[发明专利]GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池外延结构

说明书

技术领域

本发明属于化合物半导体薄膜太阳能电池的外延生长领域，具体涉及在GaAs衬底上生长GaInP/GaAs/InGaAs三结高效太阳能电池外延结构，能够进一步提高电池的光电转换效率。

背景技术

III-V族化合物半导体多结太阳能电池是转换效率最高的一种太阳能电池，同时具有耐高温性能强、抗辐射能力强、温度特性好等优点。近年来，随着聚光光伏技术的发展，GaAs及相关化合物III-V族太阳能电池因其高光电转换效率而越来越受到关注。聚光光伏技术将大面积的太阳光进行高倍率聚光、浓缩后照射到小面积的太阳能电池上发电，从而大规模节约太阳能电池晶片。利用该技术可以大幅度降低太阳能光伏发电成本，同时，配合优异的衬底剥离技术，实现衬底的多次重复利用，能够进一步降低电池芯片的成本。因此基于III-V族化合物半导体多结太阳能电池的聚光光伏发电具有非常广泛的市场发展前景。

对于本领域技术人员而言，GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池是目前转换效率最高的III-V族化合物半导体三结太阳能电池。该类型太阳能电池的优点是各个子电池的带隙宽度和电流都基本匹配。目前，GaInP/GaAs/InGaAs三结薄膜电池在AM1.5G下的最高转换效率已达35.8％。

图2显示一种传统的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的外延结构的示意图。如图2所示，该传统的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的外延结构依次包括：

GaAs衬底101’；

生长在GaAs衬底101’上的GaAs缓冲层102’；

生长在GaAs缓冲层102’上的AlGaAs腐蚀剥离层a’(或标示为103’)；

生长在AlGaAs腐蚀剥离层a’上的欧姆接触层104’；

生长在欧姆接触层104’上的GaInP子电池b’，该GaInP子电池b’依次包括窗口层105’、发射区106’、基区107’和背场区108’；

生长在GaInP子电池b’上的第一隧穿结c’，该第一隧穿结c’依次包括AlGaAs层109’和GaInP层110’；

生长在第一隧穿结c’上的GaAs子电池d’，该GaAs子电池d’依次包括窗口层111’、发射区112’、基区113’和背场区114’；

生长在GaAs子电池d’上的第二隧穿结f’，该第二隧穿结f’依次包括AlGaAs层115’和GaInP层116’；

生长在第二隧穿结f’上的N型掺杂AlInGaAs、GaInP、AlGaInP、GaInPAs，AlGaInAsP等材料构成的晶格过渡层e’(或标示为117’)；

生长在晶格过渡层e’上的InGaAs子电池g’；和生长在InGaAs子电池g’上的InGaAs接触层122’。

然而，这种传统的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的生长有一个问题。为了实现带隙宽度和电流的匹配，InGaAs子电池必须在晶格失配的条件下生长。而晶格失配的情况下生长InGaAs材料，必然会产生大量的线位错，这会显著降低InGaAs电池的开路电压，从而降低了这种GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池的整体转换效率。因此，如何在晶格失配情况下提高InGaAs材料的晶体质量，降低线位错密度，是进一步提高GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池转换效率的关键所在。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本发明的一个目的在于提出一种新型GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池外延结构，其能够更加有效的降低InGaAs材料中的线位错密度，提高InGaAs子电池的开路电压，最终能有效地提高三结太阳能电池的转换效率。

根据本发明的一个方面，提供一种GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池外延结构，包括：

衬底；

在衬底上的腐蚀剥离层；

在腐蚀剥离层上的GaInP第一子电池；

在第一子电池上的第一隧穿结；

在第一隧穿结上的GaAs第二子电池；

在第二子电池上的晶格过渡层，其中该晶格过渡层的材料为晶格常数在0.5656nm-0.579nm之间且同时禁带宽度Eg满足Eg＞1.4eV的III-V族材料；

在晶格过渡层上的第二隧穿结；和

在第二隧穿结上的InGaAs第三子电池。

根据本发明的一个优选实施例，所述衬底为GaAs衬底。