CN108511532A - 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108511532A
CN108511532A CN201810288030.5A CN201810288030A CN108511532A CN 108511532 A CN108511532 A CN 108511532A CN 201810288030 A CN201810288030 A CN 201810288030A CN 108511532 A CN108511532 A CN 108511532A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
sub
layer
constant
solar cell
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.)
Pending
Application number
CN201810288030.5A
Other languages
English (en)
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.)
Yangzhou Changelight Co Ltd
Original Assignee
Yangzhou 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 Yangzhou Changelight Co Ltd filed Critical Yangzhou Changelight Co Ltd
Priority to CN201810288030.5A priority Critical patent/CN108511532A/zh
Publication of CN108511532A publication Critical patent/CN108511532A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for 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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • 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
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • 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)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本申请提供一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法，至少包括第一子电池、第二子电池和第三子电池；第一子电池和第二子电池之间包括第一隧穿结、变质缓冲层和分布式布拉格反射层，其中，变质缓冲层包括至少三个子层，材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；每个子层沿第一子电池至第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；In组分渐变层能够更好地释放应力，获得较平整的表面。In组分恒定层能够把失配产生的位错限制在相邻两层的组分恒定层之间而不向上延伸进入电池有源区。最终可以实现应力释放、阻断位错和表面平整的综合有利效果，改善晶圆翘曲。

Description

一种晶格失配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，尤其涉及一种晶格失配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有源区的延伸。现有变质缓冲层技术采用组分阶变法，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，不向上延伸进入电池有源区。
现有技术中的变质缓冲层技术虽然能够阻挡位错向上延伸，但释放应力的效果不足，容易出现晶圆翘曲和表面粗糙的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法，以解决现有技术中变质缓冲层的释放应力效果不足造成的晶圆翘曲和表面粗糙的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种晶格失配的多结太阳能电池，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、变质缓冲层和分布式布拉格反射镜；
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；
所述第一子电池具有第一晶格常数，所述第二子电池具有第二晶格常数，且所述第一晶格常数小于所述第二晶格常数；
所述变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；
其中，所述子层沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于所述第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加；且所述至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于所述第二晶格常数的过冲层。
优选地，所述In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加。
优选地，所述In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向线性增加。
优选地，所述In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向非线性增加。
优选地，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分突变，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分连续。
优选地，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分连续，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分突变。
优选地，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分连续，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分连续。
优选地，所述晶格失配的多结太阳能电池为三结太阳能电池或四结太阳能电池。
本发明还提供一种晶格失配的多结太阳能电池制作方法，用于制作形成上面任意一项所述的晶格失配的多结太阳能电池，所述晶格失配的多结太阳能电池制作方法包括：
提供第一子电池；
在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、分布式布拉格反射层；
在所述分布式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；
其中，所述变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；所述子层沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于所述第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加；且所述至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于所述第二晶格常数的过冲层。
优选地，所述在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、分布式布拉格反射层，具体包括：
在所述第一子电池表面形成第一隧穿结；
在所述第一隧穿结背离所述第一子电池的表面形成In组分渐变层；
在所述In组分渐变层背离所述第一隧穿结的表面形成In组分恒定层；
交替重复形成In组分渐变层和In组分恒定层的步骤，形成至少三个变质缓冲层子层；
在所述变质缓冲层背离所述第一隧穿结的表面形成分布式布拉格反射镜。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的晶格失配的多结太阳能电池中，变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；其中，子层沿第一子电池至第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着第一子电池至第二子电池的方向增加；且至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于第二晶格常数的过冲层；也即本发明中变质缓冲层中包括In组分渐变层和In组分恒定层；其中，In组分渐变层能够更好地释放应力，获得较平整的表面。In组分恒定层能够把失配产生的位错限制在相邻两层的组分恒定层之间而不向上延伸进入电池有源区。从而使得变质缓冲层具有应力释放、阻断位错和表面平整的综合功能，实现更大的工艺窗口，改善晶圆翘曲。
本发明还提供一种晶格失配的多结太阳能电池的制作方法，用于形成上面所述的晶格失配多结太阳能电池，从而改善太阳能电池晶圆翘曲问题，提高太阳能电池的质量。
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为本发明实施例提供的一种晶格失配的多结太阳能电池结构示意图；
图2为图1所示晶格失配的太阳能电池结构中变质缓冲层的In组分变化图；
图3为图1所示晶格失配的太阳能电池结构中变质缓冲层的In组分的另一种变化图；
图4为图1所示晶格失配的太阳能电池结构中变质缓冲层的In组分的又一种变化图；
图5为本发明实施例提供的一种晶格失配的多结太阳能电池制作方法流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，现有技术中变质缓冲层采用组分阶变法制作形成，虽然可以把失配产生的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是最佳。未能完全释放的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，另外外延层中的残余应力还会导致晶圆翘曲。
而发明人发现，变质缓冲层还可以采用组分渐变法形成，采用组分渐变法形成的变质缓冲层，能够形成均匀的应力场，从而有利于应力释放，可获得较好的表面粗糙度。但其主要依靠位错滑移释放应变，不具有组分阶变的界面，无法抑制位错向上延伸。
基于此，本发明提供一种晶格失配的多结太阳能电池，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、变质缓冲层和分布式布拉格反射镜；
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；
所述第一子电池具有第一晶格常数，所述第二子电池具有第二晶格常数，且所述第一晶格常数小于所述第二晶格常数；
所述变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；
其中，所述子层沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于所述第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加；且所述至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于所述第二晶格常数的过冲层。
本发明提供的晶格失配的多结太阳能电池中，变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；其中，子层沿第一子电池至第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着第一子电池至第二子电池的方向增加；且至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于第二晶格常数的过冲层；也即本发明中变质缓冲层中包括In组分渐变层和In组分恒定层；其中，In组分渐变层的作用是更好的释放应力，获得较平整的表面。组分恒定层的作用是把失配产生的位错限制在相邻两层的组分恒定层之间而不向上延伸进入电池有源区。最终可以实现应力释放、阻断位错和表面平整的综合有利效果，实现更大的工艺窗口，改善晶圆翘曲。
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。
请参见图1，为本发明实施例提供的一种晶格失配的多结太阳能电池，至少包括：第一子电池1、第二子电池5和第三子电池7；位于第一子电池1与第二子电池5之间，且沿第一子电池1指向第二子电池5的方向依次包括：第一隧穿结2、变质缓冲层3和分布式布拉格反射镜4；位于第二子电池5和第三子电池7之间的第二隧穿结6；第一子电池1具有第一晶格常数a1，第二子电池5具有第二晶格常数a2，且第一晶格常数a1小于第二晶格常数a2；变质缓冲层3包括至少三个子层(如图1中的311和312组成的子层、321和322组成的子层，以及331和332组成的子层)，变质缓冲层3的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP。
本实施例中，变质缓冲层3的每个子层沿第一子电池1至第二子电池5的方向均包括In组分渐变层(311、321、331)和In组分恒定层(312、322、332)；各子层的平均晶格常数均大于第一晶格常数a1，且各子层的平均晶格常数沿着第一子电池至第二子电池的方向增加；且至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于第二晶格常数的过冲层。
需要说明的是，本实施例中变质缓冲层3的每个子层包括In组分渐变层和In组分恒定层，由于GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP中的In组分不同，会导致材质具有不同的晶格常数，而本实施例中变质缓冲层的子层由两种In组分不同的层结构组成，对应的晶格常数也不同，为了方便表示，本实施例中将In组分渐变层的晶格常数和In组分恒定层的晶格常数综合记为子层的平均晶格常数。本实施例中沿着第一子电池1指向第二子电池5的方向上，变质缓冲层3包括的第一子层(311和312)、第二子层(321和322)、第三子层(331和332)的平均晶格常数依次增加。
另外，需要说明的是，为了增强变质缓冲层的释放应力和阻断位错延伸的作用，本实施例中变质缓冲层还包括至少一层过冲层，所述过冲层为平均晶格常数大于第二子电池5的晶格常数a2的子层。也即，当变质缓冲层包括三个子层时，最靠近第二子电池的子层为过冲层。当变质缓冲层包括四个子层时，最靠近第二子电池的子层与次靠近第二子电池的子层晶格常数相同，且均为过冲层，或者仅最靠近第二子电池的子层为过冲层，本实施例中对此不做限定。
本发明实施例中不限定变质缓冲层中的In组分渐变层的In组分变化趋势，可选的，In组分沿第一子电池1至第二子电池5的方向增加。其中，In组分的增加，可以是线性增加，也可是非线性增加，所述非线性增加方式，可选为指数增加。本发明以下实施例中，仅以In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向线性增加为例进行说明，但并不代表对所述增加方式进行限定。
另外，本实施例中对In组分渐变层和In组分恒定层的界面处的In组分是否连续不做限定，同一子层中，In组分渐变层和In组分恒定层的界面处的In组分可以是突变的，也可以是连续的。一个子层中的In组分渐变层和相邻子层中的In组分恒定层界面处的In组分是否突变，本实施例中同样不进行限定，具体地In组分限定，在不同实施例中可以根据实际要求进行不同设定。
为方便说明本发明实施例提供的变质缓冲层的结构，请参见图2-图4所示，图2为本发明实施例中提供的晶格失配的太阳能电池结构中变质缓冲层的In组分的一种变化图；图3为本发明实施例提供的晶格失配的太阳能电池结构中变质缓冲层的In组分的另一种变化图；图4为本发明实施例提供的晶格失配的太阳能电池结构中变质缓冲层的In组分的又一种变化图。
如图2所示，变质缓冲层3包括四个子层，沿第一子电池指向第二子电池的方向分别为第一子层L1、第二子层L2、第三子层L3和第四子层L4。需要说明的是，In组分变化，形成的材料的晶格常数也随之变化，In组分恒定，则形成的材料层的晶格常数恒定，因此，本实施例中用晶格常数表示In组分。
如图2中所示，沿第一子电池指向第二子电池的方向，第一子层L1、第二子层L2、第三子层L3和第四子层L4均包括In组分渐变层和In组分恒定层，每层子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分连续，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分连续。
如图3所示，变质缓冲层3包括四个子层，沿第一子电池指向第二子电池的方向分别为第一子层L1、第二子层L2、第三子层L3和第四子层L4。沿第一子电池指向第二子电池的方向，第一子层L1、第二子层L2、第三子层L3和第四子层L4均包括In组分渐变层和In组分恒定层，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分突变，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分连续。
如图4所示，变质缓冲层3包括四个子层，沿第一子电池指向第二子电池的方向分别为第一子层L1、第二子层L2、第三子层L3和第四子层L4。沿第一子电池指向第二子电池的方向，第一子层L1、第二子层L2、第三子层L3和第四子层L4均包括In组分渐变层和In组分恒定层，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分连续，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分突变。
以上为本发明中不同的具体实施例，In组分的具体分配，可以根据实际情况进行不同设置，In组分渐变层还可以为指数变化等其他非线性变化，还可以根据工艺制作复杂度角度进行选择设置。
本实施例中多结太阳能电池可以是三结太阳能电池，也可以是四结太阳能电池，本实施例中对此不做限定。当多结太阳能电池为三结太阳能电池时，在第三子电池背离第二隧穿结的表面还设置有欧姆接触层，用于与太阳能电池的电极连接。当多结太阳能电池为四结太阳能电池时，所述第三子电池背离所述第二隧穿结的表面还设置有第三隧穿结，第三隧穿结背离所述第三子电池的表面还设置有第四子电池，第四子电池背离所述第三隧穿结的表面设置欧姆接触层，从而形成四结太阳能电池。本实施例中对所述晶格失配的多结太阳能电池的材质不做限定。三结太阳能电池可选为Ge衬底电池。
本发明实施例中提供的晶格失配的多结太阳能电池，包括变质缓冲层，所述变质缓冲层包括至少三个子层结构，在沿第一子电池至第二子电池的方向上，每个子层均包括一层In组分渐变层和一层In组分恒定层，其中，In组分渐变层能够更好地释放应力，获得较平整的表面；In组分恒定层能够把失配产生的位错限制在相邻两层的组分恒定层之间而不向上延伸进入第二子电池的有源区。从而使得变质缓冲层同时具有阻断位错和表面平整的综合有利效果，实现更大的工艺窗口，改善晶圆翘曲。
本发明还提供一种晶格失配的多结太阳能电池的制作方法，如图5所示，为本发明实施例提供的晶格失配的多结太阳能电池的制作方法流程示意图，所述晶格失配的多结太阳能电池制作方法包括：
S101：提供第一子电池；
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，第一子电池为具有由晶格常数(a1)的材料构成的PN结，所述第二子电池为具有由晶格常数(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。
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GaInP或AlGaInP层作为成核层，并作为第一子电池的窗口层。
另外，本发明实施例中第一子电池的材质还可以是GaAs衬底，具体制作方法为：提供GaAs衬底，在该GaAs衬底上通过生长方式形成P型GaAs层，然后再形成N型GaAs层，构成PN结，形成第一子电池。
S102：在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、分布式布拉格反射层；
所述第一隧穿结由一层P型层和一层N型层组成，具体的，第一隧穿结的制作可以为：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。
需要说明的是，本实施例中变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；所述子层沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于所述第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加；且所述至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于所述第二晶格常数的过冲层。
具体地，本实施例中采用金属有机化学气相外延沉积(MOCVD)方法在第一隧穿结上形成变质缓冲层。其中，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子层序列(例如包括五层，分别为L1，L2，L3，L4，L5)，每个子层在第一子电池指向第二子电池的方向上依次包括：In组分渐变层和In组分恒定层，所述In组分渐变层的晶格常数随着In组分的变化而变化，本实施例中以In组分渐变层和In组分恒定层的晶格常数的平均作为一个子层的晶格常数，也即各子层的平均晶格常数(aL1，aL2，aL3，aL4，aL5)均大于第一子电池的晶格常数(a1)，并且沿第一子电池往第二子电池的方向增加。所述变质缓冲层的至少一个子层为过冲层(overshooter layer)，其具有晶格常数(例如第五层L5的晶格常数aL5)大于第二子电池的晶格常数(a2)。
需要说明的是，本实施例中变质缓冲层包括至少三层子层，每个子层包括In组分渐变层和In组分恒定层，因此变质缓冲层制作步骤包括：
在第一隧穿结背离第一子电池的表面形成In组分渐变层，所述In组分渐变层通过控制MOCVD工艺中的In源的通入流量进行控制，使得In组分随着厚度的不同而不同。
在In组分渐变层制作完成后，控制In组分恒定，形成In组分恒定层。
交替重复形成In组分渐变层和In组分恒定层的步骤，形成至少三个变质缓冲层子层。
本实施例中不限定分布式布拉格反射层的具体结构，可选的，所述分布式布拉格反射层包括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。
S103：在所述分布式布拉格反射层表面形成第二子电池；
本实施例中不限定第二子电池的具体材质，可选的，所述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。
S104：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；
第二隧穿结同样包括一层P型层和一层N型层；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。
S105：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。
本实施例中不限定第二子电池的具体材质，可选的，所述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，本实施例中不限定所述多结太阳能电池的具体形式，可选的，所述多结太阳能电池可以是三结太阳能电池，也可以是四结太阳能电池。
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晶格失配的多结太阳能电池的制作方法，用于形成上一实施例中的晶格失配的多结太阳能电池，使得变质缓冲层同时具有In组分渐变层的优点和In组分恒定层的优点，从而同时实现了有效阻断位错向第二子电池的有源层延伸以及有效释放应力的目的，提高了多结太阳能电池的性能，同时应力释放较为完全，进而改善了晶圆的翘曲。
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)

1.一种晶格失配的多结太阳能电池，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、变质缓冲层和分布式布拉格反射镜；
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；
所述第一子电池具有第一晶格常数，所述第二子电池具有第二晶格常数，且所述第一晶格常数小于所述第二晶格常数；
所述变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；
其中，所述子层沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于所述第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加；且所述至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于所述第二晶格常数的过冲层。
2.根据权利要求1所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，所述In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加。
3.根据权利要求2所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，所述In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向线性增加。
4.根据权利要求2所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，所述In组分渐变层中，In组分沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向非线性增加。
5.根据权利要求1所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分突变，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分连续。
6.根据权利要求1所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分连续，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分突变。
7.根据权利要求1所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，每层所述子层中的In组分渐变层与In组分恒定层的界面连接处的In组分连续，与相邻子层中的In组分恒定层的界面连接处的In组分连续。
8.根据权利要求1所述的晶格失配的多结太阳能电池，其特征在于，所述晶格失配的多结太阳能电池为三结太阳能电池或四结太阳能电池。
9.一种晶格失配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所述的晶格失配的多结太阳能电池，所述晶格失配的多结太阳能电池制作方法包括：
提供第一子电池；
在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、分布式布拉格反射层；
在所述分布式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；
其中，所述变质缓冲层包括至少三个子层，所述变质缓冲层的材质为GaInAs、AlGaInAs、GaInP或AlGaInP；所述子层沿所述第一子电池至所述第二子电池的方向均包括In组分渐变层和In组分恒定层；各子层的平均晶格常数均大于所述第一晶格常数，且各子层的平均晶格常数沿着所述第一子电池至所述第二子电池的方向增加；且所述至少三个子层中的至少一层为平均晶格常数大于所述第二晶格常数的过冲层。
10.根据权利要求9所述的晶格失配的多节太阳能电池制作方法，其特征在于，所述在所述第一子电池表面依次形成第一隧穿结、变质缓冲层、分布式布拉格反射层，具体包括：
在所述第一子电池表面形成第一隧穿结；
在所述第一隧穿结背离所述第一子电池的表面形成In组分渐变层；
在所述In组分渐变层背离所述第一隧穿结的表面形成In组分恒定层；
交替重复形成In组分渐变层和In组分恒定层的步骤，形成至少三个变质缓冲层子层；
在所述变质缓冲层背离所述第一隧穿结的表面形成分布式布拉格反射镜。
CN201810288030.5A 2018-04-03 2018-04-03 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法 Pending CN108511532A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810288030.5A CN108511532A (zh) 2018-04-03 2018-04-03 一种晶格失配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
CN201810288030.5A CN108511532A (zh) 2018-04-03 2018-04-03 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108511532A true CN108511532A (zh) 2018-09-07

Family

ID=63379882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810288030.5A Pending CN108511532A (zh) 2018-04-03 2018-04-03 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108511532A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109285909A (zh) * 2018-09-29 2019-01-29 扬州乾照光电有限公司 一种多结太阳能电池及其制作方法
CN109285908A (zh) * 2018-09-29 2019-01-29 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
CN110718599A (zh) * 2019-10-21 2020-01-21 扬州乾照光电有限公司 一种具有变质缓冲层的多结太阳能电池及制作方法
CN111009584A (zh) * 2019-12-11 2020-04-14 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
WO2020148576A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-23 Yangzhou Changelight Co. Ltd. Gaas multi-junction solar cell and methods of preparing thereof
CN114267746A (zh) * 2021-12-20 2022-04-01 扬州乾照光电有限公司 一种多结太阳能电池及制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102299159A (zh) * 2011-08-17 2011-12-28 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
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
CN105322044A (zh) * 2014-07-25 2016-02-10 李华 多结太阳能电池外延结构
CN106711252A (zh) * 2016-11-25 2017-05-24 中国科学院半导体研究所 一种包含缓冲层的外延结构及其制备方法
CN206282867U (zh) * 2016-09-27 2017-06-27 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种正向失配四结太阳能电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102299159A (zh) * 2011-08-17 2011-12-28 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
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
CN105322044A (zh) * 2014-07-25 2016-02-10 李华 多结太阳能电池外延结构
CN206282867U (zh) * 2016-09-27 2017-06-27 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种正向失配四结太阳能电池
CN106711252A (zh) * 2016-11-25 2017-05-24 中国科学院半导体研究所 一种包含缓冲层的外延结构及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109285909A (zh) * 2018-09-29 2019-01-29 扬州乾照光电有限公司 一种多结太阳能电池及其制作方法
CN109285908A (zh) * 2018-09-29 2019-01-29 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
CN109285909B (zh) * 2018-09-29 2021-09-24 扬州乾照光电有限公司 一种多结太阳能电池及其制作方法
WO2020148576A1 (en) * 2019-01-14 2020-07-23 Yangzhou Changelight Co. Ltd. Gaas multi-junction solar cell and methods of preparing thereof
CN110718599A (zh) * 2019-10-21 2020-01-21 扬州乾照光电有限公司 一种具有变质缓冲层的多结太阳能电池及制作方法
CN110718599B (zh) * 2019-10-21 2021-07-16 扬州乾照光电有限公司 一种具有变质缓冲层的多结太阳能电池及制作方法
CN111009584A (zh) * 2019-12-11 2020-04-14 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
CN111009584B (zh) * 2019-12-11 2021-09-17 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
CN114267746A (zh) * 2021-12-20 2022-04-01 扬州乾照光电有限公司 一种多结太阳能电池及制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108511532A (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法
CN108461568A (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
CN108493284A (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法
CN106067493B (zh) 一种微晶格失配量子阱太阳能电池及其制备方法
CN105097977B (zh) 多结太阳能电池外延结构
TW200941741A (en) Heterojunction subcells in inverted metamorphic multijunction solar cells
CN109860325A (zh) 一种砷化物多结太阳能电池及其制作方法
CN109285909A (zh) 一种多结太阳能电池及其制作方法
JP5001985B2 (ja) 太陽エネルギ電池のＧｅｘＳｉ１−ｘ緩衝層をシリコンウェハ上に形成する方法。
CN109755340A (zh) 一种正向晶格失配三结太阳电池
CN110224036A (zh) 一种晶格失配多结太阳能电池
CN102969387A (zh) GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池外延结构
CN108963019A (zh) 一种多结太阳能电池及其制作方法
CN110491964A (zh) 一种柔性双面太阳能电池及其制备方法
CN110707172B (zh) 一种具有布拉格反射层的多结太阳电池及制作方法
CN109285908A (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法
CN112117344A (zh) 一种太阳能电池以及制作方法
CN105355668A (zh) 一种具有非晶态缓冲层结构的In0.3Ga0.7As电池及制备方法
CN110233187A (zh) 晶格失配的多结太阳能电池结构
CN205016542U (zh) 多结太阳能电池外延结构
CN210052751U (zh) 多结太阳能电池
CN107546287B (zh) 一种太阳能电池及其制作方法
CN105679873B (zh) 基于量子点超晶格结构的太阳能电池及其制备方法
CN110556445A (zh) 一种叠层并联太阳能电池
CN111009584B (zh) 一种晶格失配的多结太阳能电池及其制作方法

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180907