CN108461568B - 一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108461568B
CN108461568B CN201810259161.0A CN201810259161A CN108461568B CN 108461568 B CN108461568 B CN 108461568B CN 201810259161 A CN201810259161 A CN 201810259161A CN 108461568 B CN108461568 B CN 108461568B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
sub
gainas
cell
bragg
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.)
Active
Application number
CN201810259161.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108461568A (zh
Inventor
吴真龙
姜伟
韩效亚
王玉
汪洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen Changelight Co Ltd
Original Assignee
Xiamen Changelight Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen Changelight Co Ltd filed Critical Xiamen Changelight Co Ltd
Priority to CN201810259161.0A priority Critical patent/CN108461568B/zh
Publication of CN108461568A publication Critical patent/CN108461568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108461568B publication Critical patent/CN108461568B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
    • 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
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • 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
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本申请一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法，所述具有布拉格反射镜的多结太阳能电池包括：至少两层布拉格反射层，且两层布拉格反射层均采用Al组分不同的AlGaInAs交替叠加形成，第一布拉格反射层与变质缓冲层相邻，低折射率AlxGaInAs层的Al组分设置相对较低，使得具有相对较大的纳米硬度，有利于限制变质缓冲层未能完全限制的位错和残余应力。第二布拉格反射层与第二子电池的有源区相邻，低折射率AlaGaInAs层的Al组分设置相对较高，使得具有较高的反射率，有利于具有较好的反射光子效果。从而解决现有技术中DBR功能单一，无法减小外延层中残余应力，导致的太阳能电池性能较差的问题。

Description

一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制作技术领域，尤其涉及一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳电池可将太阳能直接转换为电能，是一种最有效的清洁能源形式。III-V族化合物半导体太阳电池在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强等优点，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，其中GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配结构的三结电池已在航天领域得到广泛应用。
但是传统的晶格匹配三结电池顶电池GaInP和中电池In0.01GaAs的电流密度远小于底电池Ge的电流密度，没有充分利用太阳光谱，限制了光电转换效率的提高。提高太阳电池转换效率的最有效的途径是提高各子电池的带隙匹配程度，从而更合理的分配太阳光谱。改变各子电池的带隙需要通过改变三元甚至四元材料的组分配比，往往会导致各子电池间存在晶格失配产生残余应力和位错，影响电池性能。
在III-V族太阳电池结构的大失配材料外延中采用变质缓冲层(metamorphicbuffer)可以释放晶格失配材料外延时产生的残余应力和阻断位错向中电池的有源区延伸。
在空间环境中，GaAs多结太阳能电池受到大量高能粒子辐照后，造成损伤导致电流密度衰减而影响性能。在中电池下方加入分布式布拉格反射器(DBR)可以将初次未被吸收的光子反射回去被二次吸收，相当于变相增加了有效吸收厚度，可以减薄底电池基区厚度，减少少子复合，从而提高电池的抗辐照性能。
但是现有技术中DBR功能主要为反射光谱，使得太阳能电池进行二次吸收，功能单一；且变质缓冲层释放晶格失配材料外延时产生的残余应力和阻断位错向中电池的有源区延伸能力有限，残余应力和位错经过DBR层同样能够延伸至中电池有源区，从而影响太阳能电池的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中DBR功能单一，无法减小外延层中残余应力，导致的太阳能电池性能较差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，至少包括：
第一子电池、第二子电池和第三子电池；
位于所述第一子电池与所述第二子电池之间，且沿所述第一子电池指向所述第二子电池的方向依次包括：第一隧穿结、变质缓冲层、第一布拉格反射层和第二布拉格反射层；
位于所述第二子电池和所述第三子电池之间的第二隧穿结；
所述第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；
所述第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a。
优选地，所述第一布拉格反射层的反射中心波长为λ1，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ1；
所述第二布拉格反射层的反射中心波长为λ2，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ2。
优选地，λ1＝λ2。
优选地，λ2<λ1。
优选地，还包括第三隧穿结和第四子电池；
所述第三隧穿结位于所述第三子电池和所述第四子电池之间。
优选地，所述第一布拉格反射层和所述第二布拉格反射层之间还包括第三布拉格反射层，所述第三布拉格反射层包括交替生长多个周期的AliGaInAs层和AljGaInAs层，其中，0≦j<i≦1。
优选地，所述第三布拉格反射层的反射中心波长为λ3，AliGaInAs层和AljGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ3，λ2≦λ3≦λ1。
本发明还提供一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池制作方法，用于制作形成上面所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，所述制作方法包括：
提供第一型衬底；
在第一型衬底上扩散第二型杂质形成第一子电池；
在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、第一布拉格反射层和第二布拉格反射层；其中，所述第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；所述第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a；
在所述第二布拉格反射层表面形成第二子电池；
在所述第二子电池背离所述第一隧穿结的表面形成第二隧穿结；
在所述第二隧穿结背离所述第二子电池的表面形成第三子电池。
优选地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池；
在所述形成第三子电池之后，还包括：
在所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面形成欧姆接触层。
优选地，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池；
在所述形成第三子电池之后，还包括：
在所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面形成第三隧穿结；
在所述第三隧穿结背离所述第三子电池的表面形成第四子电池；
在所述第四子电池背离所述第三隧穿结的表面形成欧姆接触层。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，具有至少两层布拉格反射层，且两层布拉格反射层均采用Al组分不同的AlGaInAs交替叠加形成，且靠近变质缓冲层的第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；靠近第二子电池的第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a。不同层的Al组分不同，造成不同的DBR层具有不同的折射率，高低折射率层叠加，实现反射功能。而AlGaInAs层中的Al组分不同，材料的纳米硬度不同，Al组分高的，纳米硬度小，Al组分低的，纳米硬度大。靠近变质缓冲层的DBR层中Al组分x小于靠近第二子电池有源区的DBR层中的Al组分a；因此，与变质缓冲层相邻的DBR层的纳米硬度相对较大，从而能够更好的阻断变质缓冲层之后的剩余位错和残余应力，进而改善太阳能电池的电学性能。
同时，与第二子电池有源区相邻的DBR反射层的Al组分较高，折射率差异较大，从而具有更好的反射光学性能，同样能够提高太阳能电池的光电转换效率。
本发明还提供一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池的制作方法，用于形成所述具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，使得DBR层不仅具有反射光的功能还具有阻断变质缓冲层之后的剩余位错和残余应力的功能，从而改善太阳能电池的电学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的太阳能电池结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种具有布拉格反射镜的太阳能电池结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种具有布拉格反射镜的太阳能电池结构示意图；
图4为本发明实施例提供的具有布拉格反射镜的太阳能电池制作方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术部分所述，现有技术中太阳能电池结构的DBR层仅具有反射光的功能，无法阻断变质缓冲层之后的剩余位错和残余应力。
具体地，如图1所示，为现有技术中的太阳能电池结构示意图，所述太阳能电池包括第一子电池01、位于第一子电池01表面的第一隧穿结02，位于第一隧穿结02表面的变质缓冲层03，位于变质缓冲层03表面的分布式布拉格反射镜(DBR)04；位于DBR04表面的第二子电池05以及位于第二子电池05表面的第二隧穿结06和第三子电池07；其中，DBR04包括低折射率的AlGaInAs层041和高折射率的AlGaInAs层042，低折射率的AlGaInAs层041和高折射率的AlGaInAs层042交替生长多个周期后，形成能够反射光谱的布拉格反射镜04，DBR04的晶格与随后生长的第二子电池匹配。变质缓冲层03采用组分阶变法，虽然可以把失配产生的大多数位错限制在相邻两层缓冲层的界面处而不向上延伸进入电池有源区，但是这种技术释放应力的效果不佳。未能完全释放的残余应力会通过形成外延层表面起伏来继续释放应力导致表面粗糙，并且影响后续生长材料的晶体质量。另外外延层中的残余应力还会导致晶圆翘曲。此外，组分阶变法的台阶数目，每层组分阶变量，台阶厚度都需要精细优化，导致工艺窗口较窄，生产中的工艺波动会导致不能完全限制位错，会有少量位错向上延伸至有源区影响性能。
基于此，请参见图2，为本发明实施例提供的具有布拉格反射镜的太阳能电池结构示意图，所述具有布拉格反射镜的太阳能电池，至少包括：第一子电池1、第二子电池6和第三子电池8；位于第一子电池1与第二子电池6之间，且沿第一子电池1指向第二子电池6的方向依次包括：第一隧穿结2、变质缓冲层3、第一布拉格反射层4和第二布拉格反射层5；位于第二子电池6和第三子电池8之间的第二隧穿结7。
第一布拉格反射层4包括AlxGaInAs层41和AlyGaInAs层42，AlxGaInAs层41和AlyGaInAs层42交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；第二布拉格反射层5包括AlaGaInAs层51和AlbGaInAs层52，AlaGaInAs层51和AlbGaInAs层52交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a。
需要说明的是，对于AlGaInAs材料，Al组分越高，折射率越小，而且材料的纳米硬度越小。而对于晶格失配电池的DBR层，优选具有较大纳米硬度的外延层，以便减少向上延伸至有源区的位错，并且减少残余应力对在其上方生长的子电池有源区的影响。也即选择Al组分较小的AlGaInAs材料作为DBR层，以便于减少向上延伸至有源区的位错和减少残余应力。为了能够保证DBR层的反射光功能较好，本实施例中DBR层包括两组布拉格反射层，每层布拉格反射层均包括多个周期的高折射率AlGaInAs层和低折射率AlGaInAs层的交替叠加层。
需要说明的是，本发明实施例中与变质缓冲层相邻的DBR层，也即第一布拉格反射层，需要能够阻断变质缓冲层之后的剩余位错和残余应力，进而改善太阳能电池的电学性能；而与第二子电池相邻的DBR层，也即第二布拉格反射层与第一布拉格反射层相互配合，形成整个分布式布拉格反射镜，从而对光线进行反射，使得光线能够被二次吸收。可选的，第一布拉格反射层中的低折射率的AlGaInAs层中的Al组分比第二布拉格反射层中的低折射率AlGaInAs层中的Al组分小。
另外，本发明实施例中不限定第一布拉格反射层4和第二布拉格反射层5的反射光的中心波长。所述第一布拉格反射层4的反射中心波长为λ1，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ1；所述第二布拉格反射层5的反射中心波长为λ2，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ2。本发明实施例中，第一布拉格反射层的反射光中心波长可以与第二布拉格反射层的反射光中心波长相同，也即λ1＝λ2，两个布拉格反射层反射相同波长的光子，从而使得两个布拉格反射层能够集中反射某一特定波长的光。
在本发明的其他实施例中，第一布拉格反射层的反射光的波长还可以与第二布拉格反射光的波长不相同，从而两个布拉格反射层反射不同波长的光子，使得分布式布拉格反射镜在保证反射率的同时，还能够增加DBR反射谱的宽度，从而反射更多波长的光，使得更多波长的光进行二次吸收，改善太阳能电池的光电性能。为了保证整个布拉格反射镜的光反射效果，位于上方的布拉格反射层的反射中心波长需要小于位于下方的布拉格反射层的反射中心波长，也即第二布拉格反射层的反射中心波长λ2小于第一布拉格反射层的反射中心波长λ1。
需要说明的是，本实施例中不限定第一子电池1、第二子电池6和第三子电池8的具体材质，可选的，本实施例中多结太阳能电池为三结太阳能电池，第一子电池1为Ge衬底电池、第二子电池6为InGaAs材质的电池、第三子电池为GaInP电池或者为AlGaInP电池。本实施例中第一子电池1为具有由晶格常数(a1)的材料构成的PN结，第二子电池6为具有由晶格常数(a2)的材料构成的PN结，a1小于a2，且a1比a2小至少0.001nm。
当本发明实施例中的太阳能电池为三结太阳能电池时，在第三子电池8的背离第二隧穿结7的表面还包括欧姆接触层(图2中未示出)。
在本发明的其他实施例中，所述具有布拉格反射镜的多结太阳能电池还可以是四结太阳能电池，也即第三子电池8上还包括第三隧穿结(图2中未示出)和第四子电池(图2中未示出)。所述第三隧穿结位于第三子电池和第四子电池之间，本实施例中不限定所述第四子电池的具体材质，可以根据实际情况，配合第三子电池的材质进行设置。
本实施例中不限定所述变质缓冲层的材质，可选的，所述变质缓冲层的材料可以选择GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP中的一种。所述变质缓冲层至少包括三个层的序列(例如包括五层，分别为L1，L2，L3，L4，L5)，各层晶格参数(aL1，aL2，aL3，aL4，aL5)均大于第一子电池1的晶格参数(a1)，并且沿第一子电池1往第二子电池6的方向增加。所述变质缓冲层3的至少一层为过冲层(over shooter layer)，其具有晶格参数(例如第三层L3的晶格参数aL3)大于第二子电池6的晶格参数(a2)。本实施例中变质缓冲层采用组分阶变法形成，一方面组分逐层增加达到目标晶格常数，另一方面每层采用相同组分，使位错钉扎在每一缓冲层的界面处，不向上延伸进入第二子电池的有源区，有效释放晶格失配材料外延时产生的残余应力和有效阻断位错向有源区的延伸。
本发明实施例中提供的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，包括至少两层布拉格反射层，且两层布拉格反射层均采用Al组分不同的AlGaInAs交替叠加形成，且靠近变质缓冲层的第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；靠近第二子电池的第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a。不同层的Al组分不同，造成不同的DBR层具有不同的折射率，高低折射率层叠加，实现反射功能。而AlGaInAs层中的Al组分不同，材料的纳米硬度不同，Al组分高的，纳米硬度小，Al组分低的，纳米硬度大。靠近变质缓冲层的DBR层中Al组分x小于靠近第二子电池有源区的DBR层中的Al组分a；因此，与变质缓冲层相邻的DBR层的纳米硬度相对较大，从而能够更好的阻断变质缓冲层之后的剩余位错和残余应力，进而改善太阳能电池的电学性能。
本发明另一实施例还提供一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，如图3所示，在上一实施例提供的太阳能电池基础上，本实施例中提供的多结太阳能电池，在第一布拉格反射层4和第二布拉格反射层5之间还包括第三布拉格反射层9，第三布拉格反射层9包括交替生长多个周期的AliGaInAs层91和AljGaInAs层92，其中，0≦j<i≦1。
本实施例中不限定AliGaInAs层91和AljGaInAs层92交替生长的周期数量，可选的，交替生长周期为k，5≦k≦25。本实施例中第三布拉格反射层的反射中心波长为λ3，AliGaInAs层和AljGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ3，本实施例中不限定第三布拉格反射层的反射中心波长与第一布拉格反射层的反射中心波长λ1和第二布拉格反射层的反射中心波长λ2的关系，可选的，三者可以相同，也可以不相同，需要说明的是，为了保证整个布拉格反射镜的光反射效果，位于上方的布拉格反射层的反射中心波长需要小于位于下方的布拉格反射层的反射中心波长，也即λ2≦λ3≦λ1。
本实施例中提供的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，具有三组不同的高低折射率AlGaInAs层组成的布拉格反射层，能够在保证反射率的基础上，通过设置不同的反射中心波长，实现更加宽的光谱反射，从而提高太阳能电池的光能利用范围。
本发明还提供一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池的制作方法，如图4所示，为本发明实施例提供的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池的制作方法流程示意图，所述具有布拉格反射镜的多结太阳能电池制作方法包括：
S101：提供第一型衬底；
需要说明的是，本实施例中不限定多结太阳能电池的具体材质，本实施例中以第三子电池为GaInP、第二子电池为InGaAs以及第一子电池为Ge的三结太阳电池为例进行说明。其中，第一子电池1为具有由晶格常数(a1)的材料构成的PN结，所述第二子电池2为具有由晶格常数(a2)的材料构成的PN结，a1比a2小至少0.001nm。
本实施例中不限定所述第一型衬底为P型还是N型，只要能够和后续的掺杂形成PN结，作为第一子电池即可。可选的，本实施例中第一型衬底为P型Ge衬底。
S102：在第一型衬底上扩散第二型杂质形成第一子电池；
本实施例中在P型Ge衬底上进行磷扩散获得n型发射区，形成了第一子电池的pn结，并通过在p型Ge衬底上面生长和衬底晶格匹配的(Al)GaInP层作为成核层，并作为第一子电池的窗口层。
S103：在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、第一布拉格反射层和第二布拉格反射层；
本实施例中采用金属有机化学气相外延沉积(MOCVD)方法在第一子电池上依次生长第一隧穿结、变质缓冲层、第一布拉格反射层和第二布拉格反射层。其中，所述第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；所述第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a。
具体的，生长n型GaAs或n型GaInP作为第一隧穿结的N型层，生长p型GaAs或AlGaAs材料作为第一隧穿结的P型层。其中，N型掺杂采用Si掺杂，P型掺杂采用C掺杂。
本实施例中所述变质缓冲层的材料可以选择GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP中的一种。所述变质缓冲层至少包括三个层的序列(例如包括五层，分别为L1，L2，L3，L4，L5)，各层晶格参数(aL1，aL2，aL3，aL4，aL5)均大于第一子电池1的晶格参数(a1)，并且沿第一子电池1往第二子电池6的方向增加。所述变质缓冲层3的至少一层为过冲层(overshooter layer)，其具有晶格参数(例如第三层L3的晶格参数aL3)大于第二子电池6的晶格参数(a2)。
S104：在所述第二布拉格反射层表面形成第二子电池；
本实施例中第二子电池沿第一子电池指向第三子电池的方向上依次包括：背场层、p型掺杂InGaAs层基区、n型掺杂InGaAs层发射区、窗口层。其中背场层选取GaInP或AlGaAs材料，窗口层选取AlGaInP或AlInP材料。
S105：在所述第二子电池背离所述第一隧穿结的表面形成第二隧穿结；
本实施例中在第二子电池背离第一隧穿结的表面生长n型InGaAs或n型GaInP作为第二隧穿结的N型层，生长p型InGaAs或AlInGaAs材料作为第二隧穿结的P型层。其中，N型掺杂采用Si掺杂，P型掺杂采用C掺杂。
S106：在所述第二隧穿结背离所述第二子电池的表面形成第三子电池。
本实施例中第三子电池沿第一子电池指向第三子电池的方向上依次包括：AlGaInP背场层、p型掺杂AlGaInP或GaInP层基区、n型掺杂AlGaInP或GaInP层发射区、AlInP窗口层。
需要说明的是，当所述多结太阳能电池为三结太阳能电池时；在所述形成第三子电池之后，还包括：在所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面形成欧姆接触层。也即生长InGaAs层作为与电极形成欧姆接触的N型接触层。
当所述多结太阳能电池为四结太阳能电池时；在所述形成第三子电池之后，还包括：
在所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面形成第三隧穿结；
在所述第三隧穿结背离所述第三子电池的表面形成第四子电池；
在所述第四子电池背离所述第三隧穿结的表面形成欧姆接触层。
本发明实施例提供的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池的制作方法，用于形成所述具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，使得DBR层不仅具有反射光的功能还具有阻断变质缓冲层之后的剩余位错和残余应力的功能，从而改善太阳能电池的电学性能。
综上所述，分布式布拉格反射镜包括至少两组布拉格反射层，第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≦y<x≦1，5≦n≦25；所述第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≦b<a≦1，5≦m≦25；a、b、m为整数；且，x<a。
第一布拉格反射层与变质缓冲层相邻，反射中心波长为λ1，低折射率AlxGaInAs层的Al组分设置相对较低，使得具有相对较大的纳米硬度，有利于限制变质缓冲层未能完全限制的位错和残余应力。
第二布拉格反射层与第二子电池的有源区相邻，反射中心波长为λ2，低折射率AlaGaInAs层的Al组分设置相对较高，使得具有较高的反射率，有利于具有较好的反射光子效果。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，至少包括：
第一子电池、第二子电池和第三子电池；
位于所述第一子电池与所述第二子电池之间，且沿所述第一子电池指向所述第二子电池的方向依次包括：第一隧穿结、变质缓冲层、第一布拉格反射层和第二布拉格反射层，所述第一布拉格反射层和所述第二布拉格反射层的晶格与所述第二子电池的晶格匹配；
位于所述第二子电池和所述第三子电池之间的第二隧穿结；
所述第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≤y＜x≤1，5≤n≤25；
所述第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≤b＜a≤1，5≤m≤25；a、b、m为整数；且，x＜a。
2.根据权利要求1所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，所述第一布拉格反射层的反射中心波长为λ1，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ1；
所述第二布拉格反射层的反射中心波长为λ2，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ2。
3.根据权利要求2所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，λ1＝λ2。
4.根据权利要求2所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，λ2＜λ1。
5.根据权利要求1所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，还包括第三隧穿结和第四子电池；
所述第三隧穿结位于所述第三子电池和所述第四子电池之间。
6.根据权利要求1所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，所述第一布拉格反射层和所述第二布拉格反射层之间还包括第三布拉格反射层，所述第三布拉格反射层包括交替生长多个周期的AliGaInAs层和AljGaInAs层，其中，0≤j＜i≤1。
7.根据权利要求6所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，其特征在于，所述第三布拉格反射层的反射中心波长为λ3，AliGaInAs层和AljGaInAs层中每层材料的光学厚度为1/4λ3，λ2≤λ3≤λ1。
8.一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池制作方法，其特征在于，用于制作形成权利要求1所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池，所述制作方法包括：
提供第一型衬底；
在第一型衬底上扩散第二型杂质形成第一子电池；
在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、第一布拉格反射层和第二布拉格反射层，所述第一布拉格反射层和所述第二布拉格反射层的晶格与所述第二子电池的晶格匹配；其中，所述第一布拉格反射层包括AlxGaInAs层和AlyGaInAs层，AlxGaInAs层和AlyGaInAs层交替生长n个周期，其中，x、y、n为整数；且0≤y＜x≤1，5≤n≤25；所述第二布拉格反射层包括AlaGaInAs层和AlbGaInAs层，AlaGaInAs层和AlbGaInAs层交替生长m个周期，其中，0≤b＜a≤1，5≤m≤25；a、b、m为整数；且，x＜a；
在所述第二布拉格反射层表面形成第二子电池；
在所述第二子电池背离所述第一隧穿结的表面形成第二隧穿结；
在所述第二隧穿结背离所述第二子电池的表面形成第三子电池。
9.根据权利要求8所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池制作方法，其特征在于，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池；
在所述形成第三子电池之后，还包括：
在所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面形成欧姆接触层。
10.根据权利要求8所述的具有布拉格反射镜的多结太阳能电池制作方法，其特征在于，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池；
在所述形成第三子电池之后，还包括：
在所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面形成第三隧穿结；
在所述第三隧穿结背离所述第三子电池的表面形成第四子电池；
在所述第四子电池背离所述第三隧穿结的表面形成欧姆接触层。
CN201810259161.0A 2018-03-27 2018-03-27 一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法 Active CN108461568B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810259161.0A CN108461568B (zh) 2018-03-27 2018-03-27 一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810259161.0A CN108461568B (zh) 2018-03-27 2018-03-27 一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108461568A CN108461568A (zh) 2018-08-28
CN108461568B true CN108461568B (zh) 2020-06-02

Family

ID=63237530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810259161.0A Active CN108461568B (zh) 2018-03-27 2018-03-27 一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108461568B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301006A (zh) * 2018-11-13 2019-02-01 中山德华芯片技术有限公司 一种应用于晶格失配多结太阳能电池的新型dbr结构
US20200227581A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-16 Yangzhou Changelight Co. Ltd. GaAs Multi-Junction Solar Cell and Methods of Preparing Thereof
CN109950331B (zh) * 2019-03-22 2020-09-15 天津三安光电有限公司 一种多结太阳能电池
CN110518078A (zh) * 2019-09-27 2019-11-29 扬州乾照光电有限公司 一种具有新型栅线结构的太阳电池及其制作方法
CN110707172B (zh) * 2019-10-21 2021-09-24 扬州乾照光电有限公司 一种具有布拉格反射层的多结太阳电池及制作方法
CN113258004A (zh) * 2021-04-16 2021-08-13 杭州电子科技大学 基于分布布拉格反射器的半透明太阳能电池及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102651416A (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 三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法
CN105097977A (zh) * 2015-09-11 2015-11-25 王伟明 多结太阳能电池外延结构
CN105304739A (zh) * 2014-05-21 2016-02-03 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 太阳能电池叠堆

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020117672A1 (en) * 2001-02-23 2002-08-29 Ming-Sung Chu High-brightness blue-light emitting crystalline structure
CN1900745B (zh) * 2006-07-07 2011-02-09 南京大学 用于紫外探测器的高反射率分布布拉格反射镜结构和生长方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102651416A (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 三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法
CN105304739A (zh) * 2014-05-21 2016-02-03 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 太阳能电池叠堆
CN105097977A (zh) * 2015-09-11 2015-11-25 王伟明 多结太阳能电池外延结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN108461568A (zh) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108461568B (zh) 一种具有布拉格反射镜的多结太阳能电池及其制作方法
JP6650916B2 (ja) 電流生成が向上した半導体デバイス
TWI600173B (zh) 在中間電池中具有低能隙吸收層之多接面太陽能電池及其製造方法
EP3133650B1 (en) Four junction solar cell for space applications
JP5215284B2 (ja) 多接合型化合物半導体太陽電池
CN108493284B (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法
CN109860325B (zh) 一种砷化物多结太阳能电池及其制作方法
JP2015073130A (ja) ２つの変性層を備えた４接合型反転変性多接合太陽電池
US20200251604A1 (en) Distributed bragg reflector structures in multijunction solar cells
TW200941741A (en) Heterojunction subcells in inverted metamorphic multijunction solar cells
JP2004296658A (ja) 多接合太陽電池およびその電流整合方法
US10749053B2 (en) Distributed Bragg reflector structures in multijunction solar cells
US20130228216A1 (en) Solar cell with gradation in doping in the window layer
Jain et al. Enhanced current collection in 1.7 eV GaInAsP solar cells grown on GaAs by metalorganic vapor phase epitaxy
RU2382439C1 (ru) Каскадный фотопреобразователь и способ его изготовления
WO2019175651A1 (en) GaAs THREE-JUNCTION SOLAR CELL AND METHOD OF PREPARING THEREOF
CN108963019B (zh) 一种多结太阳能电池及其制作方法
CN110707172B (zh) 一种具有布拉格反射层的多结太阳电池及制作方法
CN112117344B (zh) 一种太阳能电池以及制作方法
JP5283588B2 (ja) 太陽電池
US11282979B2 (en) Distributed bragg reflector structures in multijunction solar cells
CN109285908B (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法
CN111785806B (zh) 一种太阳能电池以及制作方法
CN110718599B (zh) 一种具有变质缓冲层的多结太阳能电池及制作方法
JP2005347402A (ja) 裏面反射型化合物半導体太陽電池およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant