專利名稱：一種寬帶隙多異質結隧穿結結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種寬帶隙多異 質結隧穿結結構，是用于串接多個子電池的高倍聚光砷化鎵多結太陽電池的隧穿結結構。
背景技術：
砷化鎵多結太陽電池由若干不同帶隙的子電池串接而成，各子電池均為p-n結構，如果直接串聯(lián)在一起，則子電池接觸界面會形成反偏的p-n結而導致電壓相互抵消而不導電。采用隧穿結聯(lián)結可以解決這一問題。隧穿結也是P-n結構，其特點是功能層厚度薄且摻雜濃度非常高，費米能級分別進入P區(qū)和N區(qū)的價帶和導帶，當有太陽光照時，隧穿結兩端出現(xiàn)電勢差，N區(qū)多數載流子-電子可以從N區(qū)導帶直接隧穿進入P區(qū)價帶，于是產生隧穿電流，達到聯(lián)接兩個子電池的作用，當電勢差不斷增加，N區(qū)載流子費米能級高于P區(qū)載流子費米能級時，載流子便不能隧穿，此時隧穿結電流稱為峰值峰穿電流。隧穿結的峰值峰穿電流與摻雜濃度有關，摻雜濃度越高，隧穿結的峰值隧穿電流越大。為了降低隧穿結對太陽光的吸收，隧穿結功能層要求采用寬帶隙材料。然而，隨著材料帶隙的增加，半導體層的有效摻雜濃度和載流子隧穿幾率都會下降，導致隧穿結峰值電流密度會呈指數形式下降。傳統(tǒng)的隧穿結由兩個功能層構成，即僅具有第二和第三功能層。如N^GaAsA^GaAs' N++GaAs/P++AlGaAs等結構，其帶隙較小，限制了更寬帶隙子電池的應用，而采用寬帶隙的AlInP2/GaInP2隧穿結[Electronics letters 1998 Vol.34 No. 4]、Ala2Gaa3Ina5PZAla9GaaiAs 隧穿結[Sharps, P. R. Photovoltaic SpecialistsConference, 2000. Conference Record of the Twenty-Eighth IEEE],峰值電流密度均低于2A/cm2，難以滿足高倍聚光太陽電池的應用。

發(fā)明內容
為了解決上述寬帶隙隧穿結峰值電流密度低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，以提高峰值隧穿電流，滿足高倍聚光太陽電池的應用。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，由四個功能層組成；第一功能層具有第一帶隙和第一型摻雜；第二功能層具有第二帶隙和第一型摻雜，且?guī)缎∮诘谝粠?；第三功能層具有第三帶隙和第二型摻雜；第四功能層具有第四帶隙和第二型摻雜，且?guī)洞笥诘谌龓?。對于位于外層的第一功能層和第四功能層，其帶?. 20eV (電子伏特)(Eg (半導體化合物能隙 Energy gapX 2. 50eV,組成成分為(AlyGa^y) ^xInxP 或(AlyGa1I)1-JnxAs,其中In的組分為0<x<0. 85，Al的組分為0. 50 < y < I. 00，各組分含量以摩爾比計，薄膜厚度為20-100 nm，摻雜濃度為5 X 1018_5 X 102°cnT3。對于位于內層的第二功能層和第三功能層，其帶隙I. 80eV彡Eg彡2. 20eV，組成成分為(AlyGa1J ι-χΙηχΡ 或(AlyGa1J ^xInxAs,其中 In 的組分 O 彡 χ 彡 0. 85，Al 的組分 O 彡 y< 0. 50，薄膜厚度為10-20 nm，摻雜濃度為5 X 1018-5 X IO2W0
采用上述方案后，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術寬帶隙隧穿結峰值電流密度低的問題，采用四個功能層組成隧穿結結構，各功能層之間形成異質結，既可以通過PN型或nP型異質結構的帶階提高峰值隧穿電流，又可以通過Pp型或Nn型異質結構的載流子的注入效應來實現(xiàn)載流子補償，進一步提高峰值隧穿電流和更小的串聯(lián)電阻，從而滿足高倍聚光太陽電池的應用。


圖I是第一實施例的結構示意 圖2是第二實施例的結構示意 圖3是第二實施例的結構意 圖4是第三實施例的剝離鍵合后結構示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的第一種實施方式如圖I所示，在襯底10上依次有第一帶隙子電池11、第一功能層12、第二功能層13、第三功能層14、第四功能層15、第二帶隙子電池16和帽子層 17。襯底 10 為 Ge 或 GaAs。第一帶隙子電池 11 由 GaAs、GaInAs、GaInNAs、GaInNAsSb、GalnAsP、AlGaAs> AlGaAsP、AlGalnAs、GalnP、AlGaInP 等一種或幾種材料構成的極性為PN型的同質結或異質結。第一功能層12由AlGaInP構成，Al組分O. 85，摻雜Si，厚度20-100nm，摻雜濃度I X IO19CnT3 ;第二功能層13由AlGaInP構成，Al組分為O. 15，摻雜為Si，厚度為10-20nm，摻雜濃度5X IO19CnT3 ;第三功能層14由AlGaAs組成，Al組分為O. 15，摻雜為C，厚度為10-20nm，摻雜濃度IXlO2ciCnT3 ;第四功能層15由AlGaAs組成，Al組分為O. 85，摻雜為C，厚度為20-100nm，摻雜濃度lX102°cnT3。第二帶隙子電池16由AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaInP、GaAsP、AlGaInP等一種或幾種材料構成的極性為PN型的同質結或異質結。帽子層17為GaAs或GaInAs。其中,第二功能層13與第三功能層14形成pN型異質結，多數載流子復合形成隧穿電流；第一功能層12與第二功能層13形成Nn型異質結，異質結界面會通過擴散形成有效力場，使多數載流子通過漂移不斷補償到第二功能層13中，且異質結會形成帶階會形成勢壘，有效阻止多數載流子泄漏；第三功能層14與第四功能層15形成PP型異質結，異質結界面會通過擴散形成有效力場，使多數載流子通過漂移不斷補償到第三功能層14中，且異質結會形成帶階會形成勢壘，有效阻止多數載流子泄漏。由于第一功能層12、第四功能層15的載流子注入與防泄漏功效，增加了第二功能層13、第三功能層14中的有效載流子濃度，因而該隧穿結結構具有更高的峰值隧穿電流，采用該隧穿結構的電池能在更高聚光倍數的太陽光下正常工作。本發(fā)明的第二種實施方式如圖2所示，在襯底200上依次有第一帶隙子電池201、第一隧穿結第一功能202、第一隧穿結第二功能203、第一隧穿結第三功能204、第一隧穿結第四功能205、第二帶隙子電池206、第二隧穿結第一功能207、第二隧穿結第二功能208、第二隧穿結第三功能209、第二隧穿結第四功能210、第三帶隙子電池211、帽子層212。襯底200為Ge。第一帶隙子電池201由Ge的p-n結組成。第一隧穿結第一功能202由AlGaInP構成，Al組分O. 15，摻雜Si，厚度20-100nm，摻雜濃度5 X IO19CnT3 ;第一隧穿結第二功能層203由AlGaInP構成，Al組分O. 05，摻雜Si，厚度10_20nm，摻雜濃度5X IO19CnT3 ;第一隧穿結第三功能層204由AlGaAs組成，Al組分O. 10，摻雜C，厚度10_20nm，摻雜濃度I X IO2qChT3 ；第一隧穿結第四功能層205由AlGaAs組成，Al組分O. 30，摻雜C，厚度20_100nm，摻雜濃度IXlO20Cm-3O 第二帶隙子電池 206 由 AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaInP、GaAsP、AlGaInP 等一種或幾種材料構成的極性為PN型的同質結或異質結。第二隧穿結第一功能207由AlGaInP構成，Al組分O. 85，摻雜Si，厚度20-100nm，摻雜濃度5 X IO19CnT3 ;第二隧穿結第二功能層208由AlGaInP構成，Al組分O. 15，摻雜Si，厚度10_20nm，摻雜濃度5X IO19CnT3 ;第二隧穿結第三功能層209由AlGaAs組成，Al組分O. 15，摻雜C，厚度10_20nm，摻雜濃度I X 102°cnT3 ；第二隧穿結第四功能層210由AlGaAs組成，Al組分O. 85，摻雜C，厚度20_100nm，摻雜濃度 IXlO2W30 第三帶隙子電池 211 由 AlGaAs, AlInAs, AlInP、GaInP、GaAsP、AlGaInP、GaAsSb等一種或幾種材料構成的極性為PN型的同質結或異質結。帽子層212為GaAs或GaInAs0其中，第一隧穿結的第二功能層203與第三功能層204形成pN型異質結，多數載流子復合形成隧穿電流；第一隧穿結的第一功能層202與第二功能層203形成Nn型異質結，異質結界面會通過擴散形成有效力場，使多數載流子通過漂移不斷補償到第二功能層203中，且異質結會形成帶階會形成勢壘，有效阻止多數載流子泄漏；第一隧穿結的第三功能層 204與第四功能層205形成pP型異質結，異質結界面會通過擴散形成有效力場，使多數載流子通過漂移不斷補償到第三功能層204中，且異質結會形成帶階會形成勢壘，有效阻止多數載流子泄漏；由于第一功能層202和第四功能層205的載流子注入與防泄漏功效，增加了第二功能層203和第三功能層204中的有效載流子濃度，從而增加了該隧穿結結構的峰值隧穿電流。第二隧穿結的第二功能層208與第三功能層209形成pN型異質結，多數載流子復合形成隧穿電流；第二隧穿結的第一功能層207與第二功能層208形成Nn型異質結，異質結界面會通過擴散形成有效力場，使多數載流子通過漂移不斷補償到第二功能層208中，且異質結會形成帶階會形成勢壘，有效阻止多數載流子泄漏；第二隧穿結的第三功能層209與第四功能層210形成pP型異質結，異質結界面會通過擴散形成有效力場，使多數載流子通過漂移不斷補償到第三功能層209中，且異質結會形成帶階會形成勢壘，有效阻止多數載流子泄漏；由于第一功能層207和第四功能層210功能層的載流子注入與防泄漏功效，增加了第二功能層208和第三功能層209功能層中的有效載流子濃度，從而增加了該隧穿結結構的峰值隧穿電流。三結電池由于采用了兩組寬禁帶異質結隧穿結結構，隧穿結對太陽光的吸收損耗減少，隧穿結的峰值隧穿電流較大，能在較高聚光倍數的太陽光下正常工作。本發(fā)明的第三種實施方式如圖3所示，在襯底300上依次有第一帽子層301、第一帶隙子電池302、第一隧穿結第一功能層303、第一隧穿結第二功能層304、第一隧穿結第三功能層305、第一隧穿結第四功能層306、第二帶隙子電池307、第二隧穿結第一功能層308、第二隧穿結第二功能層309、第二隧穿結第三功能層310、第二隧穿結第四功能層311、第三帶隙子電池312、第二帽子層313。襯底300為Ge或GaAs，第一帽子層301為GaAs或GalnAs。第一帶隙子電池 302 由 AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaInP、GaAsP、AlGaInP、GaAsSb 等一種或幾種材料構成的同質結或異質結。第一隧穿結第一功能層303由AlGaAs組成，Al組分O. 85，摻雜C，厚度20-100nm，摻雜濃度IX IO2tlCnT3 ;第一隧穿結第二功能層304由AlGaAs組成，Al組分O. 15，摻雜C，厚度10-20nm，摻雜濃度I X 102°cnT3 ;第一隧穿結第三功能層305由AlGaInP構成，Al組分O. 30，摻雜Si，厚度10_20nm，摻雜濃度5X IO19CnT3 ;第一隧穿結第四功能306由AlGaInP構成，Al組分O. 85，摻雜Si，厚度20_100nm，摻雜濃度5X 1019cm_3。第二帶隙子電池 307 由 AlGaAs、AlInAs, AlInP, GalnP, GaAsP, AlGaInP 等一種或幾種材料構成的同質結或異質結。第二隧穿結第一功能層308由AlGaAs組成，Al組分O. 45，摻雜C，厚度20-100nm，摻雜濃度IX 102°cnT3 ;第二隧穿結第二功能層309由AlGaAs組成，Al組分O. 05，摻雜C，厚度10-20nm，摻雜濃度I X 102°cnT3 ;第二隧穿結第三功能層310由AlGaInP構成，Al組分O. 10，摻雜Si，厚度10-20nm，摻雜濃度5X IO19CnT3 ;第二隧穿結第四功能層311由AlGaInP構成，Al組分O. 45，摻雜Si，厚度20_100nm，摻雜濃度IXlO2W30第三帶隙子電池312由GalnAs、GaInAsP、GaInNAsP、AlGaInAs等一種或幾種材料構成的同質結或異質結。第二帽子層313為GalnAs。外延生長完成后，把外延層鍵合在新襯底314上，然后剝離去掉襯底300。外延層反轉并與新襯底314鍵合后所構成的新結構如圖4所示。在襯底314上依次有第二帽子層313、第三帶隙子電池312、第二隧穿結第四功能層311、第二隧穿結第三功能層310、第二隧穿結第二功能層309、第二隧穿結第一功能層308、第二帶隙子電池307、第一隧穿結第四功能層306、第一隧穿結第三功能層305、第一隧穿結第二功能層304、第一隧穿結第一功能層303、第一帶隙子電池302、第一帽子層301。由于采用了兩組寬 禁帶多異質結隧穿結結構，隧穿結對太陽光的吸收損耗減少，隧穿結的峰值隧穿電流較大，能在較高聚光倍數的太陽光下正常工作。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制。本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出各種變換或變化。因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇。
權利要求
1.一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于由四個功能層組成；第一功能層具有第一帶隙和第一型摻雜；第二功能層具有第二帶隙和第一型摻雜，且?guī)缎∮诘谝粠?；第三功能層具有第三帶隙和第二型摻雜；第四功能層具有第四帶隙和第二型摻雜，且?guī)洞笥诘谌龓丁?br> 2.根據權利要求I所述的一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于位于外層的第一功能層和第四功能層，其帶隙2. 20eV≤Eg≤2. 50eV。
3.根據權利要求2所述的一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于第一功能層和第四功能層的組成成分為(AlyGa1I) ^xInxP或(AlyGapy) ^xInxAs,其中In的組分O≤0.85, Al的組分0. 50 < y < I. 00，各組分含量以摩爾比計，薄膜厚度為20_100nm。
4.根據權利要求2所述的一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于第一功能層和第四功能層的摻雜濃度為5X 1018-5X IO2tlCm'
5.根據權利要求I所述的一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于位于內層的第二功能層和第三功能層，其帶隙I. 80eV≤Eg≤2. 20eV。
6.根據權利要求5所述的一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于第二功能層和第三功能層的組成成分為(AlyGa1I) ^xInxP或(AlyGapy) ^xInxAs,其中In的組分0≤X≤0. 85，Al的組分0≤y < 0. 50，各組分含量以摩爾比計，薄膜厚度為10_20nm。
7.根據權利要求5所述的一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，其特征在于第二功能層和第三功能層的摻雜濃度為5X 1018-5X IO2tlCm'
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，由四個功能層組成；第一功能層具有第一帶隙和第一型摻雜；第二功能層具有第二帶隙和第一型摻雜，且?guī)缎∮诘谝粠?；第三功能層具有第三帶隙和第二型摻雜；第四功能層具有第四帶隙和第二型摻雜，且?guī)洞笥诘谌龓丁１景l(fā)明解決了現(xiàn)有技術寬帶隙隧穿結峰值電流密度低的問題，采用四個功能層組成隧穿結結構，各功能層之間形成異質結，既可以通過pN型或nP型異質結構的帶階提高峰值隧穿電流，又可以通過Pp型或Nn型異質結構的載流子的注入效應來實現(xiàn)載流子補償，進一步提高峰值隧穿電流和更小的串聯(lián)電阻，從而滿足高倍聚光太陽電池的應用。
文檔編號H01L31/0304GK102709349SQ20121020723
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權日2012年6月21日
發(fā)明者單智發(fā), 張永, 林志偉, 蔡建九, 陳凱軒 申請人:廈門乾照光電股份有限公司