了不同晶格常数材料直接生长的难题，使砷化镓太阳电池外延层可以有效转移到硅太阳电池上，从而形成叠层太阳电池（硅基多结太阳电池）。
本发明设计思路是，上层电池采用禁带宽度比硅更大的材料，能使得太阳光谱依次被III-V族电池材料和硅材料吸收，从而提高太阳电池的开路电压，最终提高太阳电池器件转换效率。
经器件模拟仿真分析表明，本发明所提供键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，禁带宽度分布与太阳电池光谱保持了较好的匹配效果，最大程度的利用了太阳光谱，较好地提升了太阳电池的转换效率，基于此结构的硅基多结太阳电池理论效率可达到30%以上，因而具有较好的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明所涉及的基于硅与砷化镓键合连接的多结太阳电池示意图；
图2是本发明实施例1获得的硅与砷化镓键合连接的双结太阳电池详细结构图；
图3是本发明实施例2获得的硅与砷化镓键合连接的三结太阳电池详细结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
如图1所示，本发明所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，结构为：上层结构为砷化镓（GaAs）基上层电池，下层结构为硅（Si）基下层电池，上、下层电池间硅与砷化镓通过键合连接的方法形成隧穿结（P+型键合接触层和n+型键合接触层）互联起来，形成叠层太阳电池；
所述上层砷化镓基电池为AlGaAs（铝镓砷）单结电池或GaInP/AlGaAs双结电池；
所述下层硅基太阳电池为单晶硅单结电池，相应地，以下实施例中提到的硅基电池、硅衬底、硅晶圆等均采用的是单晶硅。
本实施例以上层砷化镓基电池为AlGaAs（铝镓砷）反向单结电池为例，具体介绍一下本发明所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池。
根据禁带宽度分布的优化组合原则，本实施例所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池中，硅与砷化镓双结太阳电池为AlGaAs（1.75eV）/Si（1.12eV）；
具体结构如图2所示，其中砷化镓基AlGaAs单结电池，其窗口层采用AlInP（铝铟磷），背场采用AlGaInP（铝镓铟磷）；具体的：
电池最表面为Zn重掺杂的p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂AlGaAs，Zn的掺杂浓度为5E16~5E17cm-3，其中Al组分为26%；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为15~20%。
下层硅基太阳电池为Si单结电池，结构上可分为硅基键合层、硅基发射区、硅基基区、背电极；下层硅基太阳电池导电类型为p型，硅衬底厚度为220μm，硅衬底掺杂度为5E16cm-3。
本实施例所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池的制备方法，具体包括以下步骤。
（1）分别制备带有电池结构的硅晶圆和砷化镓晶圆
上层砷化镓基电池为AlGaAs反向单结电池制备，
上层砷化镓基反向单结电池采用MOCVD技术外延生长获得AlGaAs反向单结电池，需要说明的是，为实现AlGaAs电池和硅电池的电流匹配，AlGaAs电池基区Al组分设为26%，对应禁带宽度为1.75eV，具体制备过程为：
首先在厚度为250μm的GaAs衬底上生长300nm的GaAs缓冲层，之后依次生长厚度为20nm的化学牺牲层AlAs；
厚度500nm的GaAs帽子层，Si掺杂浓度5E18cm-3；
厚度50nm的AlInP窗口层，Si掺杂浓度3E18cm-3；
厚度100nm的GaInP发射层，Si掺杂浓度1E18cm-3；
厚度2500~3000nm的AlGaAs基区，Zn掺杂浓度1E17cm-3，Al组分为26%；
厚度100nm的AlGaInP背场，Zn掺杂浓度3E18cm-3，Al组分为15~20%之间；
厚度为50nm的p+型GaAs键合接触层，Zn掺杂浓度3E19cm-3；
制备时，MOCVD反应室压力为50mbar，生长温度为650~680℃，生长速率约为1~3μm/h。
下层硅基单结太阳电池制备，
下层硅基单结太阳电池选用导电类型为p型、典型厚度为220μm的硅衬底，硅衬底典型掺杂浓度在5E16cm-3；
具体制备过程为：
首先采用标准RCA溶液或硫酸-双氧水混合液（体积比1:3）对硅片进行表面处理，去除损伤层和表面污染；
之后采用高温扩散方法进行pn结制备，结深为0.2~0.5μm，表面形成重掺杂的n+键合接触层；
然后采用化学腐蚀的方法去除硅片背面的结以及侧面的边结；
最后采用真空镀膜的方法制备下电极，下电极采用Pd（100nm）/Ag（1-3um）结构，并通过合金处理提高电极的附着力并得到最低的接触电阻率。
（2）直接键合连接
具体为，将带有电池结构的硅晶圆和砷化镓晶圆分别进行表面清洗和表面处理后，将二者叠合到一起，放到键合机中在高温、高压条件下进行键合；键合原理是，利用Si和GaAs界面原子形成共价键的机理将两个晶圆键合连接到一起，实现上层电池和下层电池在键合界面处的光学和电学导通。具体过程为：
键合前，首先对上下层电池的表面进行清洗，下层Si电池表面采用RCA1和RCA2溶液进行清洗，上层电池表面采用丙酮、乙醇进行清洗，去除表面的有机物杂质，并采用去离子水超声波清洗，进一步去除表面的颗粒物污染；
之后将上下电池按照基准边进行对准、贴合，并放到键合机中进行键合；键合温度450~550℃，键合压力为5000~8000N，键合时间1~2小时，升温降温速率8~10℃/min。
（3）去除衬底
将步骤（2）中键合连接完成后晶圆的上层电池的原生长衬底去除，以使得太阳光可以直接照射到上层电池窗口层；上层砷化镓基电池衬底的去除方式采用化学溶液剥离方法，即在衬底和电池界面之间，生长一层化学牺牲层，通过化学溶液侧向腐蚀方式，将牺牲层去除，从而使得砷化镓衬底与电池结构分离开来。具体为：将AlGaAs电池外延层保留在下层硅电池上，完成电池结构转移；过程为：
利用HF溶液对AlAs和GaAs材料的高度化学选择腐蚀比特点（大于105:1），将键合后电池放入到专用花篮中，并放入到配置的HF溶液中（浓度10%）腐蚀5-10小时，将厚度为20nm的化学牺牲层AlAs侧向腐蚀掉，从而将GaAs衬底分离去除。
（4）制备太阳电池
将步骤（3）中去除衬底的晶圆进行后续太阳电池器件制备，主要包括电池光刻显影、正面电极制备、背面电极制备、帽子层腐蚀、减反射膜制备、合金工艺、切割工艺等，具体如下：
采用旋涂方法将光刻胶涂到晶圆表面，厚度约8~10μm；之后在烘箱或热板上进行烘烤，温度100℃，时间40min；之后采用光刻机进行曝光处理，具体采用带有栅线图形的光刻版放置到晶圆上方并压紧，在365nm紫外光下进行曝光约8~30s；完成后采用显影液将电极蒸镀窗口处的光刻胶去除，从而在晶圆表面制备上一层带有电极图形的光刻胶；
采用电子束热蒸发方法制备正面电极，将带有光刻胶的晶圆放入到蒸发室中，之后依次
蒸镀50nm的Ni、200nm的Au、1μm的Ag、200nm的Au和1μm的Ag，或者蒸镀50nm的Ti、1μm的Ag、200nm的Au和1μm的Ag；蒸镀完成后，将晶圆放入到丙酮溶液中，去除光刻胶和附着其上的金属，从而获得具有栅线图形的正面电极；
采用电子束热蒸发方法制备背面电极，将带有正面电极的晶圆放入到蒸发室中，之后在其背面依次蒸镀50nm的Pd、1μm的Ag、200nm的Au和1μm的Ag；
采用氨水、双氧水和水按照体积1：1：10的比例配置成混合液，之后将晶圆放入到混合液中，在25℃条件下保持4min，以去除GaAs帽子层；
采用电子束热蒸发方法制备表面减反射膜，将完成帽子层去除后的晶圆放入到蒸发室中，依次蒸镀70nm的ZnS和80nm的MgF薄膜；
采用合金炉对晶圆进行合金处理，将样品放入到炉腔中，通入N2气，之后开始升温，温度最高为400℃，保持时间5min，之后样品随炉冷却到100℃以下时取出。
最终采用机械划片机或者激光划片机将晶圆样品进行切割，得到所需尺寸的电池；切割时，通常一个4英寸晶圆的切割方式为：切成2cm×2cm尺寸，可得到12片；切成3cm×4cm尺寸，可得到4片；切成4cm×6cm尺寸，可得到2片；切成4cm×8cm尺寸，可得到2片。切割完成后即为本发明所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池。
实施例2
本实施例以上层砷化镓基电池为AlGaAs（铝镓砷）双结电池，即GaInP/AlGaAs双结电池为例，具体介绍一下本发明所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池。
根据禁带宽度分布的优化组合原则，本实施例所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池中，硅与砷化镓三结太阳电池为GaInP(1.9eV)/AlGaAs(1.6eV)/Si(1.12eV)。
具体结构如图3所示，其中下层硅基太阳电池与实施例1相同；上层砷化镓基电池为AlGaAs（铝镓砷）双结电池，即GaInP/AlGaAs双结电池，具体结构包括依次连接的GaInP子电池、隧穿结和AlGaAs子电池；具体的：
GaInP子电池：
电池最表面为Zn重掺杂的p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂的GaInP，Zn的掺杂浓度为1E17~5E17cm-3；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为15~20%；
背场采用AlGaInP异质结背场，可以增强背场的钝化作用和少子的反射作用，在电池结构中形成一个漂移电场，阻止载流子向界面处扩散，并加快光生载流子的分离，减小背场界面的复合速率，从而提升子电池的开路电压和电池性能；
隧穿结：
采用AlGaInP/AlGaAs异质结，其中AlGaInP采用C掺杂，掺杂浓度为3E19~6E19cm-3，Al组分为20%；
AlGaAs采用Si掺杂，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3，Al组分为25%；
AlGaAs子电池：
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂AlGaAs，Zn的掺杂浓度为5E16~5E17cm-3，其中Al组分为14%；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为5~15%。
本实施例所提供键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池的制备方法同实施例1，仅对于上层砷化镓基电池即GaInP/AlGaAs双结电池的制备过程，简要介绍如下。
所述砷化镓基GaInP/AlGaAs双结电池，主要是在砷化镓衬底上依次生长GaInP子电池、隧穿结和AlGaAs子电池，具体过程为：
GaInP子电池，首先在GaAs衬底上生长300nm的GaAs缓冲层，之后依次生长厚度为20nm的化学牺牲层AlAs；
厚度500nm的GaAs帽子层，Si掺杂浓度5E18cm-3；
厚度50nm的AlInP窗口层，Si掺杂浓度3E18cm-3；
厚度100nm的GaInP发射层，Si掺杂浓度1E18cm-3；
厚度900~1000nm的GaInP基区，禁带宽度为1.9eV，Zn掺杂浓度3E17cm-3；
厚度100nm的AlGaInP背场，Zn掺杂浓度3E18cm-3，Al组分在15~20%之间；
制备时，MOCVD反应室压力为50mbar，生长温度为680~700℃，生长速率约为1~3μm/h；
隧穿结，是在GaInP子电池中AlGaInP背场上继续生长20nm厚的重掺杂AlGaInP层，Al组分为20%，采用C为掺杂源，掺杂浓度3E19~6E19cm-3；之后生长20nm后的重掺杂AlGaAs层，Al组分为25%，采用Si为掺杂源，掺杂浓度1E19~5E19cm-3；
制备时，MOCVD反应室压力为50mbar，生长温度为620~650℃，生长速率约为1~1.5μmh；
AlGaAs子电池，是在隧穿结上继续生长厚度50nm的AlInP窗口层，Si掺杂浓度3E18cm-3；
厚度100nm的GaInP发射层，Si掺杂浓度1E18cm-3；
厚度2500~3000nm的AlGaAs基区，Zn掺杂浓度1E17cm-3，Al组分为14%；（为实现AlGaAs子电池、GaInP子电池和硅电池三者的电流匹配，AlGaAs电池基区Al组分约14%，对应禁带宽度为1.6eV左右；）
厚度100nm的AlGaInP背场，Zn掺杂浓度3E18cm-3，Al组分在5~15%之间；
电池最表面为厚度50nm的Zn重掺杂p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
制备时，MOCVD反应室压力为50mbar，生长温度为650-680℃，生长速率约为1~3μm/h。
检验例
为体现本发明所提供的键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池的具体性能优势，发明人进一步地对实施例1、实施例2所制备的太阳电池的各项性能进行了检验，同时以现有技术中常用的PERC高效单晶硅太阳电池（PassivatedEmitterandRearcell，钝化发射极背面接触电池）作为对照，效率指标参考德国光伏制造商SolarWorld的PERC电池结果（2015年7月报道），简要介绍如下。
性能检测结果采用加拿大Crosslight公司开发的APSYS（Advancedphysicalmodelsofsemiconductordevices）软件进行仿真计算获得。模拟计算时，太阳光谱采用地面AM1.5标准光谱，1倍光强，温度为25℃。
具体计算结果如下表所示。
从上表数据可以看出，实施例1和2中的双结或三结太阳电池，其光电转换效率均比现有单晶硅高效电池有大幅提升。这主要归因于本发明所提供键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，禁带宽度分布与太阳电池光谱保持了较好的匹配，与单晶硅高效电池相比能够更好地利用太阳光谱，从而可将基于此结构的多结太阳电池效率提高到30%以上。
需要说明的是，实施例中提高的键合连接方法同样适用于多晶硅太阳电池，仅需要根据多晶硅电池的短路电路密度，对所键合连接的砷化镓基太阳电池结构进行微调。
尽管本发明通过上述实施例一和实施例二作了详细介绍，但上述的描述不应被认为是对本发明的限制。所属技术领域的技术人员应该明了，对于本发明的结构改进、材料等效替换、辅助材料层添加和工艺改进等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (6)
1.一种键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，其特征在于，该太阳电池包括上层砷化镓基电池和下层硅基电池，上、下层电池间硅与砷化镓通过键合连接的方法形成隧穿结互联起来，形成叠层太阳电池；
所述上层砷化镓基电池为AlGaAs单结电池或GaInP/AlGaAs双结电池；
所述下层硅基太阳电池为Si单结电池。
2.如权利要求1所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，其特征在于，硅与砷化镓键合连接的双结太阳电池为AlGaAs/Si=1.75eV/1.12eV；
硅与砷化镓键合连接的三结太阳电池为GaInP/AlGaAs/Si=1.9eV/1.6eV/1.12eV。
3.如权利要求2所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，其特征在于，所述砷化镓基AlGaAs单结电池，其窗口层采用AlInP，背场采用AlGaInP；具体的：
电池最表面为Zn重掺杂的p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂AlGaAs，Zn的掺杂浓度为5E16~5E17cm-3，其中Al组分为26%；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为15~20%。
4.如权利要求2所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，其特征在于，所述砷化镓基GaInP/AlGaAs双结电池，包括依次连接的GaInP子电池、隧穿结和AlGaAs子电池；具体的：
GaInP子电池：
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂的GaInP，Zn的掺杂浓度为1E17~5E17cm-3；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为15~20%；
隧穿结：
采用AlGaInP/AlGaAs异质结，其中AlGaInP采用C掺杂，掺杂浓度为3E19~6E19cm-3，Al组分为20%；
AlGaAs采用Si掺杂，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3，Al组分为25%；
AlGaAs子电池：
电池最表面为Zn重掺杂的p+型GaAs键合层，掺杂浓度为1E19~5E19cm-3；
窗口层采用Si掺杂AlInP，Si的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3；
发射区采用Si掺杂GaInP，Si的掺杂浓度为5E17~5E18cm-3；
基区采用Zn掺杂AlGaAs，Zn的掺杂浓度为5E16~5E17cm-3，其中Al组分为14%；
背场采用Zn掺杂的AlGaInP，Zn的掺杂浓度为1E18~1E19cm-3，Al组分为5~15%。
5.如权利要求2所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池，其特征在于，所述Si单结电池，结构为pn结硅电池，该电池导电类型为p型，硅衬底典型厚度为220μm，硅衬底典型掺杂浓度在5E16cm-3。
6.权利要求1所述键合连接的硅基与砷化镓基的太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）分别制备带有电池结构的硅晶圆和砷化镓晶圆；
（2）直接键合连接；具体为，将带有电池结构的硅晶圆和砷化镓晶圆分别进行表面清洗和表面处理后，将二者叠合到一起，放到键合机中进行键合；
（3）去除衬底，将步骤（2）中键合连接完成后晶圆的上层电池的原生长衬底去除；
（4）制备太阳电池，将步骤（3）中去除衬底的晶圆进行后续太阳电池器件制备。
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