[发明专利]GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在太阳能电池领域，如何实现对太阳全光谱的充分吸收、提高光生载流子的产生效率和促进电子-空穴分离,一直是提高太阳能电池效率的核心关键问题。目前的太阳能电池结构设计基本上基于以下两种考虑：一是优先考虑晶格匹配而将光电流匹配放在次要的位置。但晶格匹配的电池结构由于其确定的带隙能量，限制了太阳能电池的光电流匹配，使得它不能实现对太阳光的全光谱吸收利用。二是优先考虑多结结构的光电流匹配而采用晶格失配的生长方式，而晶格失配生长的材料由于晶体质量差，难以得到高转化效率的电池。目前研究较多而且技术较为成熟的体系是GaInP/GaAs/Ge三结电池，该材料体系在一个太阳下目前达到的最高转换效率为32-33%。该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍多，由于受三结电池串联的制约，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用，所以该三结电池的效率还有改进的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池，包括Ge衬底层，以及在所述Ge衬底层上依次设置的第一Ge子电池、第一隧穿结、第二Ge子电池、第二隧穿结、GaAs子电池、第三隧穿结、GaInP子电池和(In)GaAs或Ge的接触层。

所述的GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池，进一步包括材料为InGaAs的第一缓冲层和InGaAs的第二缓冲层，所述第一缓冲层位于第一Ge子电池和第一隧穿结之间，第二缓冲层位于第一隧穿结和第二Ge子电池之间。

所述第一Ge子电池包含依次按照逐渐远离Ge衬底层方向设置的材料为Ge的第一发射区和Al(Ga)InP的第一窗口层。

所述第一隧穿结、第二隧穿结均包含依次按照逐渐远离Ge衬底层方向设置的材料为AlGaAs或Al(Ga)InP的势垒层、InGaAs的掺杂层、InGaAs的掺杂层以及AlGaAs或Al(Ga)InP的势垒层。

所述第二Ge子电池包含依次按照逐渐远离Ge衬底层方向设置的材料为GaInP的第二背场层、Ge的第二基区、Ge的第二发射区和Al(Ga)InP的第二窗口层。

所述GaAs子电池包含依次按照逐渐远离Ge衬底层方向设置的材料为Al(Ga)InP的第三背场层、GaAs的第三基区、GaAs的第三发射区以及Al(Ga)InP的第三窗口层。

所述第三隧穿结包含依次按照逐渐远离Ge衬底层方向设置的材料为AlGaAs或Al(Ga)InP的势垒层、GaInP的掺杂层、AlGaAs的掺杂层以及材料为AlGaAs或Al(Ga)InP的势垒层。

所述GaInP子电池包含依次按照逐渐远离Ge衬底层方向设置的材料为Al(Ga)InP的第四背场层、GaInP的第四基区、GaInP的第四发射区以及Al(Ga)InP的第四窗口层。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种所述的GaInP/GaAs/Ge/Ge四结太阳能电池的制备方法，包括步骤：1）提供一Ge衬底层；2）在Ge衬底层表面生长第一Ge子电池；3）在第一Ge子电池表面生长第一隧穿结；4）在第一隧穿结表面生长第二Ge子电池；5）在第二Ge子电池表面生长第二隧穿结；6）在第二隧穿结表面生长GaAs子电池；7）在GaAs子电池表面生长第三隧穿结；8）在第三隧穿结表面生长GaInP子电池；9）在GaInP子电池表面生长接触层。

所述步骤2）和3）之间进一步包括步骤：在第一Ge子电池和第一隧穿结之间生长第一缓冲层，所述步骤3）与4）之间进一步包括步骤：在第一隧穿结和第二Ge子电池之间生长第二缓冲层。