本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種三結(jié)級聯(lián)太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
在III-V族太陽能電池領(lǐng)域，通常采用多結(jié)體系實(shí)現(xiàn)對太陽光譜的分段吸收利用，以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。目前研究較多而且技術(shù)較為成熟的體系是GaInP/GaAs/Ge三結(jié)電池。該電池目前達(dá)到的最高轉(zhuǎn)換效率為32-33％。但是該體系仍然存在一個(gè)主要問題是Ge電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流最大可達(dá)到另外兩結(jié)電池的2倍，由于受三結(jié)電池串聯(lián)的制約，Ge電池對應(yīng)的太陽光譜的能量沒有被充分轉(zhuǎn)換利用。計(jì)算表明具有1.93eV/1.39eV/0.94eV帶隙組合的三結(jié)太陽能電池在100倍聚光下的轉(zhuǎn)換效率大于51％。一種能實(shí)現(xiàn)該帶隙組合的材料為AlInAs/InGaAsP/InGaAs，然而該材料的晶格常數(shù)與GaAs襯底有約2.5％的失配，而且目前尚缺乏與上述材料晶格常數(shù)匹配的襯底。為了得到1.93eV/1.39eV/0.94eV帯隙組合的AlInAs/InGaAsP/InGaAs材料，一種常用方法是利用晶格異變技術(shù)在GaAs襯底上生長晶格異變緩沖層，實(shí)現(xiàn)晶格常數(shù)的過渡，然而該技術(shù)對材料生長提出了更高的要求，同時(shí)緩沖層的引入也帶來了較多的缺陷，降低了電池的性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提出一種三結(jié)級聯(lián)太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積方法在GaAs襯底上依次生長GaAs1-x-yNxBiy底電池層、第一隧道結(jié)、BmGa1-mAs1-nBin中間電池層、第二隧道結(jié)、AlpGa1-pAs頂電池層及GaAs接觸層；再在所述GaAs襯底底部及所述GaAs接觸層頂部制作歐姆電極。優(yōu)選地，所述GaAs1-x-yNxBiy底電池層、所述BmGa1-mAs1-nBin中間電池層、所述AlpGa1-pAs頂電池層均各包括上下層疊的N型發(fā)射區(qū)和P型基區(qū)。優(yōu)選地，所述N型發(fā)射區(qū)摻雜濃度為2×1018cm-3的，生長厚度為0.2微米；所述P型基區(qū)的摻雜濃度為3×1017cm-3的，生長厚度為3.0微米。優(yōu)選地，所述GaAs1-x-yNxBiy底電池層的禁帶寬度為0.94±0.01eV；所述GaAs1-x-yNxBiy底電池層的x、y分別為1.45％、2.56％。優(yōu)選地，所述BmGa1-mAs1-nBin中間電池層的禁帶寬度為1.39±0.01eV；所述BmGa1-mAs1-nBin中間電池層的m、n分別為0.23％、0.30％。優(yōu)選地，所述AlpGa1-pAs頂電池層的禁帶寬度為1.93±0.01eV；所述AlpGa1-pAs頂電池層的p為40.6％。優(yōu)選地，所述第一隧道結(jié)和/或第二隧道結(jié)包括上下層疊的P型層以及N型層，所述N型層的材質(zhì)為N型GaInP或N型GaAs；所述P型層的材質(zhì)為P型GaAs或者P型AlGaAs；所述N型層或P型層的摻雜濃度均不小于1×1019cm-3，生長厚度均為0.015微米。本發(fā)明還提供采用上述制備方法獲得的太陽能電池的結(jié)構(gòu)，包括依次在GaAs襯底上生長的GaAs1-x-yNxBiy底電池層、第一隧道結(jié)、BmGa1-mAs1-nBin中間電池層、第二隧道結(jié)、AlpGa1-pAs頂電池層及GaAs接觸層；所述GaAs襯底底部及所述GaAs接觸層頂部還設(shè)有歐姆電極。本發(fā)明通過對GaAs調(diào)節(jié)并引入Al、B、N、Bi四種元素，在使晶格常數(shù)保持不變的同時(shí)可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)材料的帶寬，最終獲得1.93eV、1.39eV、0.94eV的帶隙組合，實(shí)現(xiàn)對太陽光譜的分段吸收利用。并且，本發(fā)明各個(gè)子電池間的電流匹配，晶格常數(shù)與GaAs襯底匹配，可獲得較高的電池效率。采用傳統(tǒng)方法生長，生長過程簡單。本發(fā)明使各個(gè)電池層與GaAs晶格匹配并具有所需的帶寬，使之成為一種潛在的理想的太陽能電池材料。附圖說明圖1為本發(fā)明太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明。參閱圖1所示，本發(fā)明的三結(jié)級聯(lián)太陽能電池，其底、中、頂三個(gè)電池層，分別是GaAs1-x-yNxBiy、BmGa1-mAs1-nBin、AlpGa1-pAs材質(zhì)形成的，具體結(jié)構(gòu)為：依次在GaAs襯底10上生長的GaAs1-x-yNxBiy底電池層20、第一隧道結(jié)30、BmGa1-mAs1-nBin中間電池層40、第二隧道結(jié)50AlpGa1-pAs頂電池層60及GaAs接觸層70；所述GaAs襯底底部及所述GaAs接觸層頂部還設(shè)有歐姆電極。本發(fā)明三結(jié)級聯(lián)太陽能電池的制備方法包括下列步驟：(1)生長GaAs1-x-yNxBiy底電池層20，其中，該GaAs1-x-yNxBiy底電池層20的x、y分別為1.45％、2.56％，該GaAs1-x-yNxBiy底電池層20包括上下層疊的N型發(fā)射區(qū)和P型基區(qū)。首先在P型GaAs襯底10上通過有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)生長P型GaAs1-x-yNxBiy，形成摻雜濃度為3×1017cm-3，生長厚度為3.0微米的P型基區(qū)21。然后在P型基區(qū)生長N型GaAs1-x-yNxBiy，形成摻雜濃度為2×1018cm-3，生長厚度為0.2微米的N型發(fā)射區(qū)22。由此形成具有禁帶寬度為0.94eV的GaAs1-x-yNxBiy底電池層20。(2)生長第一隧道結(jié)30。該第一隧道結(jié)30包括上下層疊的P型層32和N型層31。在所述GaAs1-x-yNxBiy底電池層20的N型發(fā)射區(qū)22表面，生長N型GaInP，形成摻雜濃度在1×1019cm-3以上，生長厚度為0.015微米的N型層31。然后在所述N型層31上生長P型GaAs，形成摻雜濃度大于1×1019cm-3，生長厚度為0.015微米的P型層32。(3)生長BmGa1-mAs1-nBin中間電池層40。其中，所述BmGa1-mAs1-nBin中間電池層40的m、n分別為0.23％、0.30％。該BmGa1-mAs1-nBin中間電池層40包括上下層疊的N型發(fā)射區(qū)42和P型基區(qū)41。首先在第一隧道結(jié)30的P型層32上通過MOCVD法生長P型BmGa1-mAs1-nBin，形成摻雜濃度為3×1017cm-3，生長厚度為3.0微米的P型基區(qū)41。然后在P型基區(qū)41上生長N型BmGa1-mAs1-nBin，形成摻雜濃度為2×1018cm-3，生長厚度為0.2微米的N型發(fā)射區(qū)42。由此形成具有禁帶寬度為1.39eV的BmGa1-mAs1-nBin中間電池層40。(4)生長第二隧道結(jié)50。該第二隧道結(jié)50包括上下層疊的P型層52和N型層51。在所述BmGa1-mAs1-nBin中間電池層40的N型發(fā)射區(qū)42表面，生長N型GaInP，形成摻雜濃度在1×1019cm-3以上，生長厚度為0.015微米的N型層51。然后在所述N型層51上生長P型GaAs，形成摻雜濃度大于1×1019cm-3，生長厚度為0.015微米的P型層52。(5)生長AlpGa1-pAs頂電池層60。其中，所述AlpGa1-pAs頂電池層60的p為40.6％。該AlpGa1-pAs頂電池層60包括上下層疊的N型發(fā)射區(qū)62和P型基區(qū)61。首先在第二隧道結(jié)50的P型層52上通過MOCVD法生長P型AlpGa1-pAs，形成摻雜濃度為3×1017cm-3，生長厚度為3.0微米的P型基區(qū)61。然后在P型基區(qū)61上生長N型AlpGa1-pAs，形成摻雜濃度為2×1018cm-3，生長厚度為0.2微米的N型發(fā)射區(qū)62。由此形成具有禁帶寬度為1.93eV的AlpGa1-pAs頂電池層60。(6)生長GaAs接觸層70及歐姆電極80的制作。在AlpGa1-pAs頂電池層60的N型發(fā)射區(qū)62表面，MOCVD法生長P型GaAs，其摻雜濃度約為1×1017cm-3，生長厚度為0.6微米，形成GaAs接觸層70。最后，在GaAs襯底10的底部以及GaAs接觸層70的頂部分別制作歐姆電極80。當(dāng)然，上述實(shí)施例中的禁帶寬度還可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，調(diào)整范圍為±0.01eV。上述實(shí)施方法只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落在本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。