本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用的光伏技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Si襯底支撐的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池及其制作方法。

背景技術(shù)：
作為一種理想的綠色能源材料，太陽(yáng)電池成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)，為了促進(jìn)太陽(yáng)電池的進(jìn)一步實(shí)用化，提高其光電轉(zhuǎn)換效率是其降低發(fā)電成本的一種有效手段。疊層電池采用不同禁帶寬度的子電池串聯(lián)能極大的提高太陽(yáng)光的利用率，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，該材料體系在一個(gè)太陽(yáng)下目前達(dá)到的最高轉(zhuǎn)換效率為32～33%。然而該三結(jié)電池中Ge底電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流較大，為了實(shí)現(xiàn)與其他子電池的電流匹配必然會(huì)降低太陽(yáng)光利用率。為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率，需要對(duì)底電池進(jìn)行拆分，如在GaAs和Ge電池中間插入一帶隙為1.00eV的InGaAsN材料，做成四結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池，實(shí)現(xiàn)光電流匹配，提高電池效率。但目前制備的InGaAsN材料缺陷多、載流子遷移率低，影響了電池性能的提高。因此研究人員積極尋求別的途徑來(lái)獲得高效的太陽(yáng)能電池，如何實(shí)現(xiàn)多結(jié)太陽(yáng)電池合理的帶隙組合，減小電流失配同時(shí)而又不提高電池制作成本和難度成為當(dāng)前Ⅲ-Ⅴ族太陽(yáng)電池亟需解決的問(wèn)題。

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(yáng)能電池為代表的光伏技術(shù)仍無(wú)法達(dá)到與太陽(yáng)光譜的最佳匹配，以及制作三結(jié)及三結(jié)以上的太陽(yáng)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)明提供一種Si襯底三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池，其包括從下至上依次設(shè)置在Si襯底上的第一過(guò)渡層、GeSi底電池、第二過(guò)渡層、第一隧道結(jié)、GaAs中間電池、第二隧道結(jié)、GaInP頂電池、GaAs接觸層。優(yōu)選地，所述GeSi底電池、GaAs中間電池、GaInP頂電池的禁帶寬度分別為1.89eV、1.42eV、1.0eV。優(yōu)選地，所述第一過(guò)渡層是的材質(zhì)是SixGe1-x，0.8≤x＜1。優(yōu)選地，所述第一過(guò)渡層中所述x含量按照遠(yuǎn)離Si襯底的方向呈線性或臺(tái)階式降低，所述第一過(guò)渡層厚度不大于2μm。優(yōu)選地，所述第二過(guò)渡層的材質(zhì)為GaAsyP1-y，0.098≤y≤1。優(yōu)選地，所述第二過(guò)渡層中所述y含量按照遠(yuǎn)離Si襯底的方向呈線性或臺(tái)階式降低，所述第二過(guò)渡層厚度不大于3μm。優(yōu)選地，還包括分別設(shè)置在所述Si襯底底部、GaAs接觸層頂部的背電極和柵電極，以及設(shè)置在所述柵電極表面的抗反膜。本發(fā)明還提供這種根Si襯底三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)電池的制作方法，包括如下步驟：步驟A、采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀法或分子束外延法按照遠(yuǎn)離Si襯底的方向依次在Si襯底上生長(zhǎng)第一過(guò)渡層、GeSi底電池、第二過(guò)渡層、第一隧道結(jié)、GaAs中間電池、第二隧道結(jié)、GaInP頂電池、GaAs接觸層；步驟B、分別在所述Si襯底底部、所述GaAs接觸層頂部蒸鍍背電極和柵電極，以及在所述柵電極表面蒸鍍抗反膜。有益效果：本發(fā)明的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池在繼承以往兩結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)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，實(shí)現(xiàn)了在Si襯底生長(zhǎng)GeSi、GaAs及GaInP子電池，形成1.89eV/1.42eV/1.0eV的帶隙組合。本發(fā)明采用低廉的Si材料作為襯底，不但減少GaAs的消耗量，也降低了電池的制作成本，同時(shí)還提高了電池的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池能獲得高電壓、低電流輸出，從而有效降低超高倍聚光太陽(yáng)電池中的電阻損失，實(shí)現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的第一過(guò)渡層結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的第二過(guò)渡層結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易理解，下面特結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明如下：本發(fā)明基于晶格異變漸變過(guò)渡層技術(shù)，通過(guò)兩次生長(zhǎng)晶格異變過(guò)渡層，實(shí)現(xiàn)了Si襯底10生長(zhǎng)GeSi、GaAs及GaInP子電池并獲得三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池。如圖1所示，本實(shí)施例的三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池包括：按照遠(yuǎn)離Si襯底10的方向依次在Si襯底10上生長(zhǎng)第一過(guò)渡層21、GeSi底電池30、第二過(guò)渡層22、第一隧道結(jié)41、GaAs中間電池50、第二隧道結(jié)42、GaInP頂電池60、GaAs接觸層70。還包括在所述Si襯底10底部、GaAs接觸層70頂部設(shè)置的背電極91、柵電極92，以及蒸鍍?cè)谒鰱烹姌O92上的抗反膜93。其中，所述GeSi底電池30、GaAs中間電池50、GaInP頂電池60的禁帶寬度分別為1.89eV、1.42eV、1.0eV。下面詳細(xì)介紹本實(shí)施例三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池的制作方法，包括如下步驟：步驟A：采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀法（MOCVD）按照遠(yuǎn)離Si襯底10的方向在Si襯底10上生長(zhǎng)第一過(guò)渡層21、GeSi底電池30、第二過(guò)渡層22、第一隧道結(jié)41、GaAs中間電池50、第二隧道結(jié)42、GaInP頂電池60、GaAs接觸層70。在其他實(shí)施中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，上述外延層的生長(zhǎng)還可以采用分子束外延法（MBE）。（1）第一過(guò)渡層21：在P型Si襯底10上生長(zhǎng)多層SixGe1-x作為第一過(guò)渡層21，0.8≤x＜1。為了實(shí)現(xiàn)所述Si襯底10晶格匹配地過(guò)渡至GeSi底電池30，所述x含量按照遠(yuǎn)離Si襯底10的方向呈臺(tái)階式降低。例如，如圖2所示，本實(shí)施的第一過(guò)渡層21包括4層SixGe1-x，從第一層Si0.95Ge0.0521a開始，按照遠(yuǎn)離Si襯底10的方向，每往上生長(zhǎng)一層SixGe1-x，x減少0.05，如此x按照同樣的減幅減少4次，直到Si0.8Ge0.221d完成生長(zhǎng)為止。其中，Si0.95Ge0.0521a，Si0.9Ge0.121b，Si0.85Ge0.1521c厚度為200nm，最后Si0.8Ge0.221d厚度為500nm。在其他實(shí)施例當(dāng)中，第一過(guò)渡層還可以采用線性降低的方式實(shí)現(xiàn)，即設(shè)置一組分漸變過(guò)渡層實(shí)現(xiàn)組分從Si0.95Ge0.05到Si0.8Ge0.2的過(guò)渡。但無(wú)論哪種方式第一過(guò)渡層的總厚度不大于2μm。（2）SiGe底電池30：本實(shí)施例的SiGe底電池30的結(jié)構(gòu)包括依次在第一過(guò)渡層21上生長(zhǎng)的20～30μm的P-型Si0.8Ge0.2基區(qū)以及0.2～2μm的N型Si0.8Ge0.2發(fā)射區(qū)。（3）第二過(guò)渡層22：采用多層GaAsyP1-y作為第二過(guò)渡層22，0.098≤y≤1。為了實(shí)現(xiàn)所述SiGe底電池30晶格匹配地過(guò)渡至所述GaAs中間電池50、GaInP頂電池60，所述y含量按照遠(yuǎn)離Si襯底10的方向呈臺(tái)階式提高，提高的速率為4～50%。例如，如圖3所示，本實(shí)施例的第二過(guò)渡層22包括20層GaAsyP1-y，從第一層GaAs0.098P0.902開始，按照遠(yuǎn)離Si襯底10的方向，每往上生長(zhǎng)一層GaAsyP1-y，y增加0.045，如此y按照同樣的增幅增加20次，此時(shí)GaAs0.953P0.047完成生長(zhǎng)，最后令y=1，GaAs0.953P0.047表面生長(zhǎng)N+型GaAs緩沖層，完成第二過(guò)渡層22的制作。其中，GaAs0.098P0.902、GaAs0.143P0.857、GaAs0.188P0.812……GaAs0.953P0.047這20層的厚度為200nm，最后一層GaAs緩沖層的厚度500nm。在其他實(shí)施例當(dāng)中，第二過(guò)渡層還可以采用線性降低的方式實(shí)現(xiàn)，即在一組分漸變過(guò)渡層實(shí)現(xiàn)組分從GaAs0.098P0.902到GaAs的過(guò)渡。但無(wú)論哪種方式第二過(guò)渡層的總厚度不大于3μm。（4）第一隧道結(jié)41：即從下至上依次生長(zhǎng)15～30nm的N++GaAs、10～30nm的P++GaAs完成第一隧道結(jié)41。（5）GaAs中間電池50：從下至上依次生長(zhǎng)50nm的P++型AlGaAs背場(chǎng)、1.5～2.5μm的P-型GaAs基區(qū)、0.1～0.4μm的N型GaAs發(fā)射區(qū)以及0.05～0.5μm的N++型AlInP窗口層。（6）第二隧道結(jié)42：即從下至上依次生長(zhǎng)15～30nm的N++型GaInP、10～30nm的P++型AlGaAs完成第二隧道結(jié)42。（7）GaInP頂電池60：即從下至上依次生長(zhǎng)50nm的P++型AlGaInP背場(chǎng)，0.4～1μm的P-型GaInP基區(qū)、0.05～0.15μm的N型GaInP發(fā)射區(qū)以及0.02～0.5μm的N++型AlInP窗口層。（8）GaAs接觸層70：在GaInP頂電池60上生長(zhǎng)500nmN+型GaAs接觸層70。步驟B：在Si襯底10底部、選擇性腐蝕后的GaAs接觸層70頂部分別制作背電極91和柵電極92，在柵電極91上蒸鍍抗反膜93，最終形成目標(biāo)三結(jié)級(jí)聯(lián)太陽(yáng)能電池。本實(shí)施例中，N、N+、N++分別表示摻雜濃度為1.0×1017～1.0×1018/cm2、1.0×1018～9.0×1018/cm2、9.0×1018～1.0×1020/cm2；P-、P++分別表示摻雜濃度為1.0×1015～1.0×1018/cm2、9.0×1018～1.0×1020/cm2。綜上所述，是對(duì)本發(fā)明一具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，對(duì)本案保護(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)方法，等細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。