CN117976742A - 一种多结太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多结太阳能电池及其制作方法，其至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结之间还设有间隔层。基于上述结构，通过在除所述基区和发射区以外的至少一区域型层掺杂，可提高该区域的带隙、有效发挥光生载流子的反射作用、提高载流子的收集效率。同时，通过间隔层可有效阻挡所述掺杂剂扩散至隧穿结，从而避免所述掺杂剂对所述隧穿结的掺杂影响。

Description

一种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技术领域，尤其涉及一种多结太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能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能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。
在太阳能电池领域，如何实现对太阳全光谱的充分吸收和提高光生载流子的产生效率,一直是提高太阳能电池效率的核心关键问题。目前的太阳能电池结构设计大多选用技术较为成熟的Ga I nP/I nGaAs/Ge晶格匹配型三结电池，该材料体系在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32-33％。Ga I nP/I nGaAs/Ge晶格匹配结构的三结电池中，顶电池的背场层一般选用Zn掺杂的Al Ga I nP，其具有较小的入射能量损失，同时可以有效地发挥光生载流子的反射作用，提高载流子收集效率。
然而，对于A l Ga I nP材料，Al组分越高，Zn的掺杂效率越低；低掺杂会导致较高电阻率，特别对于聚光应用，高电阻率的背场层会导致较大的转换效率损失。其次，由于顶电池的Al Ga I nP背场层下方是由厚度较薄的P型层和N型层重掺所构成的隧穿结，且AlGa I nP背场层中的Zn掺杂剂扩散系数大，因此，掺杂剂Zn容易扩散到隧穿结N型层进而影响隧穿结的N型掺杂。最后，由于太阳电池的芯片制程需要进行湿法刻蚀，且砷化物和磷化物采用不同的化学溶液来进行湿法刻蚀，然而隧穿结的厚度较薄，难以抵抗磷化物刻蚀剂，影响刻蚀效果。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种多结太阳能电池及其制作方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多结太阳能电池及其制作方法，有效解决了现有技术存在的技术问题，提高了多结太阳能电池的性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多结太阳能电池，包括：
多结子电池以及位于相邻两结子电池之间的隧穿结；所述隧穿结包括沿第一方向依次层叠的N型层和P型层；
其中，至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结之间还设有间隔层；其中，所述第一方向垂直于底电池并由所述底电池指向所述顶电池。
优选地，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池、中间电池和顶电池。
优选地，所述顶电池具有所述掺杂剂。优选地，所述掺杂剂设置于所述顶电池的背场层内，且所述间隔层的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。
优选地，在与所述底电池相邻的隧穿结表面还设有DBR反射层。
优选地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池和Ga I nP顶电池；
或，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池、A l I nGaAs中间电池和Ga I nP顶电池。
优选地，在所述Ga I nP顶电池中，所述背场层包括A l Ga I nP背场层，所述基区包括P型Al Ga I nP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括Al I nP窗口层或A l Ga I nP窗口层。
优选地，所述掺杂剂包括Zn。
优选地，所述间隔层包括Al yGaAs间隔层，与其相邻的P型层包括P型A l xGaAs层，且y≥x。
优选地，所述Al yGaAs间隔层具有C掺杂。
优选地，所述AlyGaAs间隔层的厚度为：20-100nm，包括端点值；所述
A l yGaAs间隔层的C掺杂浓度取值范围为1E18～1E20，包括端点值。
优选地，所述N型层包括Ga I nP层。
本发明还提供了一种多结太阳能电池的制作方法，用于制作形成上述任意一项所述的多结太阳能电池，所述多结太阳能电池制作方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成多结子电池，相邻两结子电池之间形成有隧穿结；所述隧穿结包括沿生长方向依次层叠的N型层和P型层；
其中，至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结之间还设有间隔层；其中，所述第一方向垂直于底电池并由所述底电池指向所述顶电池。
优选地，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池、中间电池和顶电池；
其中，所述顶电池具有所述掺杂剂；
所述掺杂剂设置于所述顶电池的背场层内，且所述间隔层的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。
优选地，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池和Ga I nP顶电池；
或，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池、A l I nGaAs中间电池和Ga I nP顶电池。
优选地，在所述Ga I nP顶电池中，所述背场层包括A l Ga I nP背场层，所述基区包括P型Al Ga I nP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括Al I nP窗口层或A l Ga I nP窗口层；
所述间隔层包括AlyGaAs间隔层，与其相邻的P型层包括P型Al xGaAs层，且y≥x。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的多结太阳能电池，其至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结之间还设有间隔层。基于上述结构，通过在除所述基区和发射区以外的至少一区域型层掺杂，可提高该区域的带隙、有效发挥光生载流子的反射作用、提高载流子的收集效率。同时，通过间隔层可有效阻挡所述掺杂剂扩散至隧穿结，从而避免所述掺杂剂对所述隧穿结的掺杂影响。
进一步地，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池、中间电池和顶电池；所述顶电池具有所述掺杂剂；所述掺杂剂设置于所述顶电池的背场层内，且所述间隔层的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。基于此，在实现上述有益效果的同时，通过间隔层增加势垒改善了隧穿结效果，提高隧穿电流，也可以优化所述顶电池的少子反射效果，提高载流子收集效率。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，在实现上述太阳能电池的有益效果的同时，在外延端通过所述间隔层(具体地可为AlyGaAs间隔层)增加了砷化物厚度，可很好地改善后续的太阳电池芯片制程中对砷化物和磷化物采用不同化学溶液进行湿法刻蚀时，因隧穿结厚度较薄难以抵抗磷化物刻蚀剂所引起的刻蚀效果；其工艺制作简单便捷，便于生产化。
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为本发明实施例所提供的一种多结太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的另一种多结太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的又一种多结太阳能电池的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的又一种多结太阳能电池的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的又一种多结太阳能电池的结构示意图；
图中符号说明：11、底电池，12、18：中间电池，13、顶电池，14、隧穿结，15、DBR反射层，16、间隔层，17、欧姆接触层。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。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。
如图1所示，一种多结太阳能电池，包括：
多结子电池以及位于相邻两结子电池之间的隧穿结14；所述隧穿结14包括沿第一方向依次层叠的N型层和P型层；
其中，至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结14之间还设有间隔层16；其中，所述第一方向垂直于底电池11并由所述底电池11指向所述顶电池13。
基于上述内容，在本申请的一个实施方案中，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池11、中间电池12和顶电池13。
需要说明的是，本实施方案中不限定多结太阳能电池的具体结数，所述多结太阳能电池可以是如实施例1所示的三结太阳能电池(届时所述中间电池12只有一个)，也可以是如实施例2所示的四结太阳能电池(届时所述中间电池12有两个)，具体视情况而定。
基于上述内容，在本申请的一个实施方案中，所述顶电池13具有所述掺杂剂。
基于上述内容，在本申请的一个实施方案中，所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，且所述间隔层16的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。
基于上述内容，在本申请的一个实施方案中，如图2所示，为了获得相对较高的电流密度，可以在与所述底电池11相邻的隧穿结14表面设置DBR反射层15，将更多的太阳光反射到中间电池12中。
基于上述内容，在本申请的一个实施方案中，如图3所示，在所述顶电池13背离所述中间电池12的一侧表面还设有欧姆接触层17。其中，其作为与电极形成欧姆接触的结构层，进一步提高了多结太阳能电池的性能。
基于同一发明构思，本发明实施方案还提供了一种多结太阳能电池的制作方法，用于制作形成上述任意一项所述的多结太阳能电池，所述多结太阳能电池制作方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成多结子电池，相邻两结子电池之间形成有隧穿结14；所述隧穿结14包括沿生长方向依次层叠的N型层和P型层；
其中，至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结14之间还设有间隔层16；其中，所述第一方向垂直于底电池11并由所述底电池11指向所述顶电池13。
基于上述内容，在本申请的一个实施方案中，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池11、中间电池12和顶电池13；
其中，所述顶电池13具有所述掺杂剂；
所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，且所述间隔层16的势垒高度不小于所述P型层的势垒高度。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的多结太阳能电池，其至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结14之间还设有间隔层16。基于上述结构，通过在除所述基区和发射区以外的至少一区域型层掺杂，可提高该区域的带隙、有效发挥光生载流子的反射作用、提高载流子的收集效率。同时，通过间隔层16可有效阻挡所述掺杂剂扩散至隧穿结14，从而避免所述掺杂剂对所述隧穿结14的掺杂影响。
进一步地，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池11、中间电池12和顶电池13；所述顶电池13具有所述掺杂剂；所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，且所述间隔层16的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。基于此，在实现上述有益效果的同时，通过间隔层16增加势垒改善了隧穿结14效果，提高隧穿电流，也可以优化所述顶电池13的少子反射效果，提高载流子收集效率。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，在实现上述太阳能电池的有益效果的同时，在外延端通过所述间隔层16(具体地可为AlyGaAs间隔层16)增加了砷化物厚度，可很好地改善后续的太阳电池芯片制程中对砷化物和磷化物采用不同化学溶液进行湿法刻蚀时，因隧穿结14厚度较薄难以抵抗磷化物刻蚀剂所引起的刻蚀效果；其工艺制作简单便捷，便于生产化。
实施例1
如图4所示，一种多结太阳能电池，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池(届时所述中间电池12只有一个)，具体地，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池11、InGaAs中间电池12和Ga I nP顶电池13。
本实施例中，所述多结太阳能电池包括依次层叠设置的Ge底电池11、第一隧穿结14、I nGaAs中间电池12、第二隧穿结14、间隔层16和GaI nP顶电池13，具体设置如下：
所述Ge底电池11通过在P型Ge衬底上进行磷扩散获得N型发射区，从而形成了Ge底电池11的PN结，并通过在P型Ge衬底上生长和衬底晶格匹配的(Al)GaI nP成核层，以作为Ge底电池11的窗口层。
在所述第一隧穿结14中，通过N型GaAs或N型GaI nP作为第一隧穿结14的N型层，P型(Al)GaAs材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
所述I nGaAs中间电池12包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述I nGaAs中间电池12中，所述背场层包括Ga I nP或Al GaAs背场层，所述基区包括P型I nGaAs基区，所述发射区包括N型I nGaAs发射区，所述窗口层包括Al GaI nP或Al I nP窗口层；其中,N型和P型掺杂分别采用Si、C进行掺杂而获得。
在所述第二隧穿结14中，通过N型GaAs或N型GaI nP作为第一隧穿结14的N型层，P型AlxGaAs层材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用Si、C进行掺杂而获得。
所述间隔层16包括AlyGaAs间隔层16，且所述间隔层16的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。具体地，所述间隔层16(AlyGaAs间隔层16)的铝组分大于所述第二隧穿结14的P型层(P型AlxGaAs层)，也即y≥x。
具体地，所述GaI nP顶电池13包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述Ga I nP顶电池13中，所述背场层包括A l Ga I nP背场层，所述基区包括P型Al Ga I nP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括A l I nP窗口层或Al Ga I nP窗口层。本发明实施例中，所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，所述背场层的掺杂剂包括Zn。
需要说明的是，本实施例中所指的除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂，优选在所述背场层具有所述掺杂剂。但本实施例对此不做限制。
本发明实施例中，所述Al yGaAs间隔层16具有C掺杂。
本发明实施例中，所述AlyGaAs间隔层16的厚度为：20-100nm，包括端点值；所述AlyGaAs间隔层16的C掺杂浓度取值范围为1E18～1E20，包括端点值。
本发明实施例中，为了获得相对较高的电流密度，可以在与所述底电池11相邻的隧穿结14表面设置DBR反射层15，将更多的太阳光反射到中间电池12中。
本发明实施例中，在所述顶电池13背离所述中间电池12的一侧表面还设有欧姆接触层17。其中，其作为与电极形成欧姆接触的结构层，进一步提高了多结太阳能电池的性能。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种多结太阳能电池的制作方法，用于制作形成上述任意一项所述的多结太阳能电池，所述多结太阳能电池制作方法包括：
步骤S01、提供一衬底,所述衬底包括P型Ge衬底；
步骤S02、在P型Ge衬底上进行磷扩散获得N型发射区，从而形成了Ge底电池11的PN结，并通过在P型Ge衬底上生长和衬底晶格匹配的(Al)Ga I nP成核层，以作为Ge底电池11的窗口层；最终得以形成Ge底电池11。
步骤S03、制作第一隧穿结14；
具体地，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第一隧穿结14的N型层，P型(A l)GaAs材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤S04、制作DBR反射层15；
具体地，本发明实施例提供的DBR反射层15可以包括交替生长的第一材料层和第二材料层。可选的，本发明实施例提供的第一材料层可以为Al GaAs层，第二材料层可以为Al GaAs层，且两材料层的铝组分不同；其中，第一材料层和第二材料层的交替生长n个周期，3≤n≤30；以及，第一材料层和第二材料层中每一材料层的光学厚度为DBR中心反射波长的1/4。
步骤S05、制作I nGaAs中间电池12；
具体地，所述I nGaAs中间电池12包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述I nGaAs中间电池12中，所述背场层包括Ga I nP或AlGaAs背场层，所述基区包括P型I nGaAs基区，所述发射区包括N型I nGaAs发射区，所述窗口层包括Al Ga I nP或Al I nP窗口层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤S06、制作第二隧穿结14；
具体地，在所述第二隧穿结14中，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第一隧穿结14的N型层，P型Al xGaAs层材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤S07、制作间隔层16；
所述间隔层16包括Al yGaAs间隔层16；且所述间隔层16的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。具体地，所述间隔层16(AlyGaAs间隔层16)的铝组分大于所述第二隧穿结14的P型层(P型Al xGaAs层)，也即y≥x。
基于上述内容，在本申请的一个实施例中，所述Al yGaAs间隔层16具有C掺杂。
基于上述内容，在本申请的一个实施例中，所述Al yGaAs间隔层16的厚度为：20-100nm，包括端点值；所述Al yGaAs间隔层16的C掺杂浓度取值范围为1E18～1E20，包括端点值。
步骤S08、制作Ga I nP顶电池13；
具体地，所述Ga I nP顶电池13包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述Ga I nP顶电池13中，所述背场层包括A l Ga I nP背场层，所述基区包括P型Al Ga I nP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括Al I nP窗口层或Al GaI nP窗口层。
本发明实施例中，所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内。具体地，在本申请的一个实施例中，所述背场层的掺杂剂包括Zn。
需要说明的是，本实施例中所指的除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂，优选在所述背场层具有所述掺杂剂。但本实施例对此不做限制。
步骤S09、制作欧姆接触层17；
具体地，生长GaAs或I nGaAs层作为可与N电极形成欧姆接触的欧姆接触层17。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的多结太阳能电池，其至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结14之间还设有间隔层16。基于上述结构，通过在除所述基区和发射区以外的至少一区域型层掺杂，可提高该区域的带隙、有效发挥光生载流子的反射作用、提高载流子的收集效率。同时，通过间隔层16可有效阻挡所述掺杂剂扩散至隧穿结14，从而避免所述掺杂剂对所述隧穿结14的掺杂影响。
进一步地，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池11、中间电池12和顶电池13；所述顶电池13具有所述掺杂剂；所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，且所述间隔层16的势垒高度不小于所述P型层的势垒高度。基于此，在实现上述有益效果的同时，通过间隔层16增加势垒改善了隧穿结14效果，提高隧穿电流，也可以优化所述顶电池13的少子反射效果，提高载流子收集效率。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，在实现上述太阳能电池的有益效果的同时，在外延端通过所述间隔层16(具体地可为AlyGaAs间隔层16)增加了砷化物厚度，可很好地改善后续的太阳电池芯片制程中对砷化物和磷化物采用不同化学溶液进行湿法刻蚀时，因隧穿结14厚度较薄难以抵抗磷化物刻蚀剂所引起的刻蚀效果；其工艺制作简单便捷，便于生产化。
实施例2
如图5所示，一种多结太阳能电池，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池(届时所述中间电池12有两个)，具体地，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池11、InGaAs中间电池12、Al I nGaAs中间电池18和Ga I nP顶电池13。
本实施例中，所述多结太阳能电池包括依次层叠设置的Ge底电池11、第一隧穿结14、I nGaAs中间电池12、第二隧穿结14、Al I nGaAs中间电池18、第三隧穿结14、间隔层16和Ga I nP顶电池13，具体设置如下：
所述Ge底电池11通过在P型Ge衬底上进行磷扩散获得N型发射区，从而形成了Ge底电池11的PN结，并通过在P型Ge衬底上生长和衬底晶格匹配的(Al)Ga I nP成核层，以作为Ge底电池11的窗口层。
在所述第一隧穿结14中，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第一隧穿结14的N型层，P型(Al)GaAs材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
所述I nGaAs中间电池12包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述I nGaAs中间电池12中，所述背场层包括Ga I nP或A l GaAs背场层，所述基区包括P型I nGaAs基区，所述发射区包括N型I nGaAs发射区，所述窗口层包括A l Ga I nP或A l I nP窗口层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
在所述第二隧穿结14中，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第二隧穿结14的N型层，P型(Al)GaAs材料作为第二隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
所述A l I nGaAs中间电池18包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述Al I nGaAs中间电池18中，所述背场层包括Ga I nP或AlGaAs背场层，所述基区包括P型A l I nGaAs基区，所述发射区包括N型Al I nGaAs发射区，所述窗口层包括Al Ga I nP或Al I nP窗口层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
在所述第三隧穿结14中，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第一隧穿结14的N型层，P型Al xGaAs层材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
所述间隔层16包括Al yGaAs间隔层16，且所述间隔层16的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。具体地，所述间隔层16(AlyGaAs间隔层16)的铝组分大于所述第二隧穿结14的P型层(P型Al xGaAs层)，也即y≥x。
所述Ga I nP顶电池13包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述Ga I nP顶电池13中，所述背场层包括A l Ga I nP背场层，所述基区包括P型Al Ga I nP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括Al I nP窗口层或Al Ga I nP窗口层。本发明实施例中，所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，所述背场层的掺杂剂包括Zn。
需要说明的是，本实施例中所指的除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂，优选在所述背场层具有所述掺杂剂。但本实施例对此不做限制。
本发明实施例中，所述Al yGaAs间隔层16具有C掺杂。
本发明实施例中，所述AlyGaAs间隔层16的厚度为：20-100nm，包括端点值；所述AlyGaAs间隔层16的C掺杂浓度取值范围为1E18～1E20，包括端点值。
本发明实施例中，为了获得相对较高的电流密度，可以在与所述底电池11相邻的隧穿结14表面设置DBR反射层15，将更多的太阳光反射到中间电池12中。
本发明实施例中，在所述顶电池13背离所述中间电池12的一侧表面还设有欧姆接触层17。其中，其作为与电极形成欧姆接触的结构层，进一步提高了多结太阳能电池的性能。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种多结太阳能电池的制作方法，用于制作形成上述任意一项所述的多结太阳能电池，所述多结太阳能电池制作方法包括：
步骤A01、提供一衬底,所述衬底包括P型Ge衬底；
步骤A02、在P型Ge衬底上进行磷扩散获得N型发射区，从而形成了Ge底电池11的PN结，并通过在P型Ge衬底上生长和衬底晶格匹配的(Al)Ga I nP成核层，以作为Ge底电池11的窗口层；最终得以形成Ge底电池11。
步骤A03、制作第一隧穿结14；
具体地，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第一隧穿结14的N型层，P型(A l)GaAs材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤A04、制作DBR反射层15；
具体地，本发明实施例提供的DBR反射层15可以包括交替生长的第一材料层和第二材料层。可选的，本发明实施例提供的第一材料层可以为Al GaAs层，第二材料层可以为Al GaAs层，且两材料层的铝组分不同；其中，第一材料层和第二材料层的交替生长n个周期，3≤n≤30；以及，第一材料层和第二材料层中每一材料层的光学厚度为DBR中心反射波长的1/4。
步骤A05、制作I nGaAs中间电池12；
具体地，所述I nGaAs中间电池12包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述I nGaAs中间电池12中，所述背场层包括Ga I nP或AlGaAs背场层，所述基区包括P型I nGaAs基区，所述发射区包括N型I nGaAs发射区，所述窗口层包括Al Ga I nP或Al I nP窗口层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤A06、制作第二隧穿结14；
在所述第二隧穿结14中，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第二隧穿结14的N型层，P型(Al)GaAs材料作为第二隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤A07、制作Al I nGaAs中间电池18；
具体地，所述Al I nGaAs中间电池18包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述A l I nGaAs中间电池18中，所述背场层包括Ga InP或Al GaAs背场层，所述基区包括P型Al I nGaAs基区，所述发射区包括N型Al I nGaAs发射区，所述窗口层包括Al Ga I nP或A l I nP窗口层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤A08、制作第二隧穿结14；
具体地，在所述第二隧穿结14中，通过N型GaAs或N型Ga I nP作为第一隧穿结14的N型层，P型Al xGaAs层材料作为第一隧穿结14的P型层；其中,N型和P型掺杂分别采用S i、C进行掺杂而获得。
步骤A09、制作间隔层16；
所述间隔层16包括Al yGaAs间隔层16；且所述间隔层16的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。具体地，所述间隔层16(AlyGaAs间隔层16)的铝组分大于所述第二隧穿结14的P型层(P型Al xGaAs层)，也即y≥x。
基于上述内容，在本申请的一个实施例中，所述Al yGaAs间隔层16具有C掺杂。
基于上述内容，在本申请的一个实施例中，所述Al yGaAs间隔层16的厚度为：20-100nm，包括端点值；所述Al yGaAs间隔层16的C掺杂浓度取值范围为1E18～1E20，包括端点值。
步骤A10、制作Ga I nP顶电池13；
具体地，所述Ga I nP顶电池13包括沿所述第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；进一步地，在所述Ga I nP顶电池13中，所述背场层包括A l Ga I nP背场层，所述基区包括P型Al Ga I nP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括A l I nP窗口层或A l Ga I nP窗口层。
本发明实施例中，所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内。具体地，在本申请的一个实施例中，所述背场层的掺杂剂包括Zn。
需要说明的是，本实施例中所指的除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂，优选在所述背场层具有所述掺杂剂。但本实施例对此不做限制。
步骤A11、制作欧姆接触层17；
具体地，生长GaAs或I nGaAs层作为可与N电极形成欧姆接触的欧姆接触层17。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的多结太阳能电池，其至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结14之间还设有间隔层16。基于上述结构，通过在除所述基区和发射区以外的至少一区域型层掺杂，可提高该区域的带隙、有效发挥光生载流子的反射作用、提高载流子的收集效率。同时，通过间隔层16可有效阻挡所述掺杂剂扩散至隧穿结14，从而避免所述掺杂剂对所述隧穿结14的掺杂影响。
进一步地，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池11、中间电池(12、18)和顶电池13；所述顶电池13具有所述掺杂剂；所述掺杂剂设置于所述顶电池13的背场层内，且所述间隔层16的势垒高度不小于所述P型层的势垒高度。基于此，在实现上述有益效果的同时，通过间隔层16增加势垒改善了隧穿结14效果，提高隧穿电流，也可以优化所述顶电池13的少子反射效果，提高载流子收集效率。
本发明还提供了一种太阳能电池的制作方法，在实现上述太阳能电池的有益效果的同时，在外延端通过所述间隔层16(具体地可为Al yGaAs间隔层16)增加了砷化物厚度，可很好地改善后续的太阳电池芯片制程中对砷化物和磷化物采用不同化学溶液进行湿法刻蚀时，因隧穿结14厚度较薄难以抵抗磷化物刻蚀剂所引起的刻蚀效果；其工艺制作简单便捷，便于生产化。
本说明书中各个实施例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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (14)

1.一种多结太阳能电池，其特征在于，包括：
多结子电池以及位于相邻两结子电池之间的隧穿结；所述隧穿结包括沿第一方向依次层叠的N型层和P型层；
其中，至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且在该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结之间还设有间隔层；其中，所述第一方向垂直于底电池并由所述底电池指向所述顶电池。
2.根据权利要求1所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池、中间电池和顶电池。
3.根据权利要求2所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述顶电池具有所述掺杂剂。
4.根据权利要求3所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述掺杂剂设置于所述顶电池的背场层内，且所述间隔层的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。
5.根据权利要求1至4任一项所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池和Ga I nP顶电池；
或，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池、AlInGaAs中间电池和Ga I nP顶电池。
6.根据权利要求5所述的多结太阳能电池，其特征在于，在所述Ga I nP顶电池中，所述背场层包括AlGaInP背场层，所述基区包括P型AlGaInP基区或P型GaInP基区，所述发射区包括N型AlGa I nP发射区或N型Ga I nP发射区，所述窗口层包括AlInP窗口层或AlGaI nP窗口层。
7.根据权利要求6所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述掺杂剂包括Zn。
8.根据权利要求6所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述间隔层包括A lyGaAs间隔层，与其相邻的P型层包括P型Al xGaAs层，且y≥x。
9.根据权利要求8所述的多结太阳能电池，其特征在于，所述AlyGaAs间隔层具有C掺杂。
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Al yGaAs间隔层的厚度为：20-100nm，包括端点值；所述Al yGaAs间隔层的C掺杂浓度取值范围为1E18～1E20，包括端点值。
11.一种多结太阳能电池的制作方法，其特征在于，用于制作形成权利要求1-10任意一项所述的多结太阳能电池，所述多结太阳能电池制作方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成多结子电池，相邻两结子电池之间形成有隧穿结；所述隧穿结包括沿生长方向依次层叠的N型层和P型层；
其中，至少一子电池包括沿第一方向依次设置的背场层、基区、发射区以及窗口层；且该所述子电池中，除所述基区和发射区以外的至少一区域具有掺杂剂；同时，在该所述子电池和与其相邻的隧穿结之间还设有间隔层；其中，所述第一方向垂直于底电池并由所述底电池指向所述顶电池。
12.根据权利要求11所述的多结太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述多结子电池包括依次层叠设置的底电池、中间电池和顶电池；
其中，所述顶电池具有所述掺杂剂；
所述掺杂剂设置于所述顶电池的背场层内，且所述间隔层的势垒高度不小于与其相邻的P型层的势垒高度。
13.根据权利要求12所述的多结太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述多结太阳能电池为三结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池和Ga I nP顶电池；
或，所述多结太阳能电池为四结太阳能电池，所述多结子电池包括依次层叠设置的Ge底电池、I nGaAs中间电池、AlInGaAs中间电池和Ga I nP顶电池。
14.根据权利要求13所述的多结太阳能电池的制作方法，其特征在于，
在所述GaInP顶电池中，所述背场层包括AlGa I nP背场层，所述基区包括P型AlGaInP基区或P型Ga I nP基区，所述发射区包括N型Al Ga I nP发射区或N型GaInP发射区，所述窗口层包括AlInP窗口层或AlGaInP窗口层；
所述间隔层包括AlyGaAs间隔层，与其相邻的P型层包括P型Al xGaAs层，且y≥x。
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