本發(fā)明屬于光伏領(lǐng)域，尤其涉及一種GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池的制作方法。

背景技術(shù)：
在上個(gè)世紀(jì)70年代引發(fā)的能源危機(jī)刺激下，也在空間飛行器能源系統(tǒng)的需求牽引下，光伏技術(shù)領(lǐng)域不斷取得突破。晶體硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體太陽能電池、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體多晶薄膜太陽能電池等，越來越多的太陽能電池技術(shù)日趨成熟。光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高及制造成本的持續(xù)降低，使得光伏技術(shù)在空間和地面都得到了廣泛的應(yīng)用?；仡櫣夥夹g(shù)在最近10年的發(fā)展，在效率提高方面，多結(jié)級(jí)聯(lián)式的太陽能電池結(jié)構(gòu)是最引人矚目的。2007年InGaP/（In）GaAs/Ge三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽能電池大規(guī)模生產(chǎn)的平均效率已經(jīng)接近30%。在240倍聚光下，這種多結(jié)太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室AM1.5D效率已經(jīng)超過了40%。理論上來說，結(jié)數(shù)越多，效率越高。但在實(shí)踐上，很難找到在帶隙寬度上如此理想搭配，晶格常數(shù)又非常匹配的兩種材料來實(shí)現(xiàn)整體級(jí)聯(lián)電池。因此，目前的多結(jié)電池結(jié)構(gòu)主要有兩種思路：一是優(yōu)先考慮晶格匹配而將光電流匹配放在次要的位置。采用晶格匹配的設(shè)計(jì)，兩結(jié)GaInP/GaAs電池的效率達(dá)到了30%以上。但晶格匹配的電池結(jié)構(gòu)由于其確定的帶隙能量，限制了太陽光的光電流的匹配，使得它不能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽電池的全光譜吸收利用。例如，對(duì)于晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge三結(jié)太陽電池，底電池Ge上的光電流密度為上兩層電池光電流密度的兩倍，從而限制了效率的提升。二是優(yōu)先考慮多結(jié)結(jié)構(gòu)的光電流匹配而采用晶格失配的生長(zhǎng)方式，從2005年開始，國(guó)際上幾個(gè)著名的研究組，比如NREL，Emcore以及日本的豐田、夏普等越來越多地關(guān)注晶格失配的太陽電池結(jié)構(gòu)的研究。通過帶隙能量的調(diào)整，利用倒置方法生長(zhǎng)的InGaAs/（In）GaAs/InGaP電池的效率從2007年的38.9％（81倍聚光，AM1.5D）提高到2008年的40.8％(326倍聚光，AM1.5G)。最近德國(guó)夫瑯和費(fèi)研究所的EickeWeber教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將三結(jié)GaInP/GaInAs/Ge太陽電池效率提高到了41.1％。盡管如此，晶格失配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依賴于高質(zhì)量的材料生長(zhǎng)，而大的晶格失配必然帶來失配位錯(cuò)，從而大大增加非輻射復(fù)合、降低電池效率。這導(dǎo)致了直接生長(zhǎng)的四結(jié)串聯(lián)式電池的效率反而比三結(jié)的效率要低。而根據(jù)Shockley-Quisser模型，四結(jié)帶隙能量為1.89/1.42/1.05/0.67eV的太陽電池可以獲得超過45%的轉(zhuǎn)換效率，與在同樣的一次鍵合工藝下比Emcore公司提出的雙結(jié)GaAs/InGaAs電池相比具有非常高的效率上的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于四結(jié)結(jié)構(gòu)更能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓，低電流輸出，可以有效降低超高倍聚光太陽電池中的電阻熱損失，而超高倍聚光電池可以大大地降低太陽電池成本，從而為III-V族化合物半導(dǎo)體太陽電池在產(chǎn)業(yè)化方面的進(jìn)展起到了極大地推動(dòng)。基于晶格失配的太陽電池在材料生長(zhǎng)上的限制以及四結(jié)以上電池研制的需要，通過外延直接鍵合的方法實(shí)現(xiàn)大失配晶格材料的直接單片多結(jié)電池集成已經(jīng)被證明具有很大的潛力。利用外延鍵合不僅可以解決晶格失配所帶來的材料生長(zhǎng)難題，而且還可以使用Si襯底代替昂貴的InP或GaAs，從而降低電池成本。在四結(jié)電池的研制上，美國(guó)波音-光譜公司以及加州理工的科學(xué)家們提出了將Ge襯底上的雙結(jié)GaInP/GaAs電池和InP襯底上生長(zhǎng)的InGaAsP/InGaAs（1.0/0.72eV）鍵合的方法，以實(shí)現(xiàn)單片四結(jié)GaInP/GaAs/Ge/InP鍵合介面/InGaAsP/InGaAs集成。雖然使用了晶格匹配的材料結(jié)構(gòu)，但Ge/InP會(huì)吸收能量在1.42eV以下的太陽光，從而降低InGaAsP/InGaAs電池的效率。因此，必須要在鍵合之前獲得Ge薄層，這會(huì)大大增加電池研制的工藝?yán)щy。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于上述以InGaP/（In）GaAs/Ge三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽能電池為代表的光伏技術(shù)仍無法達(dá)到與太陽光譜的最佳匹配，以及制作單片級(jí)聯(lián)三結(jié)以上的太陽能電池存在的半導(dǎo)體材料間晶格失配的客觀困難，本發(fā)明的目的是提出一種四結(jié)GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太陽電池的制作方法，在繼承以往兩結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高、穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，制備四結(jié)單片高效太陽電池，以獲得高電壓、低電流輸出，從而有效降低超高倍聚光太陽電池中的電阻損失，實(shí)現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)，本發(fā)明的太陽能電池沒有InP襯底，成本低。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池的制作方法，包括：（1）在GaAs襯底上生長(zhǎng)與GaAs晶格匹配的GaInP/GaAs雙結(jié)電池，在InP襯底上生長(zhǎng)與InP晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池；（2）將GaInP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池鍵合；（3）剝離InP襯底，獲得僅有GaAs襯底支撐的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的制作方法具體包括：1）在GaAs襯底上首先生長(zhǎng)GaAs緩沖層，然后生長(zhǎng)GaAs子電池，第二隧道結(jié)，GaInP子電池和歐姆接觸層，在InP襯底上首先生長(zhǎng)InP緩沖層，然后生長(zhǎng)0.1~1μm的InGaAs刻蝕停止層，AlInAs犧牲層，0.2~1μm的歐姆接觸層，接下來生長(zhǎng)InGaAs子電池，第一隧道結(jié)，InGaAsP子電池和鍵合層；2）將GaInP/GaAs雙結(jié)電池的GaAs襯底面與InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池的鍵合層鍵合，形成隧道結(jié)；3）采用濕法腐蝕的方法剝離InP襯底；4）制作正、負(fù)電極，獲得僅有GaAs襯底支撐的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的步驟3）中，濕法腐蝕的腐蝕液體積比為HCL:H3PO4=1:1。本發(fā)明還公開了一種由上述方法制作的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明提供一種四結(jié)GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太陽電池的制作方法，在繼承以往兩結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高、穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，制備四結(jié)單片高效太陽電池，以獲得高電壓、低電流輸出，從而有效降低超高倍聚光太陽電池中的電阻損失，實(shí)現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率。另一方面，本發(fā)明在將GaInP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池鍵合后，將InP襯底剝離，獲得了僅有GaAs襯底支撐的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池，被剝離的InP襯底可以重復(fù)利用，大大降低了成本，降低了InP襯底的消耗，也降低了太陽電池的制作成本。剝離InP襯底優(yōu)勢(shì)在于可重復(fù)利用InP襯底，降低電池成本；采用GaAs作為支撐襯底其機(jī)械強(qiáng)度足以，無需其他支撐襯底。附圖說明為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中在GaAs襯底上制作GaInP/GaAs雙結(jié)電池的示意圖；圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中在InP襯底上制作InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池的示意圖；圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中GaInP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池鍵合的示意圖；圖4所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中InP襯底被剝離的示意圖；圖5所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中制作獲得的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池的制作方法如下：1）鍵合前電池的生長(zhǎng)參圖1所示，首先在GaAs襯底上首先生長(zhǎng)0.2-1μm的GaAs緩沖層，接下來生長(zhǎng)GaAs子電池，第二隧道結(jié)，GaInP子電池，500nmGaAs接觸層。參圖2所示，在InP襯底上先生長(zhǎng)0.2-1μm的InP緩沖層，然后生長(zhǎng)0.1-1μm的InGaAs刻蝕停止層，15nm的AlInAs犧牲層，0.2-1μm的InGaAs接觸層，接下來生長(zhǎng)晶格匹配的InGaAs電池，第一隧道結(jié)，InGaAsP電池，20nmN++InP鍵合層。所有電池均采用晶格匹配生長(zhǎng)，不會(huì)涉及到因晶格不匹配增加材料生長(zhǎng)的難度；更不會(huì)因晶格失配，外延層應(yīng)力釋放產(chǎn)生位錯(cuò)，而影響晶體質(zhì)量，進(jìn)而影響器件性能。2）晶片的鍵合參圖3所示，本實(shí)施例中鍵合界面是P++GaAs/N++InP，P++GaAs需摻雜濃度高于1.0×1019/cm2；N++InP的摻雜濃度也需高于1.0×1019/cm2。P++GaAs/N++InP鍵合形成異質(zhì)隧道結(jié)。3）InP襯底剝離參圖4所示，鍵合完成后，接下來進(jìn)行InP襯底的剝離，采用濕法腐蝕的方法，InP襯底需要做背面與側(cè)壁保護(hù)，腐蝕液為HCL:H3PO4=1:1。參圖5所示，襯底剝離完成后，在四結(jié)電池片的兩個(gè)表面分別制作正負(fù)電極，完成四結(jié)太陽電池的制作。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯拢€可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。