[发明专利]GaInP/GaAs/InGaAs/Ge四结级联太阳电池及其制作方法

说明书

技术领域

本申请属于太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池及其制作方法。

背景技术

在光伏技术中，提高太阳电池的光电转换效率是其降低发电成本的一种有效手段，可促进太阳电池的进一步实用化。多结级联式的太阳能电池结构采用不同禁带宽度的子电池串联极大地提高了对太阳光的利用，从而显著提高了太阳电池的效率。 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。2007年 GaInP/(In)GaAs/Ge三结级联太阳能电池大规模生产的平均效率已经接近30％。在 240倍聚光下，这种多结太阳能电池的实验室AM1.5D效率已经超过了40％。目前德国夫琅和费研究所的 Eicke Weber 教授领导的研究小组已经将三结 GaInP/GaInAs/Ge 太阳电池效率提高到了 41.1％。然而该三结电池中Ge底电池覆盖较宽的光谱，其短路电流较大，为了实现与其他子电池的电流匹配必然会降低太阳光利用率。

理论上来说，结数越多，效率越高。根据Shockley-Quisser模型， 四结带隙能量为1.9/1.4/1.0/0.67eV的太阳电池可以获得超过45％的转换效率。同时，由于四结结构更能够实现高电压， 低电流输出， 可以有效降低超高倍聚光太阳电池中的电阻热损失， 而超高倍聚光电池可以大大地降低太阳电池成本， 从而为 III-V 族化合物半导体太阳电池在产业化方面的进展起到了极大地推动。基于晶格失配的太阳电池在材料生长上的限制以及四结以上电池研制的需要， 通过外延直接键合的方法实现大失配晶格材料的直接单片多结电池集成已经被证明具有很大的潜力。

在四结电池的研制上，美国波音-光谱公司以及加州理工的科学家们提出了将Ge衬底上的双结GaInP/GaAs电池和InP衬底上生长的InGaAsP/InGaAs(1.0/0.72eV)键合的方法，以实现单片四结 GaInP/GaAs/[Ge/InP键合介面 ]/InGaAsP/InGaAs 集成。虽然使用了晶格匹配的材料结构，但Ge/InP会吸收能量在1.42eV以下的太阳光，从而降低InGaAsP/InGaAs电池的效率。半导体材料之间的键合受键合界面处半导体材料掺杂浓度和表面粗糙度、清洁度等的影响，会在键合界面产生一定的电学损耗和光学损耗，从而降低太阳电池效率。

发明内容

针对上述提到的现有技术的不足，本发明的目的是提出一种带隙能量分别为1.9/1.4/1.0/0.67eV的四结GaInP/GaAs/InGaAs/Ge太阳电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光电器件，包括第一半导体层和第二半导体层，所述第一半导体层通过键合层与所述第二半导体层键合，所述键合层为石墨烯薄膜。

相应地，本申请实施例还公开了一种光电器件的制作方法，包括步骤：

s1、以金属箔为生长基体制备石墨烯薄膜；

s2、在石墨烯薄膜上制作转移介质；

s3、去除金属箔，并将转移介质/石墨烯薄膜粘贴到第一半导体层的键合面上；

s4、去除转移介质，将第二半导体层的键合面与石墨烯薄膜贴合，然后在真空室内进行键合。

本申请实施例还公开了一种GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池， GaInP/GaAs/ InGaAs三结太阳电池和单结Ge太阳电池晶片之间通过石墨烯薄膜键合。

优选的，在上述的GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池中，所述石墨烯薄膜的厚度为0.34~30nm。

相应地，本申请实施例还公开了一种GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法，包括步骤：

s1、以金属箔为生长基体制备石墨烯薄膜；

s2、在石墨烯薄膜上制作转移介质；

s3、去除金属箔，并将转移介质/石墨烯薄膜粘贴到GaInP/GaAs/ InGaAs三结太阳电池的键合面上；

s4、去除转移介质，将单结Ge太阳电池晶片的键合面与石墨烯薄膜贴合，然后在真空室内进行键合。

优选的，在上述的GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，所述金属箔的材质选自Cu、Ni或Ru。

优选的，在上述的GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池的制作方法中，所述转移介质的材质选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或胶带。