專利名稱：一種五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到一種太陽(yáng)能光伏電池芯片結(jié)構(gòu)，具體來(lái)說(shuō)涉及到一種五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池芯片結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，太陽(yáng)能以其取之不盡、用之不竭和零污染的特性而受到特別關(guān)注。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著太陽(yáng)能電池制造技術(shù)的改進(jìn)以及新的光-電轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)用新型，結(jié)合各國(guó)對(duì)環(huán)境的保護(hù)和對(duì)再生清潔能源的巨大需求，太陽(yáng)能電池將是人類利用太陽(yáng)輻射能最為切實(shí)可行的途徑，它為人類未來(lái)大規(guī)模地利用太陽(yáng)能開辟?gòu)V闊的前景。目前，太陽(yáng)能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)昂貴的輸電線路。但是，現(xiàn)有太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低制約了其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用于實(shí)際工作、生活中，這是由于太陽(yáng)輻射能流非對(duì)稱分布于以500nm左右波長(zhǎng)為峰值的，從紫外 200nm波段到遠(yuǎn)紅外^OOnm波段的較寬光譜范圍內(nèi)，特別是在我國(guó)西藏、新疆等高海拔或高緯度地區(qū)，太陽(yáng)輻照能流更是大量集中于短波長(zhǎng)可見光及紫外光波段部分。而目前多結(jié)太陽(yáng)能電池芯片中頂電池禁帶寬度限制在1. 9ev左右，對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)為650nm左右，當(dāng)短波部分波長(zhǎng)遠(yuǎn)離該吸收波長(zhǎng)后，吸收效率下降導(dǎo)致太陽(yáng)輻射能流中位于可見光及紫外波段內(nèi)部包含的大量能量未能獲得有效吸收、利用。因此如何提高太陽(yáng)能電池芯片對(duì)太陽(yáng)可見光、 紫外光譜中尚未獲得充分利用的能量吸收成為提高現(xiàn)有太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率，推動(dòng)、 高效太陽(yáng)能電池發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)這一綠色能源得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容為了擴(kuò)展太陽(yáng)能電池芯片的吸收譜范圍，充分吸收太陽(yáng)輻射分布于可見光及紫外波段的大量能流，提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，本實(shí)用新型提供了一種以aisk材料作為頂電池，AlPSb材料作為緊鄰頂電池下方的次頂電池的五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池芯片結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的是由以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的以鍺(Ge)單晶片1為襯底依次生長(zhǎng)底電池p-Ge、n_Ge2，成核層GaAs3，緩沖層 GaInAs4，第一勢(shì)壘層 n_GaInAs5，第一隧道結(jié) n++AlGaAs、p++GaInAs6,第二勢(shì)壘層 p+GaInAs7，第二結(jié)電池 p-GalnAs、n_feJnAs8，第一窗口層 n+AlGahP/AnnAs9，第二隧道結(jié) n++GaInAs、p++AlGaAslO，第三勢(shì)壘層 p+GahPll，第三結(jié)電池 p-GahP、n_GahP12，第二窗口層n+AlPSbl3，第三隧道結(jié)n++AlPSb、p++AlPSbl4，第四勢(shì)壘層n+AlPSbl5，第四結(jié)電池 P-AlPSb, n-AlPSbl6，第三窗口層 n+AlPSbl7，第四隧道結(jié) n++ZnSSe、p++ZnSSel8，第五勢(shì)壘層 n+ZnSSe 19，頂電池 p-ZnSk、n-ZnSSe20，第四窗口層 n+ZnS%21，歐姆接觸層 n+ZnS%22。本實(shí)用新型公開的五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池，采用半導(dǎo)體單晶片為襯底，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積MOCVD或分子束外延MBE方法生長(zhǎng)多結(jié)太陽(yáng)電池芯片。本實(shí)用新型可以獲得如下有益效果在現(xiàn)有Ge/GalnAs/lnGaP三結(jié)太陽(yáng)能電池外延材料體系之上增加生長(zhǎng)獲得AlPSb 次頂電池和aisk材料頂電池，充分吸收太陽(yáng)輻射分布于可見光及紫外波段的大量能流， 提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖1五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池示意圖。圖中1、鍺單晶片，2、底電池？-66、11-66，3、成核層6348，4、緩沖層&111^8，5、第一勢(shì)壘層 n-GaInAs，6、第一隧道結(jié) n++AlGaAs、p++(kJnAs6，7、第二勢(shì)壘層 p+GalnAs，8、第二結(jié)電池 p-GaInAs、n-GaInAs，9、第一窗口層 n+AlGalnP/AlInAs，10、第二隧道結(jié) n++GaInAs、 p++AlGaAs, 11、第三勢(shì)壘層 p+GalnP，12、第三結(jié)電池 p-GalnP、n-GalnP，13、第二窗口層 n+AlPSb，14、第三隧道結(jié)n++AlPSb、p++AlPSb，15、第四勢(shì)壘層n+AlPSb，16、第四結(jié)電池 P-AlPSb, n-AlPSb, 17、第三窗口 層 η+Α1Ρ釙，18、第四隧道結(jié) n++&iSSe、p++ZnSSe, 19、第五勢(shì)壘層n+ZnSSe, 20、頂電池p-ZnSSe, n-ZnSSe, 21、第四窗口層n+ZnSSe, 22、歐姆接觸層 n+ZnSSe。
具體實(shí)施方式
為了進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和特征，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法，以鍺(Ge)單晶片1為襯底依次生長(zhǎng)底電池p-Ge、n-Ge2，成核層GaAs3， 緩沖層GaInAs4，第一勢(shì)壘層n_GaInAs5，第一隧道結(jié)n++AlGaAs、p++GaInAs6，第二勢(shì)壘層 p+GaInAs7，第二結(jié)電池 p-GalnAs、n_feJnAs8，第一窗口層 n+AlGahP/AnnAs9，第二隧道結(jié) n++GaInAs、p++AlGaAslO，第三勢(shì)壘層 p+GahPll，第三結(jié)電池 p-GahP、n_GahP12，第二窗口層n+AlPSbl3，第三隧道結(jié)n++AlPSb、p++AlPSbl4，第四勢(shì)壘層n+AlPSbl5，第四結(jié)電池 p-AlPSb、n-AlPSbl6，第三窗口層 n+AlPSbl7，第四隧道結(jié) n++ZnSSe、p++ZnSSel8, 第五勢(shì)壘層n+&iSSel9，頂電池p-SiSSe、n-ZnSSe20,第四窗口層n+&iSSe21，歐姆接觸層 n+ZnSSe220在生長(zhǎng)具有AlPSb和SiSSe的五結(jié)太陽(yáng)電池芯片之后，采用常規(guī)的光刻、鍍膜和劃片工藝制成太陽(yáng)電池芯片。本實(shí)用新型五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池芯片，其關(guān)鍵是在現(xiàn)有Ge/GalnAs/ InGaP三結(jié)太陽(yáng)能電池芯片材料體系之上增加了具有高禁帶寬度的SiSk材料頂電池， AlPSb材料次頂電池，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池芯片的吸收譜范圍的擴(kuò)展，有效解決現(xiàn)有太陽(yáng)能電池芯片對(duì)太陽(yáng)輻射分布于可見光及紫外波段的大量能流無(wú)法充分吸收的問(wèn)題，提高多結(jié)太陽(yáng)能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求1. 一種五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池芯片，其特征在于以鍺單晶片(1)為襯底依次生長(zhǎng)底電池P-Ge、n-Ge⑵，成核層GaAs (3)，緩沖層GaInAs ，第一勢(shì)壘層 n-GalnAs (5)，第一隧道結(jié) n++AlGaAs、p++GaInAs (6)，第二勢(shì)壘層 p+GalnAs (7)，第二結(jié)電池 p-GalnAs、n-GalnAs (8)，第一窗口層 n+AlGalnP/AlInAs (9)，第二隧道結(jié) n++GaInAs、 p++AlGaAs (10)，第三勢(shì)壘層 p+GalnP (11)，第三結(jié)電池 p-GalnP、n-GalnP (12)，第二窗口層 n+AlPSb (13)，第三隧道結(jié) n++AlPSb、p++AlPSb (14)，第四勢(shì)壘層 n+AlPSb (15)，第四結(jié)電池 p-AlPSb、n-AlPSb(16)，第三窗口層 n+AlPSb(17)，第四隧道結(jié) n++ZnSSe、p++ZnSSe (18)，第五勢(shì)壘層n+&iSSe(19)，頂電池p-aiSSe、n_aiSSe (20)，第四窗口層n+SiSSe (21)，歐姆接觸層 n+SiSk (22)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種五結(jié)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池芯片，以鍺單晶片(1)為襯底依次生長(zhǎng)底電池p-Ge、n-Ge(2)，成核層GaAs(3)，緩沖層GaInAs(4)，第一勢(shì)壘層n-GaInAs(5)，第一隧道結(jié)n++AlGaAs、p++GaInAs(6)，第二勢(shì)壘層p+GaInAs(7)，第二結(jié)電池p-GaInAs、n-GaInAs(8)，第一窗口層n+AlGaInP/AlInAs(9)，第二隧道結(jié)n++GaInAs、p++AlGaAs(10)，第三勢(shì)壘層p+GaInP(11)，第三結(jié)電池p-GaInP、n-GaInP(12)，第二窗口層n+AlPSb(13)，第三隧道結(jié)n++AlPSb、p++AlPSb(14)，第四勢(shì)壘層n+AlPSb(15)，第四結(jié)電池p-AlPSb、n-AlPSb(16)，第三窗口層n+AlPSb(17)，第四隧道結(jié)n++ZnSSe、p++ZnSSe(18)，第五勢(shì)壘層n+ZnSSe(19)，頂電池p-ZnSSe、n-ZnSSe(20)，第四窗口層n+ZnSSe(21)，歐姆接觸層n+ZnSSe(22)。有效解決現(xiàn)有太陽(yáng)能電池芯片對(duì)太陽(yáng)輻射分布于可見光及紫外波段的大量能流無(wú)法充分吸收的問(wèn)題，提高多結(jié)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/04GK201956362SQ20102050243
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者堯舜, 李建軍, 王智勇 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)