專利名稱：一種化合物半導(dǎo)體太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化合物半導(dǎo)體太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種化合物半導(dǎo)體太陽能電池。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著能源危機和生態(tài)惡化的進一步加劇，開發(fā)利用新型可再生清潔能源已經(jīng)成為人們生產(chǎn)、生活，維持社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。近年來開發(fā)利用太陽能，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)吸引了人們的普遍關(guān)注，其中化合物半導(dǎo)體太陽能電池以其較高的轉(zhuǎn)換效率和較大的發(fā)電成本降低空間，被公認(rèn)為最具潛力的地面應(yīng)用發(fā)電技術(shù)。然而太陽能電池 發(fā)電技術(shù)具有過高的發(fā)電成本，一直阻礙著這項技術(shù)的快速商業(yè)化進程。通常情況下，在P型Ge或GaAs襯底上生長電池外延層，電池表面歐姆接觸層將為η型GaAs層，因此在太陽能電池芯片制作過程中通常需要使用AuGe、Au、Pt等貴金屬作為金屬電極，以獲得較好的歐姆接觸特性和較低的串聯(lián)電阻，進而有利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。例如，η型GaAs和AuGeNi (大于150nm) /Au (約20nm)經(jīng)過快速退火后可以形成較好的歐姆接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種化合物半導(dǎo)體太陽能電池，在保證電池性能的前提下，可以使用較為廉價的金屬作為電池芯片的金屬電極，從而降低電池生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，一種化合物半導(dǎo)體太陽能電池，包括一襯底，電池活性層，歐姆接觸疊層，其特征在于所述歐姆接觸疊層內(nèi)插入一隧穿結(jié)，從而改變歐姆接觸疊層表面的導(dǎo)電類型。進一步地，所述歐姆接觸疊層是由第一歐姆接觸層、第二歐姆接觸層、第三歐姆接觸層和第四歐姆接觸層組成，其中第二歐姆接觸層和第三歐姆接觸層共同構(gòu)成隧穿結(jié)，第一歐姆接觸層和第二歐姆接觸層導(dǎo)電類型一致，第三歐姆接觸層和第四歐姆接觸層導(dǎo)電類
型一致。本發(fā)明中，在普通的P型Ge或GaAs襯底上生長的電池中，通過在歐姆接觸層內(nèi)插入一隧穿結(jié)，從而改變歐姆接觸層表面的導(dǎo)電類型，即歐姆接觸層表面呈P型導(dǎo)電，P型半導(dǎo)體導(dǎo)電材料與較低成本的金屬經(jīng)過快速退火處理即可獲得較佳的歐姆接觸，如P型GaAs和Ti (< 20nm) /Au (約20nm )經(jīng)過快速退火后可獲得較好的歐姆接觸和較低的接觸電阻，從而解決了傳統(tǒng)太陽能電池芯片制作過程中需要使用AuGe、Au、Pt等貴金屬作為金屬電極，降低了電池電極成本。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，本發(fā)明還提供一種太陽能發(fā)光系統(tǒng)，其安裝有前述化合物半導(dǎo)體太陽能電池。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。


圖I是常規(guī)的P型Ge襯底上GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)。圖2是本發(fā)明所提供的P型Ge襯底上GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)。圖中各標(biāo)號表不
100p型Ge襯底上GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)
101:n型GaAs歐姆接觸層
102=AuGeNi/Au 金屬電極 201:n型GaAs第一歐姆接觸層
202n+型GaAs第二歐姆接觸層
203p+型GaAs第三歐姆接觸層
204p型GaAs第四歐姆接觸層
205Ti/Au金屬電極。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述。在現(xiàn)有化合半半導(dǎo)體太陽能電池中，通常以P型材料作為生長襯底，如P型Ge襯底、P型GaAs襯底或P型InP襯底。以GalnP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池為例，如其一般為在P型Ge襯底上外延形成GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)100,之后繼續(xù)外延形成η型GaAs歐姆接觸層101，其摻雜濃度為5 X IO1Vcm3,最終獲得常規(guī)的P型Ge襯底上GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池外延結(jié)構(gòu)。在電池芯片制作過程中在η型GaAs歐姆接觸層101上蒸鍍AuGeNi/Au金屬電極102，經(jīng)過380°C，3分鐘的快速熱退火后電池獲得良好的歐姆接觸，其電阻率為2. 2X 10_5，電池填充因子約為85%，其側(cè)面剖視圖如圖I所示。在前述現(xiàn)有的化合半半導(dǎo)體太陽能電池外延結(jié)構(gòu)中，其歐姆接觸層101為η型GaAs,而在芯片制程中，需采用使用昂貴的金屬AuGeNi/Au作為接觸金屬電極，取AuGeNi的厚度為180nm,金的20nm,貝U在生產(chǎn)過程中蒸鍍一爐前述太陽能電池,AuGeNi、Au (20nm)的金屬耗量分別為5. lg、lg，其成本較高。針對前述化合物半導(dǎo)體太陽能電池外延結(jié)構(gòu)中，在芯片制程中金屬電極的成本高，下面提出一種新的太陽能電池結(jié)構(gòu)，其在保證電池性能的前提下，可以使用較為廉價的金屬作為電池芯片的金屬電極，從而降低電池生產(chǎn)成本。如圖2所示，在P型Ge襯底上外延形成GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)100，之后繼續(xù)外延依次形成η型GaAs第一歐姆接觸層201，η+型GaAs第二歐姆接觸層202，ρ+型GaAs第三歐姆接觸層203，和ρ型GaAs第四歐姆接觸層204，最終獲得本發(fā)明所提供的P型Ge襯底上GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)。其中，η+型GaAs第二歐姆接觸層202和ρ+型GaAs第三歐姆接觸層203共同構(gòu)成GaAs隧穿結(jié)，具有150A/cm2的峰值隧穿電流密度。具體地，第一歐姆接觸層201的摻雜濃度為2X1018/cm3，第二歐姆接觸層202的摻雜濃度為8 X IO1Vcm3，第三歐姆接觸層203的摻雜濃度為3X 1019/cm3，第四歐姆接觸層204的摻雜濃度為1.5X1019/cm3。通過在歐姆接觸層中插入了隧穿結(jié)，使其歐姆接觸層的表層為P型導(dǎo)電。在電池芯片制作過程中，在P型GaAs第四歐姆接觸層204上蒸鍍Ti/Au金屬電極205，經(jīng)過360°C，I分鐘的快速熱退火后獲得良好的歐姆接觸，其電阻率為I. 2X10_5，電池填充因子約為85. 3%。取Ti的厚度為10nm、Au的厚度為20nm，則在生產(chǎn)過程中蒸鍍一爐前述太陽能電池，貴金屬Au (20nm)電極的金屬耗量為lg。通過對比發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)和本發(fā)明所提供的GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)所對應(yīng)電池芯片具有相似的串聯(lián)電阻和填充因子，即具有相似的電池性能。然而本發(fā)明所提供的GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池結(jié)構(gòu)制作金屬電極時所需貴金屬比常規(guī)的GalnP/GaAs/Ge三結(jié)電池全結(jié)構(gòu)制作金屬電極時所需貴金屬少很多，每一爐少消耗5. Ig的AuGe，因此本發(fā)明所提供的化合物半導(dǎo)體太陽能電池外延結(jié)構(gòu)具有較好的成本優(yōu)勢。 前述太陽能電池，結(jié)合光學(xué)元件可組成高倍聚光太陽能電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體太陽能電池，包括一襯底，電池活性層，歐姆接觸疊層，其特征在于所述歐姆接觸疊層插入一隧穿結(jié)，從而改變歐姆接觸疊層表面的導(dǎo)電類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于所述歐姆接觸疊層包含第一歐姆接觸層、第二歐姆接觸層、第三歐姆接觸層和第四歐姆接觸層，其中第二歐姆接觸層和第三歐姆接觸層共同構(gòu)成隧穿結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于所述第一歐姆接觸層和第二歐姆接觸層導(dǎo)電類型一致，第三歐姆接觸層和第四歐姆接觸層導(dǎo)電類型一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于所述第一歐姆接觸層和第二歐姆接觸層的材料為η型GaAs，其中第一歐姆接觸層的摻雜濃度小于第二歐姆接觸層的摻雜濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于所述第三歐姆接觸層和第四歐姆接觸層的材料為P型GaAs，其中第一歐姆接觸層的摻雜濃度大于第二歐姆接觸層的摻雜濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于所述歐姆接觸疊層表面呈P型導(dǎo)電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于還包括一電極結(jié)構(gòu)，其位于所述歐姆接觸疊層表面上，其材料為Ti/Au。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于所述電池活性層包含一結(jié)或者多結(jié)子電池，所述歐姆接觸疊層位于所述頂電池的頂部。
9.一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于安裝有前述任一權(quán)利要求所述的化合物半導(dǎo)體太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化合物半導(dǎo)體太陽能電池，其特征在于在電池歐姆接觸疊層內(nèi)插入一隧穿結(jié)，從而改變歐姆接觸層表面的導(dǎo)電類型。對于本發(fā)明所公開的外延結(jié)構(gòu)，其歐姆接觸層內(nèi)插入的隧穿結(jié)厚度較薄，將不會導(dǎo)致電池外延成本的有效增加；另一方面電池歐姆接觸層表面導(dǎo)電類型的改變，將使得可以選用較為廉價的金屬用于制作電池芯片電極，即在保證電池性能的前提下，有效降低了太陽能電池的生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L31/0352GK102881736SQ20121038426
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者宋明輝, 林桂江, 丁杰, 劉建慶 申請人:天津三安光電有限公司