一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池及其制備方法，其電池是以P型碳化硅為襯底，自襯底表面起由下至上依次層疊排列著低溫P-GaAs緩沖層、高溫P-GaAs緩沖層、底電池、中電池、頂電池以及N++-GaAs接觸層，所述的底電池與中電池以及中電池與頂電池之間分別設(shè)置有隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)。由于P型碳化硅襯底是寬帶隙半導(dǎo)體材料，與鍺襯底與砷化鎵襯底相比具有高導(dǎo)熱系數(shù)，因此該電池能夠提高高倍聚光下的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性。另外，該電池在碳化硅襯底與底電池之間采用P-GaAs緩沖層，從而能夠有效解決碳化硅襯底與多結(jié)砷化鎵電池晶格類(lèi)型不同、晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差別大帶來(lái)的外延生長(zhǎng)問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚光三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池具有全光譜吸收、高轉(zhuǎn)換效率、耗材少、用地面積少等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)聚光顯著提高了電池電流輸出，特別是在實(shí)現(xiàn)高倍聚光后，能夠獲得更高的輸出功率，因此，聚光三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池被廣泛應(yīng)用于地面光伏發(fā)電領(lǐng)域。
[0003]目前，三結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)電池多采用在鍺(Ge)襯底或者砷化鎵(GaAs)襯底上外延生長(zhǎng)而制得。為了進(jìn)一步提高多結(jié)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，人們已從理論上設(shè)計(jì)了四結(jié)和五結(jié)的疊層電池，并給出了多結(jié)光伏電池的理論效率，但是近年來(lái)的研究進(jìn)展緩慢。造成這一結(jié)果的一個(gè)重要原因是，Ge或者GaAs熱導(dǎo)系數(shù)較小，在高倍聚光條件下，芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱不能及時(shí)傳導(dǎo)出去，導(dǎo)致芯片溫度升高，降低了電池效率，同時(shí)降低了電池穩(wěn)定性和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池及其制備方法，該電池具 有高光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性及可靠性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案其多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，以P型碳化硅為襯底，自襯底表面起由下至上依次層疊排列著低溫P-GaAs緩沖層、高溫P-GaAs緩沖層、底電池、中電池、頂電池以及N++_GaAs接觸層，其中，所述的底電池與中電池以及中電池與頂電池之間分別設(shè)置有隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)。
[0006]所述的低溫P-GaAs緩沖層是在溫度為500°C~540°C條件下制備得到的P-GaAs緩沖層，其厚度為20nm~30nm ;所述的高溫P-GaAs緩沖層是在溫度為680°C~720°C條件下制備得到的P-GaAs緩沖層，其厚度為500nm~800nm。
[0007]所述的底電池由從下至上依次層疊排列的P- (AlxGa1J ^yInyAs底電池背場(chǎng)，其中0〈x〈l，0〈y〈l ;P-GaxIni_xAs底電池基底層，其中0〈x〈l ;N-GaxIni_xAs底電池發(fā)射層，其中0〈x〈l ;N-GaxIni_xP底電池窗口層，其中0〈χ〈1組成。
[0008]所述的中電池由從下至上依次層疊排列的P-AlxGahAs中電池背場(chǎng)，其中0〈χ〈1 ；P-GaAs中電池基底層；N-GaAs中電池發(fā)射層A-(AlxGah)1IlnyP中電池窗口層，其中0<x<l,0<y<l 組成。
[0009]所述的頂電池由從下至上依次層疊排列的P- (AlxGa1J ^yInyP頂電池背場(chǎng)，其中0〈x〈l，0〈y〈l ;P-GaxIni_xP頂電池基底層，其中0〈x〈l ;N-GaxIni_xP頂電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1 ;Ν-Α1χΙηι_χΡ頂電池窗口層，其中0〈χ〈1組成。
[0010]所述的底電池與中電池之間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)由從下至上依次層疊排列的N-GaxIrvxAs底中電池緩沖層，其中0〈χ〈1 ；以及N++-GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)組成。[0011]所述的中電池與頂電池之間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)是中頂電池遂穿結(jié),其中0〈x〈l，0〈y〈l。
[0012]所述的高溫P-GaAs緩沖層和底電池背場(chǎng)之間設(shè)置P-(AlxGah)yIrvyAs緩沖層，其中 0〈x〈l，0〈y〈l。
[0013]本發(fā)明所述的制備方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一、P型碳化硅襯底熱處理:首先在溫度為730°C?770°C、H2氣氛條件下對(duì)P型碳化硅襯底進(jìn)行熱處理；
[0015]步驟二、低溫P-GaAs緩沖層生長(zhǎng):將生長(zhǎng)室溫度降低到500°C?540°C，然后通入TMGa,DEZn和AsH3,在P型碳化硅襯底表面上生長(zhǎng)低溫P-GaAs緩沖層，停止生長(zhǎng)后，將生長(zhǎng)室的溫度升溫到680°C?720°C后退火，其中，所述低溫P-GaAs緩沖層中的摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3?5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0016]步驟三、高溫P-GaAs緩沖層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在680°C?720°C，繼續(xù)通入TMGa、DEZn和AsH3,在低溫P-GaAs緩沖層表面上生長(zhǎng)高溫P-GaAs緩沖層，其中，所述高溫P-GaAs緩沖層中的摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3?5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0017]步驟四、在高溫P-GaAs緩沖層表面依次生長(zhǎng)底電池，底電池與中電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)，中電池，中電池與頂電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)，頂電池以及N++_GaAs接觸層。
[0018]在所述步驟四中，底電池的沉積方法包括如下步驟:
[0019](I)將生長(zhǎng)室溫度降低到 580°C?620°C，通入 TMGa、TMAUTMIn, DEZn 和 AsH3,在高溫P-GaAs緩沖層表面生長(zhǎng)P- (AlxGa1J 1-yInyAs底電池背場(chǎng)，其中0〈x〈 I，0〈y〈 I，所述底電池背場(chǎng)中的摻Zn量為3E18個(gè)原子/cm3?8E18個(gè)原子/cm3 ；
[0020](2)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C?620°C，通入TMGa、TMIn、DEZn和AsH3，在所述的底電池背場(chǎng)表面生長(zhǎng)P-GaxIrvxAs底電池基底層，其中0〈x〈 I，所述底電池基底層中的摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3-5E17個(gè)原子/cm3 ；
[0021 ] (3)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C?620°C，通入TMGa、TMIn、Si2H6和AsH3,在所述的底電池基底層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxAs底電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1，所述底電池發(fā)射層中的摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3?5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0022](4)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C?620°C，通入TMGa、TMIn, Si2H6和PH3,在所述的底電池發(fā)射層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxP底電池窗口層，其中0〈χ〈1，所述底電池窗口層中的摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3?5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0023]底電池與中電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法包括如下步驟:
[0024](I)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C?620°C，通入TMGa、TMIn、Si2H6和AsH3,在所述的底電池窗口層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxAs底中電池緩沖層，其中0〈χ〈1，所述底中電池緩沖層中的摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3?5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0025](2)保持生長(zhǎng)室溫度在 580°C?620°C，先后通入 TMGa、SeH2、AsH3 和 TMGa、CBr4,AsH3,在所述的底中電池緩沖層上先后生長(zhǎng)N++-GaAs和P++_GaAs，從而形成N++_GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)，其中，所述底中電池遂穿結(jié)中摻Se量為1E19個(gè)原子/cm3?5E19個(gè)原子/cm3,摻C量為1E19個(gè)原子/cm3?5E19個(gè)原子/cm3 ；
[0026]中電池的沉積方法包括如下步驟:
[0027](I)將生長(zhǎng)室溫度升溫至630°C?670°C，通入TMAl、TMGa、DEZn和AsH3,在N++-GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)表面生長(zhǎng)P-AlxGapxAs中電池背場(chǎng)，其中0〈χ〈1，所述中電池背場(chǎng)中摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0028](2)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、DEZn和AsH3，在所述的中電池背場(chǎng)表面生長(zhǎng)P-GaAs中電池基底層，其中，所述中電池基底層中摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3~5E17個(gè)原子/cm3 ；
[0029](3)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、Si2H6和AsH3,在所述的中電池基底層表面生長(zhǎng)N-GaAs中電池發(fā)射層，其中，所述中電池發(fā)射層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3 ~5E18 個(gè)原子 /cm3 ； [0030](4) N-AlGaInP中電池窗口層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa,TMAUTMIn,Si2H6和PH3，在N-GaAs中電池發(fā)射層表面生長(zhǎng)N-(AlxGa1J ^InyP中電池窗口層，其中0〈x〈l，0〈y〈l，所述中電池窗口層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子 /cm3;
[0031]中電池與頂電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)的沉積方法如下:
[0032]保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，先后通入 TMGa、TMIn, SeH2, PH3 和 TMGa、TMAl、CBr4、AsH3在所述的中電池窗口層表面先后生長(zhǎng)N++-GaxIni_xP和Ρ++-Α?ρ&1_/8，其中0〈χ〈1，0〈y〈l，從而形成N++-GaInP/P++-AlGaAs中頂電池遂穿結(jié)，其中，所述中頂電池遂穿結(jié)中摻Se量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3，摻C量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3 ；
[0033]頂電池的沉積方法包括如下步驟:
[0034](I)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMAl、TMGa、TMIn、DEZn和PH3,在所述的中頂電池遂穿結(jié)表面生長(zhǎng)P- (AlxGa1J 1-yInyP頂電池背場(chǎng)，其中0〈x〈l，0〈y〈l，所述頂電池背場(chǎng)中摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0035](2)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、TMIn, DEZn和PH3,在所述的頂電池背場(chǎng)表面生長(zhǎng)P-GaxIrvxP頂電池基底層，其中0〈χ〈1，所述頂電池基底層中摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3~5E17個(gè)原子/cm3 ；
[0036](3)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、TMIn, Si2H6和PH3,在所述的頂電池基底層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxP頂電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1，所述頂電池發(fā)射層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0037](4)保持生長(zhǎng)室溫度在 630°C~670°C，通入 TMA1、TMIn, Si2H6 和 PH3,在 N-GaInP頂電池發(fā)射層表面生長(zhǎng)N-AlxIrvxP頂電池窗口層，其中0〈χ〈1，所述頂電池窗口層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ；
[0038]N++_GaAs接觸層的沉積方法如下:
[0039]將生長(zhǎng)室溫度降低到450°C~550°C，通入TMGa、SeH2和AsH3,在N-AlInP頂電池窗口層表面生長(zhǎng)N++-GaAs接觸層，其中，所述N++-GaAs接觸層中摻Se量為IE19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3。
[0040]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果:
[0041]1、使用P型碳化硅作為多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池外延生長(zhǎng)襯底，由于P型碳化硅襯底是寬帶隙半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為490W/m.Κ，是鍺襯底導(dǎo)熱系數(shù)(55.9W/m.Κ)的8.8倍，是砷化鎵襯底導(dǎo)熱系數(shù)(44W/m.K)的11.1倍，因此，P型碳化硅是高導(dǎo)熱性材料，故在太陽(yáng)能電池中采用P型碳化硅作為襯底，可以極大地提高其高倍聚光下的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性，提高其放大倍數(shù)以及其大電流工作能力，進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池的使用壽命并降低了太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本；
[0042]2、在碳化硅襯底與底電池之間采用P-GaAs緩沖層(包括低溫P-GaAs緩沖層與高溫P-GaAs緩沖層)，從而有效解決了碳化硅襯底與多結(jié)砷化鎵電池晶格類(lèi)型不同、晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)差別大帶來(lái)的外延生長(zhǎng)問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為實(shí)施例中的三結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0045]如圖1所示，本實(shí)施例所述的多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池具體為三結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，當(dāng)然也可以是四結(jié)、五結(jié)或六結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，在本實(shí)施例中，所述的三結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池是以P型碳化硅(SiC)為襯底，自襯底表面起由下至上依次層疊排列著低溫P-GaAs緩沖層、高溫P-GaAs緩沖層、底電池、中電池、頂電池以及N++_GaAs接觸層，其中，所述的底電池與中電池以及中電池與頂電池之間分別設(shè)置有隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)；所述的低溫P-GaAs緩沖層是在溫度為500°C?540°C條件下制備得到的P-GaAs緩沖層，其厚度優(yōu)選為20nm?30nm ;所述的高溫P-GaAs緩沖層是在溫度為680°C?720°C條件下制備得到的P-GaAs緩沖層，其厚度優(yōu)選為500nm?800nm ;所述的N++_GaAs接觸層厚度優(yōu)選為IOOnm?500nm ;在本實(shí)施例中,所述的P-表示摻雜后，如摻Zn后形成的P型材料；N-表示摻雜后，如摻Si后形成的N型材料；P++-表示摻雜后，如摻C后形成的高摻雜P型材料；N++-表示摻雜后，如摻Se后形成的高摻雜N型材料。
[0046]所述的底電池由從下至上依次層疊排列的P-A10.122Ga0.488In0.39As底電池背場(chǎng)(帶隙寬度為1.102eV)、P-Ga0.61 In0.39As底電池基底層(帶隙寬度為0.932eV)、N-Ga0.61In0.39As底電池發(fā)射層(帶隙寬度為0.932eV)、N-Ga0.1In0.9P底電池窗口層(帶隙寬度為1.422eV)組成；所述的底電池背場(chǎng)厚度優(yōu)選為50nm?lOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.0eV?1.2eV;所述的底電池基底層厚度優(yōu)選為IOOOnm?2000nm，其帶隙寬度優(yōu)選為0.9eV?1.0eV ;所述的底電池發(fā)射層厚度優(yōu)選為IOOnm?200nm，其帶隙寬度優(yōu)選為0.9eV?1.0eV ;所述的底電池窗口層厚度優(yōu)選為50nm?lOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.4eV ?1.5eV0
[0047]所述的中電池由從下至上依次層疊排列的P-A10.3Ga0.7As中電池背場(chǎng)(帶隙寬度為1.798eV)、P-GaAs中電池基底層、N-GaAs中電池發(fā)射層、N-A10.05Ga0.45In0.5P中電池窗口層(帶隙寬度為2.15eV)組成；所述的中電池背場(chǎng)厚度優(yōu)選為50nm?lOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.7?1.9eV ;所述的中電池基底層厚度優(yōu)選為2500nm?3500nm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.4?1.6eV ;所述的中電池發(fā)射層厚度優(yōu)選為500nm?IOOOnm,其帶隙寬度優(yōu)選為
1.4?1.6eV ;所述的中電池窗口層厚度優(yōu)選為IOOnm?500nm，其帶隙寬度優(yōu)選為2.0?
2.2eV0
[0048]所述的頂電池由從下至上依次層疊排列的P-A10.105Ga0.421In0.474P頂電池背場(chǎng)(帶隙寬度為2.235eV)、P-Ga0.526In0.474P頂電池基底層(帶隙寬度為1.905eV)、N-Ga0.526ΙηΟ.474Ρ頂電池發(fā)射層(帶隙寬度為1.905eV)、N-A10.526ΙηΟ.474Ρ頂電池窗口層(帶隙寬度為2.603eV)、N++-GaAs接觸層組成；所述的頂電池背場(chǎng)厚度優(yōu)選為50nm~lOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為2.2eV~2.4eV ;所述的頂電池基底層厚度優(yōu)選為500nm~lOOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.8eV~2.0eV ;所述的頂電池發(fā)射層厚度優(yōu)選為IOOnm~500nm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.8eV~2.0eV ;所述的頂電池窗口層厚度優(yōu)選為50nm~lOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為2.5eV~2.7eV。
[0049]所述的高溫P-GaAs緩沖層與底電池背場(chǎng)之間設(shè)置P-A10.15Ga0.7In0.15As緩沖層(帶隙寬度為1.38eV)。
[0050]所述的底電池與中 電池之間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)由從下至上依次層疊排列的N-Ga0.85In0.15As底中電池緩沖層(帶隙寬度為1.24eV)，以及N++-GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)組成；所述的N++-GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)是在所述的底中電池緩沖層上先生長(zhǎng)N++_GaAs，然后再生長(zhǎng)P++_GaAs，從而形成的一種遂穿結(jié)結(jié)構(gòu)；所述的底中電池緩沖層厚度優(yōu)選為50nm~lOOnm，其帶隙寬度優(yōu)選為1.2eV~1.4eV ;所述的底中電池遂穿結(jié)厚度優(yōu)選為 IOOnm ~150nm。
[0051 ] 所述的中電池與頂電池之間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)為N++-Ga0.526In0.474P/P++-A10.3Ga0.7As中頂電池遂穿結(jié)，其中P++-A10.3Ga0.7As帶隙寬度為1.798eV,N++-Ga0.526In0.474P 帶隙寬度為 L 905eV ;所述的 N++-Ga0.526In0.474P/P++-A10.3Ga0.7As中頂電池遂穿結(jié)是在中電池表面上先生長(zhǎng)M+-Ga0.526In0.474P，然后再生長(zhǎng)P++-A10.3Ga0.7As，從而形成的一種遂穿結(jié)結(jié)構(gòu)；所述的中頂電池遂穿結(jié)厚度優(yōu)選為IOOnm~150nm，其隙寬度優(yōu)選為1.8eV~2.0eV。
[0052]本實(shí)施例中的三結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法制備得到。具體采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備，包括以下步驟:
[0053](I)P型碳化硅襯底熱處理:在730°C~770°C、H2氣氛下對(duì)P型碳化硅襯底熱處理10分鐘~20分鐘；
[0054](2)低溫P-GaAs緩沖層生長(zhǎng):將生長(zhǎng)室溫度降低到500°C~540°C，然后通入TMGa,DEZn和AsH3,在P型碳化硅襯底表面以lum/h的速率生長(zhǎng)厚度為25nm的低溫P-GaAs緩沖層，摻Zn量為2E18個(gè)原子/cm3，停止生長(zhǎng)后，將生長(zhǎng)室的溫度升溫到680°C~720°C退火5分鐘~10分鐘；
[0055](3)高溫P-GaAs緩沖層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在680°C~720°C，繼續(xù)通入TMGa、DEZn和AsH3，在低溫P-GaAs緩沖層上以lum/h的速率生長(zhǎng)厚度為600nm的高溫P-GaAs緩沖層，摻Zn量為2E18個(gè)原子/cm3 ；
[0056](4)P-A10.15Ga0.7In0.15As緩沖層生長(zhǎng):將生長(zhǎng)室溫度降低到580°C~620°C，然后通入TMGa、TMAl、TMIn、DEZn和AsH3，在高溫P-GaAs緩沖層上以10um/h的速率生長(zhǎng)厚度為 50nm 的 P-A10.15Ga0.7ΙηΟ.15As 緩沖層，摻 Zn 量為 2E18 個(gè)原子 /cm3 ；
[0057](5)P-A10.122Ga0.488In0.39As底電池背場(chǎng)生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，然后通入 TMGa、TMAl、TMIn, DEZn 和 AsH3，在 P-AlGaInAs 緩沖層上以 10um/h 的速率生長(zhǎng)厚度為IOOnm的P-A10.122Ga0.488In0.39As底電池背場(chǎng)，摻Zn量為3E18個(gè)原子/
3
cm ；[0058](6) P-Ga0.61In0.39As底電池基底層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，然后通入TMGa、TMIn, DEZn和AsH3，在所述的底電池背場(chǎng)上以10um/h的速率生長(zhǎng)厚度為2000nm的P-Ga0.61In0.39As底電池基底層，摻Zn量為2E17個(gè)原子/cm3 ；
[0059](7) N-Ga0.61In0.39As底電池發(fā)射層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，然后通入TMGa、TMIn, Si2H6和AsH3，在所述的底電池基底層上以10um/h的速率生長(zhǎng)厚度為200nm的N-Ga0.61In0.39As底電池發(fā)射層，摻Si量為2E18個(gè)原子/cm3 ；
[0060](8)N-Ga0.ΙΙηΟ.9P底電池窗口層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，然后通入TMGa、TMIn, Si2H6和PH3，在所述的底電池發(fā)射層上以2um/h的速率生長(zhǎng)厚度為50nm的Ga0.ΙΙηΟ.9P底電池窗口層，摻Si量為3E18個(gè)原子/cm3 ；
[0061](9) N-Ga0.85In0.15As底中電池緩沖層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，然后通入TMGa、TMIruSi2H6和AsH3，在N-GaInP底電池窗口層上以10um/h的速率生長(zhǎng)厚度為50nm的N-Ga0.85In0.15As底中電池緩沖層，摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3 ；
[0062](10)P++-GaAs/N++-GaAs底中電池遂穿結(jié)生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，分別通入TMGa、SeH2, AsH3和TMGa、CBr4, AsH3,在N-GaInAs底中電池緩沖層上以lum/h的速率分別生長(zhǎng)厚度為IOOnm的N++-GaAs和P++_GaAs，從而形成N++-GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)，摻Se和C的量均為2E19個(gè)原子/cm3 ；
[0063](Il)P-Al0.3Ga0.7As中電池背場(chǎng)生長(zhǎng):將生長(zhǎng)室溫度升溫至630°C~670°C，然后通入TMA1、TMGa、DEZn和AsH3，在N++-GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)上以lum/h的速率生長(zhǎng)厚度為IOOnm的P-AlGaAs中電池背場(chǎng)，摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3 ；
[0064](12) P-GaAs中電池基底層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa、DEZn和AsH3,在P-AlGaAs中電池背場(chǎng)上以10um/h的速率生長(zhǎng)厚度為2500nm的P-GaAs中電池基底層，摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3 ；
[0065](13) N-GaAs中電池發(fā)射層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa、Si2H6和AsH3,在P-GaAs中電池基底層上以10um/h的速率生長(zhǎng)厚度為500nm的N-GaAs中電池發(fā)射層，摻Si量為2E18個(gè)原子/cm3 ；
[0066](14)N-A10.05Ga0.45In0.5P中電池窗口層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa、TMAl、TMIn、Si2H6和PH3，在N-GaAs中電池發(fā)射層上生長(zhǎng)厚度為150nm的N-AlGaInP中電池窗口層，摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3 ；
[0067](15) P++-A10.3Ga0.7As/N++-Ga0.526In0.474P 中頂電池遂穿結(jié)生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在 630°C ~670°C，分別通入 TMGa、TMIn、SeH2、PH3和 TMGa、TMAl、CBr4^AsH3 在N-AlGaInP中電池窗口層上以lum/h的速率分別生長(zhǎng)厚度為IOOnm的N++_GaInP和P++_AlGaAs，從而形成N++-GaInP/P++-AlGaAs中頂電池遂穿結(jié)，摻Se和C的量均為2E19個(gè)原子/cm3 ；
[0068](16)P-A10.105Ga0.421In0.474P頂電池背場(chǎng)生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入 TMAl、TMGa、TMIn、DEZn 和 PH3，在 N++-GaInP/P++-AlGaAs 中頂電池遂穿結(jié)上以2um/h的速率生長(zhǎng)厚度為IOOnm的P-AlGaInP頂電池背場(chǎng)，摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3 ；
[0069](17) P-Ga0.526In0.474P頂電池基底層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa、TMIn、DEZn和PH3，在P-AlGaInP頂電池背場(chǎng)上以2um/h的速率生長(zhǎng)厚度為500nm的P-GaInP頂電池基底層，摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3 ；
[0070](18) N-Ga0.526In0.474P頂電池發(fā)射層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa、TMIn、Si2H6和PH3，在P-GaInP頂電池基底層上以2um/h的速率生長(zhǎng)厚度為IOOnm的N-GaInP頂電池發(fā)射層，摻Si量為2E18個(gè)原子/cm3 ；
[0071](19) N-A10.526In0.474P頂電池窗口層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C?670°C，然后通入TMAl、TMIn、Si2H6和PH3，在N-GaInP頂電池發(fā)射層上以2um/h的速率生長(zhǎng)厚度為50nm的N-AlInP頂電池窗口層，摻Si量為3E18個(gè)原子/cm3 ；
[0072](20) N++-GaAs接觸層生長(zhǎng):將生長(zhǎng)室溫度降低到450°C?550°C，然后通入TMGa、SeH2和AsH3,在N-AlInP頂電池窗口層上以lum/h的速率生長(zhǎng)厚度為200nm的N++_GaAs接觸層，摻Se量為1E19個(gè)原子/cm3。
[0073]以上所述之實(shí)施例子只為本發(fā)明之較佳實(shí)施例，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:以P型碳化硅為襯底，自襯底表面起由下至上依次層疊排列著低溫P-GaAs緩沖層、高溫P-GaAs緩沖層、底電池、中電池、頂電池以及N++-GaAs接觸層，其中，所述的底電池與中電池以及中電池與頂電池之間分別設(shè)置有隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的低溫P-GaAs緩沖層是在溫度為500°C~540°C條件下制備得到的P-GaAs緩沖層，其厚度為20nm~30nm ;所述的高溫P-GaAs緩沖層是在溫度為680°C~720°C條件下制備得到的P-GaAs緩沖層，其厚度為500nm~800nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的底電池由從下至上依次層疊排列的P- (AlxGa1J卜?底電池背場(chǎng)，其中0〈x〈 I，0〈y〈l ;P-GaxIni_xAs底電池基底層，其中0〈x〈l ;N-GaxIni_xAs底電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1 ；N-GaxIrvxP底電池窗口層，其中0〈x〈l組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的中電池由從下至上依次層疊排列的P-AlxGahAs中電池背場(chǎng)，其中0〈x〈l ；P-GaAs中電池基底層；N-GaAs中電池發(fā)射層；N-(AlxGah)HlnyP中電池窗口層，其中0〈x〈l，0〈y〈l組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的頂電池由從下至上依次層疊排列的P- (AlxGa1J ^yInyP頂電池背場(chǎng)，其中0〈x〈I，0〈y〈I ;P-GaxIrvxP頂電池基底層，其中0〈x〈l ;N-GaxIni_xP頂電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1 ；Ν-Α1χΙηι_χΡ頂電池窗口層，其中0〈χ〈1組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的底電池與中電池之間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)由從下至上依次層疊排列的N-GaxIrvxAs底中電池緩沖層，其中0〈χ〈1 ;以及N++- GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的中電池與頂電池之間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)是中頂電池遂穿結(jié)，其中0〈x〈l，0〈y〈lo
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述的高溫P-GaAs緩沖層和底電池背場(chǎng)之間設(shè)置P-(AlxGah)yIrvyAs緩沖層，其中0〈x〈l，0〈y〈l。
9.一種權(quán)利要求1所述的多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、P型碳化硅襯底熱處理:首先在溫度為730°C~770°C、H2氣氛條件下對(duì)P型碳化硅襯底進(jìn)行熱處理； 步驟二、低溫P-GaAs緩沖層生長(zhǎng):將生長(zhǎng)室溫度降低到500°C~540°C，然后通入TMGa,DEZn和AsH3,在P型碳化硅襯底表面上生長(zhǎng)低溫P-GaAs緩沖層，停止生長(zhǎng)后，將生長(zhǎng)室的溫度升溫到680°C~720°C后退火，其中，所述低溫P-GaAs緩沖層中的摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； 步驟三、高溫P-GaAs緩沖層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在680°C~720°C，繼續(xù)通入TMGa、DEZn和AsH3,在低溫P-GaAs緩沖層表面上生長(zhǎng)高溫P-GaAs緩沖層，其中，所述高溫P-GaAs緩沖層中的摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； 步驟四、在高溫P-GaAs緩沖層表面依次生長(zhǎng)底電池，底電池與中電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)，中電池，中電池與頂電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)，頂電池以及N++-GaAs接觸層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種多結(jié)聚光砷化鎵太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，在所述步驟四中，底電池的沉積方法包括如下步驟: (1)將生長(zhǎng)室溫度降低到580°C~620°C，通入TMGa、TMAUTMIn,DEZn和AsH3，在高溫P-GaAs緩沖層表面生長(zhǎng)P-(AlxGah)1IlnyAs底電池背場(chǎng)，其中0〈x〈l，0〈y〈l，所述底電池背場(chǎng)中的摻Zn量為3E18個(gè)原子/cm3~8E18個(gè)原子/cm3 ； (2)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，通入TMGa、TMIn,DEZn和AsH3，在所述的底電池背場(chǎng)表面生長(zhǎng)P-GaxIrvxAs底電池基底層，其中0〈χ〈1，所述底電池基底層中的摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3-5E17個(gè)原子/cm3 ； (3)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，通入TMGa、TMIn、Si2H6和AsH3,在所述的底電池基底層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxAs底電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1，所述底電池發(fā)射層中的摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； (4)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，通入TMGa、TMIn,Si2H6和PH3，在所述的底電池發(fā)射層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxP底電池窗口層，其中0〈χ〈1，所述底電池窗口層中的摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； 底電池與中電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法包括如下步驟: (1)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，通入TMGa、TMIruSi2H6和AsH3,在所述的底電池窗口層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxAs底中電池緩沖層，其中0〈χ〈1，所述底中電池緩沖層中的摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； (2)保持生長(zhǎng)室溫度在580°C~620°C，先后通入 TMGa、SeH2、AsH3 和 TMGa、CBr4、AsH3,在所述的底中電池緩沖層上先后生長(zhǎng)N^-GaAs和P++_GaAs，從而形成N++-GaAS/P++-GaAS底中電池遂穿結(jié)，其中，所述底中電池遂穿結(jié)中摻Se量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3,摻C量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3 ； 中電池的沉積方法包括如下步驟: (1)將生長(zhǎng)室溫度升溫至630°C~670°C，通入TMAl、TMGa、DEZn和AsH3，在N++_GaAs/P++-GaAs底中電池遂穿結(jié)表面生長(zhǎng)P-AlxGahAs中電池背場(chǎng)，其中0〈χ〈1，所述中電池背場(chǎng)中摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； (2)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、DEZn和AsH3，在所述的中電池背場(chǎng)表面生長(zhǎng)P-GaAs中電池基底層，其中，所述中電池基底層中摻Zn量為IE17個(gè)原子/cm3~5E17個(gè)原子/cm3 ； (3)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、Si2H6和AsH3,在所述的中電池基底層表面生長(zhǎng)N-GaAs中電池發(fā)射層，其中，所述中電池發(fā)射層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； (4)N-AlGaInP中電池窗口層生長(zhǎng):保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，然后通入TMGa、TMAl、TMIn, Si2H6和PH3，在N-GaAs中電池發(fā)射層表面生長(zhǎng)N-(AlxGa1J ^InyP中電池窗口層，其中0〈x〈l，0〈y〈l，所述中電池窗口層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； 中電池與頂電池間的隧穿結(jié)連接結(jié)構(gòu)的沉積方法如下: 保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，先后通入TMGa、TMIn, SeH2, PH3和TMGa、TMA1,CBr4、AsH3在所述的中電池窗口層表面先后生長(zhǎng)N++-GaxIni_xP和Ρ++-Α?ρ&1_/8，其中0〈χ〈1，0〈y〈l，從而形成N++-GaInP/P++-AlGaAs中頂電池遂穿結(jié)，其中，所述中頂電池遂穿結(jié)中摻Se量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3，摻C量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3 ； 頂電池的沉積方法包括如下步驟: (1)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMAl、TMGa、TMIn、DEZn和PH3，在所述的中頂電池遂穿結(jié)表面生長(zhǎng)P-(AlxGa1J ^yInyP頂電池背場(chǎng)，其中0〈x〈l，0〈y〈l，所述頂電池背場(chǎng)中摻Zn量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； (2)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、TMIn,DEZn和PH3，在所述的頂電池背場(chǎng)表面生長(zhǎng)P-GaxIrvxP頂電池基底層，其中0〈χ〈1，所述頂電池基底層中摻Zn量為1E17個(gè)原子/cm3~5E17個(gè)原子/cm3 ； (3)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMGa、TMIruSi2H6和PH3,在所述的頂電池基底層表面生長(zhǎng)N-GaxIrvxP頂電池發(fā)射層，其中0〈χ〈1，所述頂電池發(fā)射層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； (4)保持生長(zhǎng)室溫度在630°C~670°C，通入TMA1、TMIn,Si2H6和PH3,在N-GaInP頂電池發(fā)射層表面生長(zhǎng)N-AlxIrvxP頂電池窗口層，其中0〈χ〈1，所述頂電池窗口層中摻Si量為1E18個(gè)原子/cm3~5E18個(gè)原子/cm3 ； N++-GaAs接觸層的沉積方法如下: 將生長(zhǎng)室溫度降低到450°C~550°C，通入TMGa、SeH2和AsH3，在N-AlInP頂電池窗口層表面生長(zhǎng)N++-GaAs接觸層，其中，所述N++-GaAs接觸層中摻Se量為1E19個(gè)原子/cm3~5E19個(gè)原子/cm3。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103545389SQ201310508769
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】吳作貴, 楊翠柏, 王智勇, 吳步寧 申請(qǐng)人:廣東瑞德興陽(yáng)光伏科技有限公司