CN109950337A - GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种GalnP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，包括：按光入射方向依次布置的GalnP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池；其中，所述GalnP顶电池与GaAs中电池布置有第一隧穿结；所述GaAs中电池和InGaAs底电池之间依次设置有第二隧穿结和晶格渐变缓冲层(Crystal Graded Buffer，CGB)。所述GalnP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池均采用nP⁺异质结结构，相比传统采用N⁺p结构的GalnP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，可减少GalnP顶电池表面金属栅线面积，降低CGB中缺陷对InGaAs底电池pn结区材料质量的影响，有效提高电池的短路电流(J_sc)和开路电压(V_oc)，从而具有更高的转换效率。

Description

GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池

技术领域

本公开涉及太阳电池领域，尤其涉及一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池结构设计。

背景技术

以GaAs为代表的III-V族化合物半导体太阳电池可以通过外延后剥离方法制备成薄膜型电池，相比于Ge基/Si基太阳电池，具备更高的功率/质量比以及柔性可弯曲优势，在航天航空、长滞空无人机、便携式电源等应用领域具有不可替代的优势。理论上，III-V族化合物太阳电池可设计成1～n结(n＞4)的多种结构，但从效率/成本比角度出发，GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池是目前应用较多的结构之一。

GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池三个子电池的传统设计是采用n型重掺发射区位于基区上方(入光侧)，低掺p型基区作为光吸收层位于下方，这种结构设计的电池V_oc和转换效率离理论值有较大差距。对比单结电池和其它类型的三结太阳电池，为了提高GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池的性能，需要对常规的电池结构设计进行优化和改进。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提供一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，以至少部分解决上述技术问题。

本公开提供一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，包括：按光入射方向顺序布置的采用nP⁺异质结结构的GaInP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池；其中，所述GaInP顶电池与GaAs中电池布置有第一隧穿结；所述GaAs中电池和InGaAs底电池之间依次设置有第二隧穿结和晶格渐变缓冲层(Crystal Graded Buffer，CGB)，其中，所述GaInP顶电池采用nP⁺异质结结构，顶电池的表面栅线占顶电池表面面积的2％-4％；所述InGaAs底电池亦采用nP⁺异质结结构，使pn结区远离CGB层。

在进一步的实施方案中，晶格渐变缓冲层的晶格常数从GaAs中电池材料体系过渡到InGaAs底电池材料体系；所述InGaAs底电池的nP⁺异质结包括发射区和基区，按照光入射方向，发射区作为光吸收层位于基区之前，该发射区厚度在1000nm至2000nm之间。

在进一步的实施方案中，所述发射区材料中In组份为0.3的InGaAs材料，掺杂质为Si，掺杂浓度在1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间。

在进一步的实施方案中，所述InGaAs底电池的基区厚度在30nm到100nm，与发射区组成nP⁺异质结结构；所述基区材料为AlGaInAs，其中In组份为0.3，掺杂质为Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3之间。

在进一步的实施方案中，所述InGaAs底电池还包括背场，按光入射方向顺序，位于基区之后，采用AlGaInAs材料，厚度在30nm至100nm；背场AlGaInAs材料中In组份为0.3；背场AlGaInAs材料的掺杂质为Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3之间。

在进一步的实施方案中，所述GaAs中电池为nP⁺异质结结构，包括发射区和基区，按照光入射方向，发射区选择GaAs材料，作为光吸收层位于基区之前，厚度在2000nm至4000nm之间，掺杂质选用Si，掺杂浓度为1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间。

在进一步的实施方案中，所述GaAs中电池的基区材料为AlGaAs或GaInP材料；选择AlGaAs材料时，Al组份为0.1～0.2，基区厚度在30nm至100nm，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3；选择GaInP材料时，In组份为0.49厚度在30nm至100nm，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3。

在进一步的实施方案中，所述GaAs中电池背场，按光入射方向顺序，位于基区之后，背场为AlGaAs材料或AlGaInP材料；选择AlGaAs材料时，厚度在30nm至100nm；从与基区形成的界面开始背场中Al组份从0.2线性增加至0.4，选择AlGaAs材料时，背场AlGaAs的掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3；选择AlGaInP材料时，厚度在30nm至100nm。AlGaInP材料的In组份为0.48，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

在进一步的实施方案中，所述GaInP顶电池为nP⁺异质结结构，包括发射区和基区，按照光入射方向，GaInP发射区作为光吸收层位于基区之前，In组份为0.49，厚度在300nm至800nm，掺杂质选用Si，掺杂浓度为2x17cm^-3至8x17cm^-3；所述基区采用宽禁带的AlGaInP材料，厚度在30nm至100nm；基区AlGaInP材料In组份为0.48，Al组份0.15～0.25，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3。

在进一步的实施方案中，所述GaInP顶电池还包括背场，按光入射方向顺序，位于基区之后，背场选用AlGaInP材料，厚度在30nm至100nm，AlGaInP材料的In组份为0.48，掺杂质选用Zn或Mg，，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

在进一步的实施方案中，按光入射方向顺序，还包括位于GaInP顶电池上的N电极，该N电极金属栅线设计面积比GaInP顶电池为N⁺p结构减少3％～5％。

本公开提供的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳能电池具有以下优点：

本公开中，通过在InGaAs底电池材料体系中采用发射区作为光吸收层的nP⁺异质结结构，可以使pn结结区远离CGB结构，从而减小耗尽区的缺陷密度，按照半导体器件物理，减小耗尽区的缺陷密度可以降低pn结的暗电流。当pn结暗电流减小，在光照条件下可以获得更高的开路电压(V_oc)，从而充分增加电池总体转换效率；

本公开中，通过GaInP顶电池中采用nP⁺异质结结构，相比传统的N⁺p结构，具备更高的横向导电能力，从而可以采用更少的金属栅线(减小金属栅线的面积百分比，即更大的受光面积)，进一步提高电池的短路电流(J_sc)，增加电池整体转换效率；

本公开三结薄膜太阳电池的三个子电池均采用低掺发射区代替传统的p掺杂基区作为光吸收层，通过将pn结结区移到电池底部的宽禁带区域，可以有效降低SNS非辐射复合电流，提高电池的外量子效率，从而降低电池的暗电流、提高电池的开路电压；

本公开三结薄膜太阳电池的三个子电池均采用变禁带宽度及掺杂浓度梯度变化设计，可以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，同时加速光生载流子的分离，从而减小界面复合速率，增加有效载流子数量，进而提升电池性能。

综上所述，本公开中，采用nP⁺异质结结构的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池可以比传统采用N⁺p结构的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池具有更高的转换效率。

为了使本公开的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本公开作进一步说明。

附图说明

图1是本公开实施例的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池结构示意图；

图2是以本公开实施例GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池InGaAs底电池为例，传统结构与本公开的nP⁺异质结结构的对比示意图。

图3是在本公开实施例GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池中GaInP顶电池表面，传统结构与本公开的nP⁺异质结结构的栅线密度对比示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置被省略以简化附图。

在本公开中，单从器件结构上来说，nP⁺(n型掺杂和p型重掺杂)异质结结构的GaInP单结电池已有报道，但本公开将其应用于GaInP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池构成的三结薄膜太阳电池，是本公开的创新之处。

本公开目的是提供一种三个子电池均采用发射区作为光吸收层、同时背场采用变禁带宽度及变掺杂浓度的异质结结构的高效率GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池的设计方式。本公开在InGaAs底电池采用nP⁺异质结结构，可以将pn结区移至电池底部，远离CGB结构层，可以大幅降低耗尽区内的缺陷密度，减少InGaAs底电池的暗电流，增加InGaAs底电池的开路电压(V_oc)；各子电池采用nP⁺异质结结构，可以提高电池的外量子效率，降低电池的暗电流、提高电池的开路电压；变禁带宽度及掺杂浓度设计可以增强背场的钝化作用和少子的反射作用，降低界面复合速率和漏电流，增加电池的短路电流；在GaInP顶电池中，nP⁺异质结结构相比N⁺p结构具有更低的表面电流收集电阻，可以扩大电池金属栅线的距离，减小金属栅线的面积百分比，进一步提升电池的短路电流密度，增加电池整体转换效率。

为了达到上述目的，本公开实施例的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池可包含按光入射方向依次设置的接触层、GaInP顶电池、第一宽带隙隧穿结、GaAs中电池、第二宽带隙隧穿结、CGB层、InGaAs底电池以及接触层；其中，GaInP顶电池、GaAs中电池、InGaAs底电池分别包含按光入射方向依次设置的窗口层、发射区、基区以及背场。

如图1所示，本公开的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳能电池，可包含沿光入射方向依次设置的接触层1、GaInP顶电池2、隧穿结3、GaAs中电池4、隧穿结5、缓冲层6、CGB层7、InGaAs底电池8以及背接触层9；其中，GaInP顶电池2、GaAs中电池4和InGaAs底电池8分别包含沿光入射方向依次设置的窗口层、发射区、基区以及背场。

更为具体的，所述的GaInP顶电池的窗口层2-1采用Si掺杂的AlInP，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至1x10¹⁹cm^-3之间，厚度为20nm至50nm。

更为具体的，所述的GaInP顶电池发射区2-2采用Si掺杂的GaInP，In组份约0.49，掺杂浓度为2x10¹⁷cm^-3至8x10¹⁷cm^-3，厚度为300nm～800nm；GaInP顶电池基区2-3采用Zn或Mg掺杂的AlGaInP，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3之间，In组份约0.48(与GaAs晶格匹配，禁带宽度约1.9eV)，Al组份约0.10～0.25(禁带宽度约2.0eV～2.1eV)，厚度为30nm至100nm。

更为具体的，所述的GaInP顶电池背场2-4采用In组份约为0.48的AlGaInP材料，掺杂质选用Zn或Mg，通过改变材料中Al、Ga比例及掺杂质含量，从基区界面开始AlGaInP背场的禁带宽度由约2.1ev线性增加到2.2eV，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。在该设计中，发射区作为光吸收区，宽禁带的AlGaInP作为基区，与发射极组成异质结结构，通过将pn结结区移到电池底部的宽禁带区域，可以有效降低SNS非辐射复合电流，从而降低电池的暗电流、提高电池的开路电压；变禁带宽度及掺杂梯度变化的AlGaInP背场可以形成内建电势，增强背场的钝化作用和少子的反射作用，降低界面复合速率和漏电流，从而增加电池的短路电流。该设计可以有效提高GaInP顶电池的V_oc和J_sc，进而提高三结电池的整体性能。

更为具体的，所述的GaAs中电池的窗口层4-1采用Si掺杂的GaInP，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至1x10¹⁹cm^-3之间，厚度为20nm至50nm。

更为具体的，所述的GaAs中电池发射区4-2采用Si掺杂的GaAs，掺杂浓度在1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间，厚度为2000nm至4000nm；基区4-3采用AlGaAs材料，Al组份为0.10～0.20，厚度在30nm至100nm，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3之间。

更为具体的，所述的GaAs中电池的背场4-4采用AlGaAs材料，厚度在30nm至100nm。从与基区界面开始背场中Al组份从0.2线性增加到0.4，使得禁带宽度由1.7ev逐步增加到1.96eV；背场AlGaAs的掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

更为具体的，所述的GaAs中电池的基区4-3还可以采用In组份为0.49的GaInP材料，厚度在30nm至100nm，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3；对应背场4-4选择AlGaInP材料，厚度在30nm至100nm。AlGaInP材料的In组份约为0.48，掺杂质选用Zn或Mg，通过改变材料中Al、Ga比例及掺杂质含量，实现从基区界面开始AlGaInP背场的禁带宽度由约2.1ev线性增加到2.2eV，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。在该设计中，采用低掺杂的GaAs发射区作为光吸收区，可以有效提高外量子效率；宽禁带的AlGaAs作为基区，与发射极组成异质结结构，通过将pn结结区移到电池底部的宽禁带区域，可以降低SNS非辐射复合电流；变禁带宽度及掺杂梯度变化的AlGaInP可以增强背场的钝化作用和少子的反射作用，降低界面复合速率。该设计可以有效提高GaAs中电池的V_oc和J_sc，进而提高三结电池的整体性能。

更为具体的，所述的InGaAs底电池，其窗口层8-1采用Si掺杂的AlGaInAs，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3至1x10¹⁸cm^-3，厚度为20nm至50nm。

更为具体的，所述的InGaAs底电池发射区8-2采用Si掺杂的InGaAs，In组份约0.3(对应禁带宽度约1eV)，掺杂浓度在1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间，厚度为1000nm至2000nm；基区8-3采用宽禁带的AlGaInAs材料，厚度在30nm至100nm；基区AlGaInAs材料In组份约0.3，通过改变Al、Ga比例使得禁带宽度在1.2ev～1.5eV之间；掺杂质为Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3之间。

更为具体的，所述的InGaAs底电池背场8-4采用宽禁带的AlGaInAs材料，厚度在30nm至100nm。背场AlGaInAs材料中In组份为约0.3，通过改变Al、Ga比例，使背场的禁带宽度从与基区界面开始由1.5ev线性增加到1.8eV；背场AlGaInAs材料的掺杂质为Zn或Mg，通过改变掺杂质含量，使背场的掺杂浓度从与基区界面开始由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

更为具体的，GaInP顶电池上部的接触层采用Si掺杂的N型GaAs，掺杂浓度在5x10¹⁸cm^-3至1x10¹⁹cm^-3之间。

更为具体的，隧穿结1和隧穿结2均采用Si掺杂GaInP，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁹cm^-3，和C掺杂AlGaAs，掺杂浓度为5x10¹⁸cm^-3至4x10²⁰cm^-3，其中Al组份为0.4～0.9。

更为具体的，CGB上部的缓冲层采用Si掺杂的N型GaAs，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3，厚度为400nm至1000nm。GaAs缓冲层可以避免CGB层的应力层对GaAs中电池质量产生影响。

更为具体的，CGB采用组份渐变的多层Si掺杂的AlGaInAs，掺杂浓度为2x10¹⁷cm^-3至1x10¹⁸cm^-3。在CGB与隧穿结之间还设置有厚度在500nm至2000nm之间的GaAs：Si缓冲层。CGB层可以避免因晶格失配导致的InGaAs底电池质量降低；CGB与隧穿结之间的缓冲层可以避免CGB层的应力对GaAs中电池质量产生影响。

更为具体的，InGaAs底电池下部的接触层采用Zn掺杂的p型AlGaInAs，掺杂浓度为5x10¹⁸cm^-3至1x10¹⁹cm^-3。

更为具体的，本公开实施例的GaInP/GaAs/InGaAs三结电池中，GaInP顶电池、GaAs中电池和InGaAs底电池均采用nP⁺异质结结构，其中，InGaAs底电池材料晶格常数是5.77nm，GaAs中电池材料的晶格常数是5.65nm，两者存在2.12％的晶格失配。在外延生长中需要采用晶格渐变缓冲层(Crystal Graded Buffer，CGB)把晶格常数从GaAs中电池材料过渡到InGaAs底电池材料体系。CGB中包含大量晶格失配缺陷，在InGaAs底电池材料中，随着距离CGB层距离的增加，缺陷密度逐渐减小。

在InGaAs底电池的设计中，低掺InGaAs发射区作为光吸收区，宽禁带的高掺AlGaInAs作为基区，与发射区组成异质结结构，通过将pn结结区移到电池底部的宽禁带区域，从而远离CGB结构层，可以大幅降低耗尽区内的缺陷密度，减少InGaAs底电池的暗电流，提高电池的外量子效率，增加InGaAs底电池的开路电压(V_oc)；变禁带宽度及掺杂梯度变化的AlGaInAs背场可以形成内建电势，增强背场的钝化作用和少子的反射作用，降低界面复合速率和漏电流，从而增加电池的短路电流。该设计可以有效提高InGaAs底电池的V_oc和J_sc，进而提高三结电池的整体性能。

更为具体的，接触层1上方的N金属栅线面积占电池表面积比例在2％～4％之间。

本公开实施例的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳能电池，其中，表面电流收集电阻主要由GaInP顶电池的发射区决定，其大小可以用公式表征，其中，ρ表示GaInP发射区的电阻率，D表示栅线间距，h表示GaInP发射区厚度，l表示栅线长度。GaInP发射区的电阻率ρ可用公式计算，其中，n表示GaInP发射区掺杂浓度，q表示电荷量常数，μ是GaInP发射区的电子迁移率。在本公开中，取GaInP发射区厚度为500nm，掺杂浓度为2x10¹⁷cm^-3，根据文献电子迁移率约800cm²/v·s，取传统N⁺/P结构发射区厚度为50nm，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，根据文献电子迁移率约400cm²/v·s，因此，在栅线及表面电流收集电阻不变条件下，栅线宽度D可以增加约100％，即栅线数量可以减少约一半。在实际中，金属栅线数量减少会导致金属栅线引入的串阻增加，综合考虑，在本公开中，不同参数条件下N金属栅线面积占电池表面积比例控制在2％～4％之间，相对传统P⁺/N结构6％～8％的N金属栅线面积占比有明显优势。

本公开实施例的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳能电池可以通过MBE或MOCVD外延生长技术制备。

下面结合实施例对本公开做更进一步描述。

实施例1：

使用N型GaAs衬底作为衬底，在其上外延生长AlAs剥离牺牲层，然后依次外延生长1～9各层。其中：

GaInP顶电池窗口层采用Si掺杂AlInP，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3，厚度为30nm；发射区采用Si掺杂的GaInP，掺杂浓度为5x10¹⁷cm^-3，厚度为500nm；基区采用Zn掺杂的Al_0.15GaInP，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为50nm；背场采用Zn掺杂的AlGaInP，厚度为50nm，从基区界面开始材料中Al组份由0.15线性增加到0.25，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

GaAs中电池窗口层采用Si掺杂GaInP，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为30nm；发射区采用Si掺杂的GaAs，掺杂浓度为2x10¹⁷cm^-3，厚度为3500nm；基区采用Zn掺杂的Al_0.2GaAs，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为100nm。背场采用Zn掺杂的AlGaAs，厚度为100nm，从基区界面开始材料中Al组份由0.20线性增加到0.40，掺杂浓度由8x10¹⁷cm^-3指数增加至2x10¹⁸cm^-3。

InGaAs底电池窗口层采用Si掺杂AlGaInAs，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为30nm；发射区采用Si掺杂的InGaAs，掺杂浓度为1x10¹⁷cm^-3，厚度为1500nm；基区采用Zn掺杂的与发射区晶格匹配的Al_0.2GaInAs，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为100nm。背场采用Zn掺杂的AlGaIn_0.3As，厚度为100nm，从基区界面开始材料中Al组份由0.20线性增加到0.35，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

使用选择性腐蚀技术除去AlAs剥离牺牲层，得到所需GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳能电池结构。

该例中，GaInP上方的N栅线面积占总电池表面积设计比例为4％。

实施例2：

使用N型GaAs衬底作为衬底，在其上外延生长AlAs剥离牺牲层，然后依次外延生长1～9各层。其中：

GaInP顶电池窗口层采用Si掺杂AlInP，掺杂浓度为1x10¹⁸cm^-3，厚度为30nm；发射区采用Si掺杂的GaInP，掺杂浓度为2x10¹⁷cm^-3，厚度为700nm；基区采用Zn掺杂的Al_0.25GaInP，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为50nm；背场采用Zn掺杂的AlGaInP，厚度为50nm，从基区界面开始材料中Al组份由0.25线性增加到0.5，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至3x10¹⁸cm^-3。

GaAs中电池窗口层采用Si掺杂GaInP，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为30nm；发射区采用Si掺杂的GaAs，掺杂浓度为5x10¹⁷cm^-3，厚度为3000nm；基区采用Zn掺杂的GaInP，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为50nm。背场采用Zn掺杂的AlGaInP，厚度为50nm，从基区界面开始材料中Al组份由0.1线性增加到0.2，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至3x10¹⁸cm^-3。

InGaAs底电池窗口层采用Si掺杂AlGaInAs，掺杂浓度为2x10¹⁹cm^-3，厚度为30nm；发射区采用Si掺杂的InGaAs，掺杂浓度为5x10¹⁷cm^-3，厚度为1200nm；基区采用Zn掺杂的与发射区晶格匹配的Al_0.3GaInAs，掺杂浓度为2x10¹⁸cm^-3，厚度为50nm。背场采用Zn掺杂的AlGaIn_0.3As，厚度为100nm，从基区界面开始材料中Al组份由0.30线性增加到0.35，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至3x10¹⁸cm^-3。

使用选择性腐蚀技术除去AlAs剥离牺牲层，得到所需GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳能电池结构。

该例中，GaInP上方的N栅线面积占总电池表面积设计比例为3％。图3是在本公开实施例GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池中GaInP顶电池表面，传统结构与本公开的nP⁺异质结结构的栅线密度对比示意图。该栅线密度降低后，可降低CGB中缺陷对InGaAs底电池pn结区材料质量的影响，有效提高电池的短路电流(J_sc)和开路电压(V_oc)。

上述实施例仅示例性的说明了本公开的原理及构造，而非用于限制本公开，本领域的技术人员应明白，在不偏离本公开的总体构思的情况下，对本公开所作的任何改变和改进都在本公开的范围内。本公开的保护范围，应如本申请的权利要求书所界定的范围为准。应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本公开的范围

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，包括：

按光入射方向依次布置的GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、晶格渐变缓冲层(CGB)和InGaAs底电池；

其中，所述GaInP顶电池采用nP⁺异质结结构，顶电池的表面栅线占顶电池表面面积的2％-4％；所述InGaAs底电池亦采用nP⁺异质结结构，使pn结区远离CGB层。

2.根据权利要求1所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述GaInP顶电池包括发射区和基区，按照光入射方向，GaInP发射区作为光吸收层位于基区之前，In组份为0.49，厚度在300nm至800nm，掺杂质选用Si，掺杂浓度为2x17cm^-3至8x17cm^-3；所述基区采用AlGaInP材料，厚度在30nm至100nm；基区AlGaInP材料In组份为0.48，Al组份0.15～0.25，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3。

3.根据权利要求2所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述GaInP顶电池还包括背场，按光入射方向顺序，位于基区之后。背场选用AlGaInP材料，厚度在30nm至100nm，AlGaInP材料的In组份为0.48，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。

4.根据权利要求1所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述InGaAs底电池采用发射区作为光吸收层，按照光入射方向，发射区位于基区之前，该发射区厚度在1000nm至2000nm之间。

5.根据权利要求4所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述发射区材料中In组份为0.3的InGaAs材料，掺杂质为Si，掺杂浓度在1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间。

6.根据权利要求4所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述InGaAs底电池的基区厚度在30nm到100nm，与发射区组成nP⁺异质结结构；所述基区材料为AlGaInAs，其中In组份为0.3，掺杂质为Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至3x10¹⁸cm^-3之间。

7.根据权利要求4所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述InGaAs底电池还包括背场，按光入射方向顺序，位于基区之后，采用AlGaInAs材料，厚度在30nm至100nm；背场AlGaInAs材料中In组份为0.3；背场AlGaInAs材料的掺杂质为Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3之间。

8.根据权利要求1所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述GaAs中电池也为nP⁺异质结结构，包括发射区和基区，按照光入射方向，发射区选择GaAs材料，作为光吸收层位于基区之前，厚度在2000nm至4000nm之间，掺杂质选用Si，掺杂浓度为1x10¹⁷cm^-3至5x10¹⁷cm^-3之间。

9.根据权利要求8所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述GaAs中电池的基区材料为AlGaAs或GaInP材料；

选择AlGaAs材料时，Al组份为0.1～0.2，基区厚度在30nm至100nm，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cmw³；

选择GaInP材料时，In组份为0.49厚度在30nm至100nm，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度在1x10¹⁸cm^-3至5x10¹⁸cm^-3。

10.根据权利要求8所述的GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜太阳电池，其中，所述GaAs中电池背场，按光入射方向顺序，位于基区之后，背场为AlGaAs材料或AlGaInP材料；

选择AlGaAs材料时，厚度在30nm至100nm；从与基区形成的界面开始背场中Al组份从0.2线性增加至0.4，选择AlGaAs材料时，背场AlGaAs的掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3；

选择AlGaInP材料时，厚度在30nm至100nm。AlGaInP材料的In组份为0.48，掺杂质选用Zn或Mg，掺杂浓度由1x10¹⁸cm^-3指数增加至5x10¹⁸cm^-3。