CN108878550A - 多结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种多结太阳能电池，所述多结太阳能电池从背光侧至入光侧顺序包括：Ge子电池；InGaAs子电池；和InGaP子电池，其中，所述Ge子电池中的Ge具有2～10‰的张应力。本发明还涉及一种制作多结太阳能电池的方法，其中，在外延生长Ge子电池时，使所述Ge子电池中的Ge具有2～10‰的张应力。本公开的多结太阳能电池及其制造方法，提高了太阳能电池的光电转换效率。

Description

多结太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种多结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
目前的多结太阳能电池中，Ge/GaInAs/GaInP三结太阳能电池因其光电转化效率高而得到越来越多的应用，特别是在空间高效电池行业中得到了广泛的应用。但是，研究人员一直在尝试进一步提高太阳能电池的光电转化效率。
发明内容
本发明的目的之一是在现有技术的基础上，进一步提高多结太阳能电池的光电转化效率。
根据本发明的一个方面，提出一种多结太阳能电池所述多结太阳能电池从背光侧至入光侧顺序包括：Ge子电池；InGaAs子电池；和InGaP子电池，其中，所述Ge子电池中的Ge具有2～10‰的张应力。
根据一个实施例，每个子电池的基区和发射区之间形成异质结。
根据一个实施例，所述Ge子电池包括：InAlGaP、InAlGaAs或SiGe背电场层；InGaAs或InGaP基区；Ge发射区；以及InGaP或AlInP窗口层。
根据一个实施例，所述InGaAs子电池包括：InAlGaP、InAlGaAs背电场层；InGaP基区；InGaAs发射区；以及AlInP窗口层。
根据一个实施例，所述InGaP子电池包括：InAlGaP、或InAlGaAs背电场层；InAlGaP基区；InGaP发射区；以及AlInP窗口层。
根据一个实施例，所述Ge子电池、InGaAs子电池和InGaP子电池之间具有隧穿结。
根据一个实施例，所述的多结太阳能电池还包括位于InGaP子电池上方的GaAs欧姆接触层。
根据一个实施例，所述的多结太阳能电池还包括位于Ge子电池的背光侧的布拉格反射镜层。
根据一个实施例，所述布拉格反射镜层包括周期性地交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层。
根据一个实施例，所述交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层的周期数为10-20。
根据一个实施例，所述的多结太阳能电池还包括：位于布拉格反射镜层的背光侧的缓冲层以及位于缓冲层背光侧的形核层。
根据一个实施例，所述的多结太阳能电池还包括：位于形核层的背光侧的硅衬底层、锗衬底层或砷化镓(GaAs)衬底层。
根据一个实施例，在每一个子电池中，发射区的厚度均大于基区的厚度。
根据一个实施例，在每一个子电池中，发射区的掺杂浓度均小于基区的掺杂浓度。
根据本发明的另一方面，提出一种制作多结太阳能电池的方法，包括：
提供第一衬底；
在第一衬底上外延生长Ge子电池、InGaAs子电池和InGaP子电池，
其中，在外延生长Ge子电池时，使所述Ge子电池中的Ge具有2～10‰的张应力。
根据一个实施例，在第一衬底上外延生长Ge子电池之前，在第一衬底上外延生长牺牲层；并且，
所述方法还包括：通过腐蚀牺牲层将第一衬底剥离，在剥离第一衬底后的Ge子电池上连接第二衬底，其中，所述第一衬底为硬质衬底，所述第二衬底为柔性衬底。
根据一个实施例，所述第一衬底为Si或GaAs单晶衬底，所述第二衬底为薄膜金属或聚酰亚胺。
根据本发明的实施例的多结太阳能电池及其制造方法，通过将Ge子电池中的Ge设置为具有2～10‰的张应力，使得在该张应力作用下，Ge由间接带隙转化为带隙宽度在0.8eV的直接带隙，从而提高了Ge薄膜在太阳光谱中光子能量大于0.8eV的吸收效率，有利于制备短的pn结，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的三结太阳能电池的结构示意图；
图2是根据本发明的一个具体示例的三结太阳能电池的结构示意图；
图3是根据本发明的另一个具体示例的三结太阳能电池的结构示意图；
图4是根据本发明的另一个具体示例的三结太阳能电池的结构示意图；以及
图5是制备图4的三结太阳能电池的一个过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明实施例以及附图中，同一标号代表同一含义。为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大；并且，本发明一些实施例的附图中，只示出了与本发明构思相关的结构，其他结构可参考通常设计。另外，一些附图只是示意出本发明实施例的基本结构，而省略了细节部分。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语表示开放的意义，除了明确列举的元件、部件、部分或项目外，并不排除其他元件、部件、部分或者项目。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。可以理解，当诸如层、膜、区域或衬底基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的三结太阳能电池100的结构示意图。如图1所示，三结太阳能电池100具有入光侧A和背光侧B，从背光侧B至入光侧A顺序包括：Ge子电池110、InGaAs子电池120和InGaP子电池130，其中，Ge子电池120中的Ge具有2～10‰的张应力。
本发明该实施例的三结太阳能电池100通过将Ge子电池20中的Ge设置为具有2～10‰的张应力，使得在该张应力作用下，Ge由间接带隙转化为带隙宽度在0.8eV的直接带隙，从而提高了Ge薄膜在太阳光谱中光子能量大于0.8eV的吸收效率，有利于制备短的pn结，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。试验证明，在Ge材料有2～10‰张应力情况下，能够提高Ge/GaInAs/GaInP三结电池的开路电压约100毫伏，光电转化效率提升增量约1个百分点。
根据一些实施例，在上述三结太阳能电池100中，每个子电池的基区和发射区之间形成异质结。通过在每个子电池的基区和发射区之间采用异质结，能够进一步提高三结太阳能电池100的光电转换效率，进而提高其开路电压。
具体地，在上述三结太阳能电池100中，Ge子电池110可以包括InAlGaP、InAlGaAs或SiGe背电场层、InGaAs或InGaP基区、Ge发射区以及InGaP或AlInP窗口层。InGaAs或InGaP基区和Ge发射区之间形成的PN结为异质结。
InGaAs子电池120可以包括InAlGaP、InAlGaAs背电场层、InGaP基区、InGaAs发射区以及AlInP窗口层。InGaP基区和InGaAs发射区之间形成的PN结为异质结。
InGaP子电池130可以包括InAlGaP或InAlGaAs背电场层、InAlGaP基区、InGaP发射区以及AlInP窗口层。InAlGaP基区和InGaP发射区之间形成的PN结为异质结。
在具体的实施例中，所述Ge子电池110和所述InGaAs子电池120之间可由第一隧穿结连接，所述InGaAs子电池120与所述InGaP子电池130之间可由第二隧穿结连接，所述第一隧穿结、第二隧穿结可以采用GaAs、InGaP、Al0.3Ga0.7As或其他半导体材料，掺杂浓度可达1×1019em-3以上。
另外，如本领域技术人员所知，上述实施例的三结太阳能电池100还可以包括欧姆接触层、上下电极、减反射膜等，在此不再详述。
在具体的实施例中，在上述三结太阳能电池100中的每一个子电池中，特别是在作为顶电池的InGaP子电池中，发射区的厚度设计为均大于基区的厚度；和/或，发射区的掺杂浓度设计为均小于基区的掺杂浓度。通过这样的设计，可以进一步提高三结太阳能电池100的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。例如，金属栅线面积可以只占芯片面积的2-3％。
此外，在一些实施例中，三结太阳能电池100还可以包括位于Ge子电池的背光侧的布拉格反射镜层。具体地，布拉格反射镜层可以包括周期性地交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层。例如，所述交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层的周期数可以为10-20。InAlGaAs生长厚度可为120-140nm，InGaAs生长厚度可以为100-120nm。通过设置布拉格反射镜层，可以进一步压缩Ge子电池的厚度，提高Ge子电池的填充因子和开路电压。
在具体的实施例中，上述三结太阳能电池100的三个子电池110、120和130可以在锗(Ge)衬底、硅(Si)衬底、砷化镓(GaAs)衬底上形成。可选采用便宜的Si衬底。此外，采用外延生长方法在衬底上生长三结太阳能电池100，这样，可以在外延生长Ge子电池的Ge发射区的期间在Ge材料中产生必要的张应力，以便能够利用Ge材料的间接带隙来提高太阳能电池的光电转换效率。
具体地，根据一个实施例，制备三结太阳能电池100的方法包括：
提供第一衬底，例如锗(Ge)衬底、硅(Si)衬底或砷化镓(GaAs)衬底；
在第一衬底上外延生长Ge子电池110、InGaAs子电池120和InGaP子电池130，
其中，在外延生长Ge子电池110时，使所述Ge子电池110中的Ge具有2～10‰的张应力。
例如，在外延生长Ge子电池的过程中，可以通过调整用于外延生长Ge子电池的基底层(例如缓冲层)的晶格常数，使其比Ge晶格常数大5-10％，使得在处延生长中所述Ge子电池中的Ge产生2-10‰的张应力。
现有的Ge基三结电池中的Ge电池，是通过向例如P型Ge衬底表面扩散磷或砷来形成n型层，和P型Ge衬底一起构成pn结，产生光伏效应。这种工艺方式的缺点是没有背电场层，使Ge结电池开路电压降低，其次不能很好地开发利用0.8eV的直接带隙。本实施行例通过外延生长的方式来得到Ge底电池，一是可以增加GaInP或者GaInAs来作为背电场层，提高电流电压，其次是可以使Ge电池带有张应力，Ge电池由间接带隙的0.67eV变为直接带隙的0.8eV，提高开路电压近100毫伏。实现方式是通过调整用于外延生长Ge电池的基底层，例如缓冲层的晶格常数，使其比Ge晶格常数大5-10％，这样，生长的Ge电池带有2-10‰的张应力，从而能够利用Ge材料的0.8eV的直接带隙，提高三结太阳能电池的开路电压。此外，如采用Si衬底代替Ge衬底，还可以降低衬底材料的成本。
根据一个实施例，在第一衬底为硬质衬底的情况下，为了得到柔性太阳能电池，所述方法还包括以下步骤：
在第一衬底上外延生长Ge子电池110之前，在第一衬底上外延生长牺牲层，在牺牲层上外延生长Ge子电池110；并且
所述方法还包括：通过腐蚀牺牲层将第一衬底剥离，在剥离第一衬底后的Ge子电池上连接第二衬底，其中，所述第一衬底为硬质衬底，所述第二衬底为柔性衬底。
需要说明的是，本发明实施例所述的在第一衬底上外延生长Ge子电池，包括在第一衬底上直接生长Ge子电池，也包括通过中间过渡层在第一衬底上间接生长Ge子电池。例如，可以先在衬底上依次外延生长形核层、缓冲层，然后在缓冲层上外延生长Ge子电池。其它外延生长的表述含义与此相同。
此外，所述方法还包括在Ge子电池、InGaAs子电池和InGaP子电池之间生长隧穿结，以及制备欧姆接触层、减反射膜、上下电极等电池的必备结构，在此不再详述。
图2是根据本发明的一个具体示例的三结太阳能电池200的结构示意图。如图2所示，三结太阳能电池200包括叠加布置的衬底201、形核层202、缓冲层203、Ge子电池210、第一隧穿结215、InGaAs子电池220、第二隧穿结225、InGaP子电池230和欧姆接触层240。
具体地，衬底201采用P型Si单晶衬底，在其上具有P型形核层202和作为三结电池缓冲层203的SiGe合金层。Ge子电池210包括：P型InGaP或SiGe背电场层211；P型GaInP层，作为Ge子电池210的基区212；n型Ge层，作为Ge子电池的发射区213；以及n型InGaP，作为Ge子电池210的窗口层214。连接Ge子电池和InGaAs子电池的第一隧穿结215为n型GaAs或InGaP层和p型GaAs或Al0.3Ga0.7As或InGaP2层。
InGaAs子电池220包括高掺杂浓度的p型背电场层221；p型InGaP层，作为InGaAs子电池的基区222；n型InGaAs层，作为InGaAs子电池的发射区223；以及高掺杂浓度的n型窗口层224。连接InGaAs子电池220和InGaP子电池230的第二隧穿结225包括n型InGaP层和p型Al0.3Ga0.7As层。
InGaP子电池230包括：高掺杂浓度的p型背电场层231、p型InAlGaP层，作为InGaP子电池的基区232；n型InGaP层，作为InGaP子电池的发射区233；以及高掺杂浓度的的n型AlInP层，作为InGaP子电池的窗口层234。
可选地，三结太阳能电池200还可以包括位于Ge子电池210的背光侧的布拉格反射镜层204。即，在图2的缓冲层203和Ge子电池210之间可以包括布拉格反射镜层204。布拉格反射镜层204可以包括周期性地交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层。例如，所述交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层的周期数可以为10-20。InAlGaAs生长厚度可以为120-140nm，InGaAs生长厚度可以为100-120nm。
此外，三结太阳能电池200还可以包括上下电极、减反射膜等电池的必备结构，在此不再详述。
具体地，上述三结太阳能电池200的制备过程如下：
1)进入MOCVD或MBE或其他外延生长设备，采用P型Si单晶衬底201，在其上外延生长P型形核层202，接着生长SiGe合金，作为三结电池缓冲层203。所述形核层202厚度可以为0.05-0.1μm，掺杂浓度可以为0.5-5×1017m-3；缓冲层203厚度不超过3微米，掺杂浓度可以在0.5-5×1018m-3。采用硅锗合金的缓冲层，可以在硅基衬底上实现外延生长，相对于锗基衬底，可以获得低成本电池制造方案。
2)生长布拉格反射镜层204，布拉格反射镜层204可以包括周期性地交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层。例如，所述交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层的周期数可以为10-20。InAlGaAs生长厚度可以为120-140nm，InGaAs生长厚度可以为100-120nm。
3)生长P型InGaP或SiGe作为Ge子电池的背电场层211，再生长P型GaInP层，作为Ge子电池的基区212，然后生长n型Ge层，作为Ge子电池的发射区213，最后生长n型InGaP，作为Ge子电池210的窗口层214。所述InGaP或SiGe背电场层211的生长厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8×1018m-3；所述基区212的生长厚度可以为0.1-0.2μm，掺杂浓度可以为0.5-1×1018m-3；Ge发射区213厚度可以为0.6-1.5μm，掺杂浓度可以为0.5-1×1017m-3。
这里，通过选择缓冲层213，在外延生长Ge材料层时，可以将Ge子电池20中的Ge发射区213设置为具有2～10‰的张应力，使得在该张应力作用下，Ge由间接带隙转化为带隙宽度在0.8eV的直接带隙，从而提高了Ge薄膜在太阳光谱中光子能量大于0.8eV的吸收效率，有利于制备短的pn结，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。
此外，在上述实施例中，通过将Ge发射区213的厚度设计为大于GaInP基区212的厚度；并将Ge发射区213的掺杂浓度设计为小于GaInP基区212的掺杂浓度，可以进一步提高三结太阳能电池200的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。
4)生长连接Ge子电池210和InGaAs子电池220的第一隧穿结215：先生长n型GaAs或InGaP层；再生长p型GaAs或Al0.3Ga0.7As或InGaP2层，形成隧穿结。
5)生长InGaAs子电池220：生长高掺杂浓度的p型背电场层221；再生长p型InGaP层，作为第二结InGaAs子电池的基区222；然后生长n型InGaAs层，作为第二结InGaAs子电池的发射区223；最后生长高掺杂浓度的n型窗口层224。背电场层材料为InAlGaAs或AlGaInP；GaInP基区厚度在0.1-0.3μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；InGaAs发射区厚度在1-3μm，掺杂浓度为1-3×1017m-3。
通过将InGaAs发射区223的厚度设计为大于InGaP基区222的厚度；并将InGaAs发射区223的掺杂浓度设计为小于InGaP基区222的掺杂浓度，可以进一步提高三结太阳能电池200的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。
6)生长连接InGaAs子电池220和InGaP子电池230的第二隧穿结225：先生长n型InGaP层；再生长p型Al0.3Ga0.7As层，形成第二隧穿结225。
7)生长InGaP子电池230：生长高掺杂浓度的p型背电场层231；再生长p型InAlGaP层，作为InGaP子电池230的基区232；然后生长n型InGaP层，作为InGaP子电池230的发射区233；生长高掺杂浓度的n型AlInP层，作为InGaP子电池230的窗口层234。P型背电场层231材料为Al0.7Ga0.3As、AlGaInP，厚度为0.1-0.2μm；P型InGaP基区232厚度在0.08-0.15μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；n型InGaP发射区233厚度在0.4-0.6μm，掺杂浓度为1-3×1017m-3。
通过将InGaP发射区233的厚度设计为大于InAlGaP基区232的厚度；并将InGaP发射区223的掺杂浓度设计为小于InAlGaP基区232的掺杂浓度，可以进一步提高三结太阳能电池200的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。
8)生长欧姆接触层：生长高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层作为欧姆接触层。
9)上电极制作：设计制作光刻版图，上胶显影，上电极金属沉积，去胶，退火。
10)下电极制作：下电极金属沉积。
11)抗反射膜制作：进入蒸镀机沉积光学薄膜。
12)划片测试。
图3是根据本发明的一个具体示例的三结太阳能电池300的结构示意图。如图3所示，三结太阳能电池300包括叠加布置的衬底301、形核层302、缓冲层303、Ge子电池310、第一隧穿结315、InGaAs子电池320、第二隧穿结325、InGaP子电池330和欧姆接触层340。
具体地，衬底301采用N型Si单晶衬底，在其上具有N型形核层302和作为三结电池缓冲层303的SiGe合金层。Ge子电池310包括：N型InGaP或SiGe背电场层311；N型GaInP层，作为Ge子电池310的基区312；P型Ge层，作为Ge子电池的发射区313；以及P型InGaP，作为Ge子电池310的窗口层314。连接Ge子电池310和InGaAs子电池320的第一隧穿结315为P型GaAs或InGaP层和N型GaAs或Al0.3Ga0.7As或InGaP2层。
InGaAs子电池320包括高掺杂浓度的N型背电场层321；N型InGaP层，作为InGaAs子电池的基区322；P型InGaAs层，作为InGaAs子电池的发射区323；以及高掺杂浓度的P型窗口层324。连接InGaAs子电池和InGaP子电池的第二隧穿结325包括P型Al0.3Ga0.7As层和N型InGaP层。
InGaP子电池330包括：高掺杂浓度的N型背电场层331、N型InAlGaP层，作为InGaP子电池的基区332；P型InGaP层，作为InGaP子电池的发射区333；以及高掺杂浓度的的P型AlInP层，作为InGaP子电池的窗口层334。
此外，三结太阳能电池300还可以上下电极、减反射膜等电池的备必结构，在此不再详述。
具体地，上述三结太阳能电池300的制备过程如下：
1)进入MOCVD或MBE或其他外延生长设备，采用N型Si单晶衬底301，在Si衬底301上外延生长N型形核层302，接着生长SiGe合金，作为三结电池缓冲层303。形核层301的厚度可以为0.05-0.1μm，掺杂浓度在0.5-5×1017m-3；缓冲层厚度不超过3微米，掺杂浓度在0.5-5×1018m-3。
2)生长N型InGaP或SiGe作为Ge子电池310的背电场层311，再生长N型GaInP层，作为Ge子电池310的基区312，然后生长P型Ge层，作为Ge子电池的发射区313，最后生长P型InGaP，作为Ge子电池的窗口层314。InGaP或SiGe背电场层311的厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度在3-8×1018m-3；所述基区312厚度在0.1-0.2μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；Ge层发射区313厚度在0.6-1.5μm，掺杂浓度在0.5-1×1017m-3。所述Ge在工作状态有2-10‰张应力。
这里，通过选择缓冲层313，在外延生长Ge材料层时，可以将Ge子电池310中的Ge发射区313设置为具有2～10‰的张应力，使得在该张应力作用下，Ge由间接带隙转化为带隙宽度在0.8eV的直接带隙，从而提高了Ge薄膜在太阳光谱中光子能量大于0.8eV的吸收效率，有利于制备短的pn结，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。
此外，在上述实施例中，通过将Ge发射区313的厚度设计为大于GaInP基区312的厚度；并将Ge发射区313的掺杂浓度设计为小于GaInP基区312的掺杂浓度，可以进一步提高三结太阳能电池300的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。
3)生长连接Ge子电池310和InGaAs子电池320的第一隧穿结315：先生长P型GaAs或InGaP层；再生长N型GaAs或Al0.3Ga0.7As或InGaP2层，形成隧穿结。
4)生长InGaAs子电池320：生长高掺杂浓度的N型背电场层321；再生长N型InGaP层，作为第二结InGaAs子电池的基区322；然后生长P型InGaAs层，作为第二结InGaAs子电池的发射区323；最后生长高掺杂浓度的P型窗口层324。所述背电场层321材料为InAlGaAs或AlGaInP。GaInP基区322厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；InGaAs发射区323厚度可以为1-3μm，掺杂浓度为1-3×1017m-3。
通过将InGaAs发射区323的厚度设计为大于InGaP基区322的厚度；并将InGaAs发射区323的掺杂浓度设计为小于InGaP基区322的掺杂浓度，可以进一步提高三结太阳能电池300的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。
5)生长连接InGaAs子电池320和InGaP子电池330的第二隧穿结325：先生长P型Al0.3Ga0.7As层；再生长N型InGaP层，形成第二隧穿结325。
6)生长InGaP子电池330：生长高掺杂浓度的N型背电场层331；再生长N型InAlGaP层，作为InGaP子电池的基区332；然后生长P型InGaP层，作为InGaP子电池的发射区333；生长高掺杂浓度的P型AlInP层，作为InGaP子电池的窗口层334。所述N型背电场层331材料为Al0.7Ga0.3As或AlGaInP，厚度为0.1-0.2μm；所述N型InAlGaP基区332厚度在0.08-0.15μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；P型InGaP发射区333厚度在0.4-0.6μm，掺杂浓度为1-3×1017m-3。
通过将InGaP发射区333的厚度设计为大于InAlGaP基区332的厚度；并将InGaP发射区333的掺杂浓度设计为小于InAlGaP基区332的掺杂浓度，可以进一步提高三结太阳能电池300的电导率，从而降低金属栅线的密度，减小金属栅线遮挡，从而提高电池的开路电压。
7)生长欧姆接触层：生长高掺杂浓度的P型GaAs盖帽层作为欧姆接触层；
8)上电极制作：设计制作光刻版图，上胶显影，上电极金属沉积，去胶，退火；
9)下电极制作：下电极金属沉积。
10)抗反射膜制作：进入蒸镀机沉积光学薄膜。
11)划片测试。
图4是根据本发明的一个具体示例的三结太阳能电池400的结构示意图。如图4所示，三结太阳能电池400包括叠加布置的衬底401、缓冲层403、布拉格反射层404、Ge子电池410、第一隧穿结415、InGaAs子电池420、第二隧穿结425、InGaP子电池430和欧姆接触层440。
该实施例与图2所示的实施例的三结太阳能电池200的结构基本相同，不同之处在于，衬底401是柔性材料衬底，该柔性衬底401代替了三结太阳能电池200中的硬质Si衬底201，使得三结太阳能电池400成为柔性电池。柔性衬底401可以为铜、铝等薄膜金属或聚酰亚胺。
Ge子电池410包括：P型InGaP或InGaAs背电场层411；P型GaInP层，作为Ge子电池410的基区412；n型Ge层，作为Ge子电池的发射区413；以及n型InGaP，作为Ge子电池410的窗口层414。连接Ge子电池和InGaAs子电池的第一隧穿结415为n型GaAs或InGaP层和p型GaAs或Al0.3Ga0.7As或InGaP2层。
InGaAs子电池420包括高掺杂浓度的p型背电场层421；p型InGaP层，作为InGaAs子电池的基区422；n型InGaAs层，作为InGaAs子电池的发射区423；以及高掺杂浓度的n型窗口层424。连接InGaAs子电池和InGaP子电池的第二隧穿结425包括n型InGaP层和p型Al0.3Ga0.7As层。
InGaP子电池430包括：高掺杂浓度的p型背电场层431、p型InAlGaP层，作为InGaP子电池的基区432；n型InGaP层，作为InGaP子电池的发射区433；以及高掺杂浓度的的n型AlInP层，作为InGaP子电池的窗口层434。
制作三结太阳能电池400的过程与制作图2所示的实施例的三结太阳能电池200的过程基本相同，不同之处在于：如图5所示，在制作三结太阳能电池400的过程中，首先，需要提供一硬质衬底401’，如GaAs单晶衬底，利用外延设备在该硬质衬底401’上形成形核层402，接着在形核层402上外延生长牺牲层406，之后在牺牲层406上依次处延生长缓冲层403、布拉格反射层404、Ge子电池410、第一隧穿结415、InGaAs子电池420、第二隧穿结425、InGaP子电池430和欧姆接触层440等；最后，需要采用腐蚀液腐蚀牺牲层408将硬质衬底401’从缓冲层403上剥离，并在剥离硬质衬底401’后的缓冲层403上制作柔性衬底401以代替硬质衬底401’，从而使制成的三结太阳能电池400具有柔性。
具体地，制作三结太阳能电池400的过程如下：
1)进入MOCVD或MBE或其他外延生长设备，采用P型GaAs单晶衬底401’，在GaAs衬底401’上外延生长P型形核层402，接着生长AlGaAs或者AlAs牺牲层406，接着生长InGaAs，作为三结电池缓冲层403。所述形核层402的厚度在0.05-0.1μm，掺杂浓度在0.5-5×1017m-3；缓冲层403厚度不超过3微米，掺杂浓度在0.5-5×1018m-3。
2)生长P型InGaP或InGaAs作为Ge子电池410的背电场层411，再生长P型GaInP层，作为Ge子电池的基区412，然后生长n型Ge层，作为Ge子电池的发射区413，最后生长n型InGaP，作为Ge子电池的窗口层414。所述InGaP或InGaAs背电场层的厚度可以为0.1-0.3μm，掺杂浓度可以为3-8×1018m-3；所述基区厚度可以为0.1-0.2μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；Ge层发射区厚度可以为0.6-1.5μm，掺杂浓度在0.5-1×1017m-3。所述Ge在工作状态有2-10‰张应力。
3)生长连接Ge子电池410和InGaAs子电池420的第一隧穿结415：先生长n型GaAs或InGaP层；再生长p型GaAs或Al0.3Ga0.7As或InGaP2层，形成第一隧穿结415；
4)生长InGaAs子电池420：生长高掺杂浓度的p型背电场层421；再生长p型InGaP层，作为第二结InGaAs子电池的基区422；然后生长n型InGaAs层，作为第二结InGaAs子电池的发射区423；最后生长高掺杂浓度的n型窗口层424。所述背电场层421材料为InAlGaAs或AlGaInP；所述GaInP基区422厚度在0.1-0.3μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；InGaAs发射区厚度在1-3μm，掺杂浓度为1-3×1017m-3。
5)生长连接InGaAs子电池420和InGaP子电池430的第二隧穿结425：先生长n型InGaP层；再生长p型Al0.3Ga0.7As层，形成第二隧穿结425。
6)生长InGaP子电池430：生长高掺杂浓度的p型背电场层431；再生长p型InAlGaP层，作为InGaP子电池的基区432；然后生长n型InGaP层，作为InGaP子电池的发射区433；生长高掺杂浓度的的n型AlInP层，作为InGaP子电池的窗口层434。所述P型背电场层431材料为Al0.7Ga0.3As、AlGaInP，厚度为0.1-0.2μm；所述P型InGaP基区432厚度在0.08-0.15μm，掺杂浓度在0.5-1×1018m-3；n型InGaP发射区433厚度在0.4-0.6μm，掺杂浓度为1-3×1017m-3。
7)生长欧姆接触层440：生长高掺杂浓度的n型GaAs盖帽层作为欧姆接触层440。
8)上电极制作：设计制作光刻版图，上胶显影，上电极金属沉积，去胶，退火；
9)下电极制作：外延层剥离，外延层黏贴，下电极金属沉积，退火，金属镜蒸镀，柔性基板键合。
10)抗反射膜制作：进入蒸镀机沉积光学薄膜。
11)划片测试。
根据该制造方法，不但可以制造高效柔性薄膜太阳能电池，还可以用相对廉价的衬底代替相对昂贵的硬质衬底，从而降低多结太阳能电池的制造成本，提高量产能力。
虽然以上各实施例以三结太阳能电池为例来进行说明本发明的构思，但是，本领域技术人员应当理解，包含上述各实施例的三结子电池结构的任意多结太阳能电池，同样可以实现本发明的目的。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (17)

1.一种多结太阳能电池，其特征在于，从背光侧至入光侧顺序包括：
Ge子电池；
InGaAs子电池；和
InGaP子电池，
其中，所述Ge子电池中的Ge具有2～10‰的张应力。
2.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，每个子电池的基区和发射区之间形成异质结。
3.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述Ge子电池包括：
InAlGaP、InAlGaAs或SiGe背电场层；
InGaAs或InGaP基区；
Ge发射区；以及
InGaP或AlInP窗口层。
4.根据权利要求3所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述InGaAs子电池包括：
InAlGaP、InAlGaAs背电场层；
InGaP基区；
InGaAs发射区；以及
AlInP窗口层。
5.根据权利要求4所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述InGaP子电池包括：
InAlGaP、或InAlGaAs背电场层；
InAlGaP基区；
InGaP发射区；以及
AlInP窗口层。
6.根据权利要求5所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述Ge子电池、InGaAs子电池和InGaP子电池之间具有隧穿结。
7.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，还包括位于InGaP子电池上方的GaAs欧姆接触层。
8.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，还包括位于Ge子电池的背光侧的布拉格反射镜层。
9.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述布拉格反射镜层包括周期性地交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层。
10.根据权利要求9所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述交替排列的InAlGaAs层和InGaAs层的周期数为10-20。
11.根据权利要求9所述的多结太阳能电池，其特征在于，还包括：
位于布拉格反射镜层的背光侧的缓冲层以及位于缓冲层背光侧的形核层。
12.根据权利要求11所述的多结太阳能电池，其特征在于，还包括：
位于形核层的背光侧的硅衬底层、锗衬底层或砷化镓(GaAs)衬底层。
13.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，
在每一个子电池中，发射区的厚度均大于基区的厚度。
14.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，
在每一个子电池中，发射区的掺杂浓度均小于基区的掺杂浓度。
15.一种制作多结太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底；
在第一衬底上外延生长Ge子电池、InGaAs子电池和InGaP子电池，
其中，在外延生长Ge子电池时，使所述Ge子电池中的Ge具有2～10‰的张应力。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在第一衬底上外延生长Ge子电池之前，在第一衬底上外延生长牺牲层；并且，
所述方法还包括：通过腐蚀牺牲层将第一衬底剥离，在剥离第一衬底后的Ge子电池上连接第二衬底，其中，所述第一衬底为硬质衬底，所述第二衬底为柔性衬底。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一衬底为Si或GaAs单晶衬底，所述第二衬底为薄膜金属或聚酰亚胺。
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