CN116190482A - 一种柔性四结太阳电池及其制备方法与应用 - Google Patents

一种柔性四结太阳电池及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性四结太阳电池及其制备方法与应用。上述柔性四结太阳电池包括以下结构；AlxGaInyP子电池层/AlzGaAs子电池层/GakIn1‑kAsmP1‑m子电池层/InhGaAs子电池层；其中，x＝0～～0.22，y＝0.48～1，z＝0～0.12，k＝0.12～0.16，m＝0.28～0.42，h＝0.50～0.55。本发明的柔性四结太阳电池，具体涉及了多种电池组合与相应的结构，实现了太阳电池中各子电池之间的晶格匹配和光电流的匹配，使得本发明的柔性四结太阳电池的光电转换效率可以达到35.1％，功率质量比可以达到0.728KW/Kg。

Description

一种柔性四结太阳电池及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种柔性四结太阳电池及其制备方法与应用。
背景技术
III-V族化合物多结太阳电池以其优越的稳定性以及超高的光电转换性能，在航空航天领域得到广泛应用。而传统的III-V族太阳电池都是通过外延技术在InP或GaAs衬底上生长电池结构，然后通过电池工艺制备而成的。由于III-V族半导体材料质地脆而且很硬，所以制备好的电池大多数都是保留衬底部分，这样电池的重量绝大部分都集中在衬底上了，使得电池的功率质量比仅200W/kg左右。薄膜柔性太阳电池因其质量轻、质量功率比高、可弯曲、适应环境多样等特点，在航天领域、军事领域、甚至是民用市场备受关注。目前的柔性薄膜电池主要有基于多晶硅(a-Si)柔性太阳电池、铜铟镓硒(CIGS)柔性太阳电池、有机柔性太阳电池(OSC)及其它类型的柔性太阳电池，这些电池由于其制备材料的限制，效率往往比较低。基于III-V族材料的薄膜多结太阳电池具有吸收波段宽、光吸收系数高、耐高温性好、抗辐照性能优等特点，同时也具有最高的质量功率比，在诸多领域具有较高的应用潜力。所以近年来，GaAs薄膜太阳电池得到了快速发展。
目前柔性砷化镓多结电池的主流结构是倒装生长制备GaInP、GaAs和In0.3Ga0.7As子电池得到的GaInP/GaAs/In0.3Ga0.7As柔性三结太阳能电池。该电池结构带隙组合为1.9/1.42/1.0eV，然而，由于该电池结构对太阳光光谱的分配不合理，使太阳能电池受到串联结构的电流限制，无法对1240nm之外长波段的太阳光能量进行充分转换利用，限制了电池性能的提高。
因此，为实现各子电池之间的晶格匹配和光电流的匹配，增加电池结数是有效的方法。目前采用半导体直接键合技术制备多结太阳电池的技术路径是分别在GaAs衬底依次反向外延生长各结宽带隙子电池，在InP衬底依次正向外延生长各结窄带隙子电池，再通过半导体直接键合工艺将二者集成至一起，之后将GaAs衬底剥离，最后通过常规的太阳电池器件工艺，制备出多结太阳电池。
该方法的好处是突破晶格匹配的限制，避免了采用新材料或新结构，如稀氮化合物、晶格失配等技术所带来材料质量等问题；Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池半导体直接键合技术的关键工艺是晶片界面的抛光与活化。可缺点也是很明显，不同于Si片的直接键合，可以退火至上千度。在该工艺中，为获得足够高的硅-硅晶圆键合强度，往往需要施加较高的退火温度(800～1000)℃，该退火温度与硅材料的熔点1410℃较为接近。Ⅲ-Ⅴ族材料在如此高温下会分解，此外由于GaAs和InP衬底热膨胀系数的差异，过高的键合和退火温度会引起键合后的翘曲和空洞的形成，而且高温也会导致子电池间重掺杂隧穿结掺杂剂的扩散，从而影响电池性能。另外该现有方法最终制备的常常为InP基底的GaInP/GaAs/InGaAsP/In0.52Ga0.48As刚性太阳电池，电池的功率质量比依旧不高；而且大直径的InP单晶生长难度大，因此4英寸的InP衬底非常昂贵，制作太阳电池成本高。此外，现有的柔性四结太阳能电池，电池结构和电池结构带隙组合仍然不够完善，制约了电池性能。
基于此，亟需一种新型太阳电池以解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种柔性四结太阳电池。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种所述柔性四结太阳电池的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：
所述柔性四结太阳电池的应用。
为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种柔性四结太阳电池，所述柔性四结太阳电池包括以下结构；
AlxGaInyP子电池层/AlzGaAs子电池层/GakIn1-kAsmP1-m子电池层/InhGaAs子电池层；
其中，x＝0～～0.22，y＝0.48～1，z＝0～0.12，k＝0.12～0.16，m＝0.28～0.42，h＝0.50～0.55。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明的柔性四结太阳电池，具体涉及了多种组合与相应的结构，实现了太阳电池中各子电池之间的晶格匹配和光电流的匹配，使得本发明的柔性四结太阳电池的光电转换效率至少可以达到35.1％，功率质量比至少可以达到0.728KW/Kg。
根据本发明的一种实施方式，所述柔性四结太阳电池具有以下带隙组合：
1.90/1.42/1.03/0.75和2.02/1.52/1.12/0.75中的一种。所述带隙组合，实现了太阳电池中各子电池之间的晶格匹配和光电流的匹配。
根据本发明的一种实施方式，一种柔性四结太阳电池，所述带隙组合包括依次相对应的以下结构；
AlxGaInyP子电池层/AlzGaAs子电池层/GakIn1-kAsmP1-m子电池层/InhGaAs子电池层；
当带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，x＝0，y＝1，z＝0，k＝0.12～0.16，m＝0.38～0.42，h＝0.50～0.54；
当带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，x＝0.18～0.22，y＝0.48～0.52，z＝0.08～0.12，k＝0.12～0.16，m＝0.28～0.32，h＝0.51～0.55。
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，x＝0，y＝1，z＝0，k＝0.13～0.16，m＝0.39～0.42，h＝0.51～0.54.
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，x＝0，y＝1，z＝0，k＝0.14～0.16，m＝0.40～0.42，h＝0.52～0.54。
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，x＝0，y＝1，z＝0，k＝0.15～0.16，m＝0.41～0.42，h＝0.53～0.54。
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，x＝0.19～0.22，y＝0.49～0.52，z＝0.09～0.12，k＝0.13～0.16，m＝0.29～0.32，h＝0.52～0.55
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，x＝0.20～0.22，y＝0.50～0.52，z＝0.10～0.12，k＝0.14～0.16，m＝0.30～0.32，h＝0.53～0.55
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，x＝0.21～0.22，y＝0.49～0.52，z＝0.11～0.12，k＝0.13～0.16，m＝0.31～0.32，h＝0.54～0.55。
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，x＝0.21～0.22，y＝0.50～0.52，z＝0.11～0.12，k＝0.14～0.16，m＝0.31～0.32，h＝0.54～0.55。
根据本发明的一种实施方式，当带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，x＝0.21～0.22，y＝0.51～0.52，z＝0.11～0.12，k＝0.15～0.16，m＝0.31～0.32，h＝0.54～0.55。
根据本发明的一种实施方式，所述柔性四结太阳电池，具有以下依次排列的结构：
上电极；
AlxGaInyP子电池层；
AlzGaAs子电池层；
n型-AlaGaAs键合层；
GakIn1-kAsmP1-m子电池层；
InhGaAs子电池层；
下电极；
其中，a＝0～1。
根据本发明的一种实施方式，所述柔性四结太阳电池，具体以下结构：
上电极；
n型-GaAs欧姆接触层，所述n型-GaAs欧姆接触层设于所述上电极的下表面；
AlxGaInyP子电池层，所述AlxGaInyP子电池层设于所述n型-GaAs欧姆接触层的下表面；
第一隧道结，所述第一隧道结设于所述AlxGaInyP子电池层的下表面；
AlzGaAs子电池层，所述AlzGaAs子电池层设于所述第一隧道结的下表面；
第二隧道结，所述第二隧道结设于所述AlzGaAs子电池层的下表面；
n型-AlaGaAs缓冲层，所述n型-AlaGaAs缓冲层设于所述第二隧道结的下表面；
n型-AlaGaAs键合层，所述n型-AlaGaAs键合层设于所述n型-AlaGaAs缓冲层的下表面；
n型-In0.52AlAs缓冲层，所述n型-In0.52AlAs缓冲层设于所述n型-AlaGaAs键合层的下表面；
GakIn1-kAsmP1-m子电池层，所述GakIn1-kAsmP1-m子电池层设于所述n型-In0.52AlAs缓冲层的下表面；
第三隧道结，所述第三隧道结设于所述GakIn1-kAsmP1-m子电池层的下表面；
InhGaAs子电池层，所述InhGaAs子电池层设于所述第三隧道结的下表面；
p型-AlGaInAs欧姆接触层，所述p型-AlGaInAs欧姆接触层设于所述InhGaAs子电池层的下表面；
下电极，所述第一下电极设于所述p型-AlGaInAs欧姆接触层的下表面；
其中，当柔性四结太阳电池的带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，a＝0；
其中，当柔性四结太阳电池的带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，a＝1。
根据本发明的一种实施方式，所述AlxGaInyP子电池层的厚度为600～700nm。
根据本发明的一种实施方式，所述AlzGaAs子电池层的厚度为3000～3200nm。
根据本发明的一种实施方式，所述n型-AlaGaAs键合层厚度为3～10μm。
为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备所述柔性四结太阳电池的方法，包括以下步骤：
在GaAs衬底上依次生长AlxGaInyP子电池层和AlzGaAs子电池层，得到第一半导体层；
在InP衬底上依次生长InhGaAs子电池层和GakIn1-kAsmP1-m子电池层，得到第二半导体层；
在AlzGaAs子电池层与GakIn1-kAsmP1-m子电池层之间沉积n型-AlaGaAs键合层，以使得第一半导体层和第二半导体层连接；
除去GaAs衬底与InP衬底，得到第一柔性四结太阳电池；
其中，a＝0～1。
根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
1.所述GaAs衬底与所述InP衬底的晶格常数不同。所述第一半导体层的衬底为GaAs衬底，第一半导体层中各层的晶格常数都与GaAs衬底匹配(对要除去的缓冲层、阻挡层和牺牲层没有特定的要求)；所述第二半导体层的衬底为InP衬底，第二半导体层中各层的晶格常数都与InP衬底匹配(对要除去的缓冲层、阻挡层和牺牲层没有特定的要求)。本发明太阳电池中，所有子电池均在各自晶格匹配的衬底上进行外延沉积，相对于采用渐变缓冲层晶格失配生长的四结太阳电池，本发明可以提高材料晶体质量，减少位错，提高太阳电池光电转换效率。
2.本发明除去的InP衬底，经过化学机械抛光(CMP)工艺，可重复使用，节省外延成本。
一种制备所述柔性四结太阳电池的方法，包括以下步骤：
在GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、GaInP腐蚀阻挡层、n型-GaAs欧姆接触层、AlxGaInyP子电池层、第一隧道结、AlzGaAs子电池层、第二隧道结和n型-AlaGaAs缓冲层，得到第一半导体层；
在InP衬底上依次生长第一InP缓冲层、AlAs牺牲层、第二InP缓冲层、p型-AlGaInAs欧姆接触层、InhGaAs子电池层、第三隧道结、GakIn1-kAsmP1-m子电池层和n型-In0.52AlAs缓冲层，得到第二半导体层；
将第一半导体层和第二半导体层进行二次外延，在第一半导体层的n型-AlaGaAs缓冲层与第二半导体层的n型-In0.52AlAs缓冲层之间沉积n型-AlaGaAs键合层，以使得第一半导体层和第二半导体层连接；
除去GaAs衬底与InP衬底，除去GaAs缓冲层、GaInP腐蚀阻挡层，除去第一InP缓冲层、AlAs牺牲层、第二InP缓冲层，增设第一上电极与第一下电极，得到第一柔性四结太阳电池；
其中，当柔性四结太阳电池的带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，a＝0；
其中，当柔性四结太阳电池的带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，a＝1。
根据本发明的实施方式，沉积n型-AlaGaAs键合层时，n型-AlaGaAs键合层掺杂浓度为5*1017～2*1018cm-3。
根据本发明的一种实施方式，所述二次外延采用的方法为氢化物气相外延法。采用氢化物气相外延法(HVPE)进行二次外延，利用气相沉积技术代替半导体直接键合技术，直接在两个子电池之间低温常压下沉积n型-AlaGaAs键合层，可以使由于晶格失配所产生的大量缺陷与位错都限制在键合界面几个微米的薄层中；HVPE气相沉积GaAs速率最快可达300μm/h，因此该气相沉积键合方法具有高效、可低温常压气相沉积、不会损伤外延结构等优点。
而现有的四结太阳电池制备方法中，会使用半导体直接键合工艺和化学机械抛光(CMP)工艺。所述半导体直接键合工艺，一方面，直接键合技术中Ⅲ-Ⅴ族材料在高温下存在会分解的问题，另一方面，其关键工艺是晶片界面的抛光与活化，这要求键合的晶片表面必须足够的光滑和平坦，一般要求粗糙度小于1nm。一般匹配结构的外延生长，粗糙度大约在10nm左右，要使键合外延片降到要求的粗糙度，只有使用化学机械抛光工艺。对外延面使用CMP抛光以降低粗糙度的同时，还要严格控制磨削厚度，这要求CMP抛光精度要非常高，而实际上该工艺是极易破坏子电池外延结构的，进而影响电性性能。
根据本发明的一种实施方式，沉积n型-AlaGaAs键合层时，键合温度为350～500℃。现有的四结太阳电池中，有采用Si片作为衬底的，在制备过程中，为获得足够高的硅-硅晶圆键合强度，往往需要施加较高的退火温度(800～1000)℃，与硅材料的熔点1410℃较为接近。也有使用GaAs与InP材料作为衬底的，但键合强度与温度有关，在一定温度范围内，温度越高，键合强度越好。但是，温度越高，材料直接的热应力越大，严重将导致解键合、滑移、裂开、塑性形变或失配位错。这样使得整个材料在结构上和性能上均劣化，甚至无法使用。本发明优化键合温度为350～500℃，以解决上述问题。
根据本发明的一种实施方式，采用侧向外延生长法除去GaAs衬底与InP衬底。
本发明的另一个方面，还涉及所述柔性四结太阳电池在光伏发电设备中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的柔性四结太阳电池。由于该应用采用了上述柔性四结太阳电池的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为实施例1柔性四结太阳电池的结构示意图。
图2为实施例1柔性四结太阳电池的制备流程图。
图3为实施例2柔性四结太阳电池的结构示意图。
图4为实施例2柔性四结太阳电池的制备流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例，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，都属于本发明的范围。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种柔性四结太阳电池，带隙组合为1.90/1.42/1.00/0.75eV，该柔性四结太阳电池具有如图1所示的结构，具体为：
上电极；
n型-GaAs欧姆接触层，上述n型-GaAs欧姆接触层设于上述上电极的下表面；
GaInP子电池层，上述GaInP子电池层设于上述n型-GaAs欧姆接触层的下表面；
第一隧道结，上述第一隧道结设于上述GaInP子电池层的下表面；
GaAs子电池层，上述GaAs子电池层设于上述第一隧道结的下表面；
第二隧道结，上述第二隧道结设于上述GaAs子电池层的下表面；
n型-GaAs缓冲层，上述n型-GaAs缓冲层设于上述第二隧道结的下表面；
n型-GaAs键合层，上述n型-GaAs键合层设于上述n型-GaAs缓冲层的下表面；
n型-In0.52AlAs缓冲层，上述n型-In0.52AlAs缓冲层设于上述n型-GaAs键合层的下表面；
Ga0.14In0.86As0.4P0.6子电池层，上述Ga0.14In0.86As0.4P0.6子电池层设于上述n型-In0.52AlAs缓冲层的下表面；
第三隧道结，上述第三隧道结设于上述Ga0.14In0.86As0.4P0.6子电池层的下表面；
In0.52GaAs子电池层，上述In0.52GaAs子电池层设于上述第三隧道结的下表面；
p型-AlGaInAs欧姆接触层，上述p型-AlGaInAs欧姆接触层设于上述InhGaAs子电池层的下表面；
下电极，上述电极设于上述p型-AlGaInAs欧姆接触层的下表面。
制备上述柔性四结太阳电池，如图2所示，包括以下步骤：
该方法具体包括以下步骤：
1)选择一GaAs衬底，依次按照逐渐远离GaAs衬底的方向分别生长晶格匹配的GaAs缓冲层、GaInP腐蚀阻挡层、GaAs欧姆接触层、GaInP子电池、第一隧道结、GaAs子电池、第二隧道结、GaAs缓冲层。
2)上述GaAs缓冲层的厚度为400nm，GaInP腐蚀阻挡层的厚度为150nm，n型重掺杂的GaAs欧姆接触层的厚度为400nm，掺杂浓度为0.5～2*1019cm-3。
3)上述GaInP子电池包括依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置30nm的n型AlInP窗口层、50nm的n型GaInP发射区、600nm的p型GaInP基区、30nm的p型AlGaInP背场层；上述GaInP材料带隙约为1.9eV。
4)上述第一隧道结包括在依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置12nm的p型AlGaAs重掺层以及12nm的n型GaInP重掺层。
5)上述GaAs子电池包括在依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置30nm的n型AlInP窗口层、100nm的n型GaInP发射区、3000nm的p型GaAs基区、60nm的p型GaInP背场层；上述GaAs子电池带隙约为1.42eV。
6)上述第二隧道结包括在依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置12nm的p型AlGaAs重掺层以及12nm的n型GaAs重掺层。
7)上述n型GaAs缓冲层厚度设计为400nm，掺杂浓度为0.8～3*1018cm-3。
8)选择InP衬底，依次按照逐渐远离InP衬底的方向分别生长晶格匹配的InP缓冲层、晶格失配的AlAs牺牲层、晶格匹配的InP缓冲层、AlGaInAs欧姆接触层、In0.52GaAs子电池、第三隧道结、Ga0.14In0.86As0.40P0.60子电池、In0.52AlAs缓冲层。
9)上述InP缓冲层的厚度为400nm，AlAs牺牲层的厚度为10nm，InP缓冲层的厚度为400nm，p型重掺杂的AlGaInAs欧姆接触层的厚度为400nm。
10)上述In0.52GaAs子电池包括在依次按照逐渐远离InP衬底方向设置100nm的p型InP背场层、2500nm的p型In0.52GaAs基区、100nm的n型In0.52GaAs发射区、30nm的n型InP窗口层；上述In0.52GaAs子电池带隙约为0.75eV。
11)上述第三隧道结包括在依次按照逐渐远离InP衬底方向设置15nm的n型In0.52AlAs重掺层以及15nm的p型In0.52AlAs重掺层。
12)上述Ga0.14In0.86As0.40P0.60子电池包括在依次按照逐渐远离InP衬底方向设置100nm的p型InP背场层、2500nm的p型Ga0.14In0.86As0.40P0.60基区、100nm的n型Ga0.14In0.86As0.40P0.60发射区、30nm的n型InP窗口层；上述Ga0.14In0.86As0.40P0.60子电池带隙约1.03eV。
13)上述n型In0.52AlAs缓冲层厚度设计为400nm，掺杂浓度为0.8～3*1018cm-3。
14)将GaAs衬底外延片与InP衬底外延片至于HVPE(氢化物气相外延)中，外延面相向靠近，在低温常压下气相沉积3μm的n型GaAs键合层，掺杂浓度为0.8～3*1018cm-3。
15)将气相沉积键合后的外延片置于HF：H2O(1:10)的刻蚀溶液中，腐蚀掉AlAs牺牲层得到GaAs基InP缓冲层向上的外延片。
16)利用H3PO4:HCl(1:3)的选择性腐蚀液将上述GaAs基InP缓冲层向上的外延片的InP缓冲层腐蚀干净。
17)在新暴露的p型AlGaInAs欧姆接触层上电镀铜下电极；
18)利用H2SO4:H2O2:H2O(1:1:10)选择性腐蚀液将上述电镀铜外延片腐蚀去掉GaAs衬底；
19)利用H3PO4:HCl(1:3)的选择性腐蚀液将上述电镀铜外延片的GaInP腐蚀阻挡层腐蚀干净，得到新暴露n型GaAs欧姆接触层的电镀铜柔性四结太阳电池外延片。
将上述柔性四结太阳电池外延片与临时支撑衬底粘合，在n型GaAs欧姆接触层上制备减反膜及上电极，去除临时支撑衬底，获得目标柔性四结太阳电池芯片。
实施例2
柔性四结太阳电池，带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75，该柔性四结太阳电池具有如图3所示的结构，具体为：
上电极；
n型-GaAs欧姆接触层，上述n型-GaAs欧姆接触层设于上述上电极的下表面；
(Al0.2Ga)In0.5P子电池层，上述(Al0.2Ga)In0.5P子电池层设于上述n型-GaAs欧姆接触层的下表面；
第一隧道结，上述第一隧道结设于上述(Al0.2Ga)In0.5P子电池层的下表面；
Al0.10GaAs子电池层，上述Al0.10GaAs子电池层设于上述第一隧道结的下表面；
第二隧道结，上述第二隧道结设于上述Al0.10GaAs子电池层的下表面；
n型-AlGaAs缓冲层，上述n型-AlGaAs缓冲层设于上述第二隧道结的下表面；
n型-AlGaAs键合层，上述n型-AlGaAs键合层设于上述n型-AlGaAs缓冲层的下表面；
n型-In0.52AlAs缓冲层，上述n型-In0.52AlAs缓冲层设于上述n型-AlGaAs键合层的下表面；
Ga0.14In0.86As0.30P0.70子电池层，上述Ga0.14In0.86As0.30P0.70子电池层设于上述n型-In0.52AlAs缓冲层的下表面；
第三隧道结，上述第三隧道结设于上述Ga0.14In0.86As0.30P0.70子电池层的下表面；
In0.52GaAs子电池层，上述In0.52GaAs子电池层设于上述第三隧道结的下表面；
p型-AlGaInAs欧姆接触层，上述p型-AlGaInAs欧姆接触层设于上述In0.52GaAs子电池层的下表面；
下电极，上述电极设于上述p型-AlGaInAs欧姆接触层的下表面。
制备上述柔性四结太阳电池，如图4所示，包括以下步骤：
该方法具体包括以下步骤：
1)选择一GaAs衬底，依次按照逐渐远离GaAs衬底的方向分别生长晶格匹配的GaAs缓冲层、GaInP腐蚀阻挡层、GaAs欧姆接触层、(Al0.2Ga)In0.5P子电池、第一隧道结、Al0.1GaAs子电池、第二隧道结、AlGaAs缓冲层。
2)上述GaAs缓冲层的厚度为400nm，GaInP腐蚀阻挡层的厚度为150nm，n型重掺杂的GaAs欧姆接触层的厚度为400nm，掺杂浓度为0.5～2*1019cm-3。
3)上述(Al0.2Ga)In0.5P子电池包括依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置30nm的n型AlInP窗口层、50nm的n型GaInP发射区、600nm的p型GaInP基区、30nm的p型AlGaInP背场层；上述(Al0.2Ga)In0.5P材料带隙约为2.02eV，Al/(Al+Ga)比为0.17～0.23。
4)上述第一隧道结包括在依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置12nm的p型AlGaAs重掺层以及12nm的n型GaInP重掺层。
5)上述Al0.1GaAs子电池包括在依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置30nm的n型AlInP窗口层、100nm的n型GaInP发射区、3000nm的p型GaAs基区、60nm的p型GaInP背场层；上述Al0.1GaAs子电池带隙约为1.52eV，Al/(Al+Ga)比为0.07～0.13。
6)上述第二隧道结包括在依次按照逐渐远离GaAs衬底方向设置12nm的p型AlGaAs重掺层以及12nm的n型AlGaAs重掺层。
7)上述n型AlGaAs缓冲层厚度设计为400nm，掺杂浓度为0.8～3*1018cm-3。
8)选择一InP衬底，依次按照逐渐远离InP衬底的方向分别生长晶格匹配的InP缓冲层、晶格失配的AlAs牺牲层、晶格匹配的InP缓冲层、AlGaInAs欧姆接触层、In0.52GaAs子电池、第三隧道结、Ga0.14In0.86As0.30P0.70子电池、In0.52AlAs缓冲层。
9)上述InP缓冲层的厚度为400nm，AlAs牺牲层的厚度为10nm，InP缓冲层的厚度为400nm，p型重掺杂的AlGaInAs欧姆接触层的厚度为400nm。
10)上述In0.52GaAs子电池包括在依次按照逐渐远离InP衬底方向设置100nm的p型InP背场层、2500nm的p型In0.52GaAs基区、100nm的n型In0.52GaAs发射区、30nm的n型InP窗口层；上述In0.52GaAs子电池带隙约为0.75eV。
11)上述第三隧道结包括在依次按照逐渐远离InP衬底方向设置15nm的n型In0.52AlAs重掺层以及15nm的p型In0.52AlAs重掺层。
12)上述Ga0.14In0.86As0.30P0.70子电池包括在依次按照逐渐远离InP衬底方向设置100nm的p型InP背场层、2500nm的p型Ga0.14In0.86As0.30P0.70基区、100nm的n型Ga0.14In0.86As0.30P0.70发射区、30nm的n型InP窗口层；上述Ga0.14In0.86As0.30P0.70子电池带隙约1.12eV。
13)上述n型In0.52AlAs缓冲层厚度设计为400nm，掺杂浓度为0.8～3*1018cm-3。
14)将GaAs衬底外延片与InP衬底外延片至于HVPE(氢化物气相外延)中，外延面相向靠近，在低温常压下气相沉积3μm的n型AlGaAs键合层，掺杂浓度为0.8～3*1018cm-3。
15)将气相沉积键合后的外延片置于HF：H2O(1:10)的刻蚀溶液中，腐蚀掉AlAs牺牲层得到GaAs基InP缓冲层向上的外延片。
16)利用H3PO4:HCl(1:3)的选择性腐蚀液将上述GaAs基InP缓冲层向上的外延片的InP缓冲层腐蚀干净。
17)在新暴露的p型AlGaInAs欧姆接触层上电镀铜下电极；
18)利用H2SO4:H2O2:H2O(1:1:10)选择性腐蚀液将上述电镀铜外延片腐蚀去掉GaAs衬底；
19)利用H3PO4:HCl(1:3)的选择性腐蚀液将上述电镀铜外延片的GaInP腐蚀阻挡层腐蚀干净，得到新暴露n型GaAs欧姆接触层的电镀铜柔性四结太阳电池外延片。
将上述柔性四结太阳电池外延片与临时支撑衬底粘合，在n型GaAs欧姆接触层上制备减反膜及上电极，去除临时支撑衬底，获得目标柔性四结太阳电池芯片。
对比例1
对比例1为一种柔性三结太阳电池。该电池与实施例1的区别在于：该柔性三结太阳电池的带隙组合为1.90/1.42/1.0eV。
该电池的制备方法与实施例1的区别在于：对比例1的电池采用IMM方法制备。
对比例2
对比例2为一种刚性四结太阳电池。该电池与实施例1的区别在于：制备方法不同。其中，对比例2采用半导体直接键合法进行制备。
性能测试：
取实施例1-2的电池和对比例1-2的电池，参考国标GB/T 6494-2017航天用太阳电池电性能测试方法，进行以下测试，测试结果如表1。
表1
Figure BDA0004041800920000121
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述柔性四结太阳电池包括以下结构；
AlxGaInyP子电池层/AlzGaAs子电池层/GakIn1-kAsmP1-m子电池层/InhGaAs子电池层；
其中，x＝0～0.22，y＝0.48～1，z＝0～0.12，k＝0.12～0.16，m＝0.28～0.42，h＝0.50～0.55。
2.根据权利要求1所述的一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述柔性四结太阳电池具有以下带隙组合：
1.90/1.42/1.03/0.75和2.02/1.52/1.12/0.75中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述柔性四结太阳电池，具有以下依次排列的结构：
上电极；
AlxGaInyP子电池层；
AlzGaAs子电池层；
n型-AlaGaAs键合层；
GakIn1-kAsmP1-m子电池层；
InhGaAs子电池层；
下电极；
其中，a＝0～1。
4.根据权利要求3所述的一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述柔性四结太阳电池，具有以下结构：
上电极；
n型-GaAs欧姆接触层，所述n型-GaAs欧姆接触层设于所述上电极的下表面；
AlxGaInyP子电池层，所述AlxGaInyP子电池层设于所述n型-GaAs欧姆接触层的下表面；
第一隧道结，所述第一隧道结设于所述AlxGaInyP子电池层的下表面；
AlzGaAs子电池层，所述AlzGaAs子电池层设于所述第一隧道结的下表面；
第二隧道结，所述第二隧道结设于所述AlzGaAs子电池层的下表面；
n型-AlaGaAs缓冲层，所述n型-AlaGaAs缓冲层设于所述第二隧道结的下表面；
n型-AlaGaAs键合层，所述n型-AlaGaAs键合层设于所述n型-AlaGaAs缓冲层的下表面；
n型-In0.52AlAs缓冲层，所述n型-In0.52AlAs缓冲层设于所述n型-AlaGaAs键合层的下表面；
GakIn1-kAsmP1-m子电池层，所述GakIn1-kAsmP1-m子电池层设于所述n型-In0.52AlAs缓冲层的下表面；
第三隧道结，所述第三隧道结设于所述GakIn1-kAsmP1-m子电池层的下表面；
InhGaAs子电池层，所述InhGaAs子电池层设于所述第三隧道结的下表面；
p型-AlGaInAs欧姆接触层，所述p型-AlGaInAs欧姆接触层设于所述InhGaAs子电池层的下表面；
下电极，所述第一下电极设于所述p型-AlGaInAs欧姆接触层的下表面；
其中，当柔性四结太阳电池的带隙组合为1.90/1.42/1.03/0.75时，a＝0；
其中，当柔性四结太阳电池的带隙组合为2.02/1.52/1.12/0.75时，a＝1。
5.根据权利要求1所述的一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述AlxGaInyP子电池层的厚度为600～700nm。
6.根据权利要求1所述的一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述AlzGaAs子电池层的厚度为3000～3200nm。
7.根据权利要求1所述的一种柔性四结太阳电池，其特征在于：所述n型-AlaGaAs键合层厚度为3～10μm。
8.一种制备如权利要求1至7任一项所述的一种柔性四结太阳电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
在GaAs衬底上依次生长AlxGaInyP子电池层和AlzGaAs子电池层，得到第一半导体层；
在InP衬底上依次生长InhGaAs子电池层和GakIn1-kAsmP1-m子电池层，得到第二半导体层；
在AlzGaAs子电池层与GakIn1-kAsmP1-m子电池层之间沉积n型-AlaGaAs键合层，以使得第一半导体层和第二半导体层连接；
除去GaAs衬底与InP衬底，得到第一柔性四结太阳电池；
其中，a＝0～1。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：沉积n型-AlaGaAs键合层时，键合温度为350～500℃。
10.如权利要求1至7任一项所述的一种柔性四结太阳电池在光伏发电设备中的应用。
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