[发明专利]一种具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多结太阳能电池制备技术，属于半导体材料的生产技术领域。

背景技术

由于砷化镓及其基系的多种材料的良好性能，以及这种多结叠层太阳电池结构基本已实现全光谱吸收，使得其光电转换效率始终远远领先于其他太阳电池。这一优势加上该电池的优良耐辐照性能和耐高温性能，进一步提高了电池的空间应用的可靠性及其使用寿命，已日益呈现替代高效硅太阳电池和单结砷化镓太阳电池的趋势，成为航天飞行器空间电源主力军。自2002年起，国外的空间飞行器大多使用三结砷化镓太阳电池作为空间主电源，目前的在轨电池超过750kW。2008年8月18日的CompoundSemi Online上报道了NERL最新创下的新记录：倒置结构的三结砷化镓太阳电池在326倍聚光条件下的效率达到40.8%(AM1.5)。在国外可再生能源发展及市场的拉动下，我国日益清楚认识到利用可再生能源对国家经济和环保的重要性，并于2006年1月开始实施《中国可再生能源法》。在此契机下，我国太阳电池生产在近三年来持续以超过150％的年增长率飞速发展，已成为国际较大的太阳电池生产国。然而，制约太阳电池发展的主要瓶颈是其高昂的材料成本。为此，有必要开发新的高效率太阳电池产品及发电系统，实现发电成本显著降低，为我国大规模应用光伏发电提供新技术。

三结GaAs太阳电池，在顶电池Eg=1.96eV、中电池Eg=1.10 eV的情况下，理论的效率可以达到41.7。原因是电流密度与填充因子很高。同样在这个条件下，计算得出的顶电池电流密度为20.78mA/cm²，中电池为33.20 mA/cm²。但是实际中，顶电池电流密度只有17 mA/cm²，可以看出，顶电池电流密度是制约整个电池电流的瓶颈。目前，提高电池电流密度的通用方法是蒸镀减反射膜，但是三结砷化镓太阳电池对减反射膜的厚度、折射率非常敏感，该膜的细微变化将引起电池性能的明显变化，这对于批产的稳定性和合格率是非常不利的。

发明内容

针对现有技术上的缺陷，本发明目的是提出一种与顶电池InGaP晶格匹配的，而且带隙比较宽，对光的透过也比较好的具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池。

本发明在Si衬底一侧设置背电极，在Si衬底另一侧通过接触层设置由底电池、中电池和顶电池构成的外延片，主电极通过图形化的接触层设置在顶电池上，其特征在于在外延片的顶电池外设置表面粗化层，在表面粗化层上设置减反射膜。

本发明目的是本项目计划在顶电池上面利用MOCVD技术外延一层约2个μm的高铝组分的Al0.8Ga0.2InP材料，这种材料是与顶电池InGaP晶格匹配的，而且由于带隙比较宽，对光的透过也比较好。

本发明所述表面粗化层的上表面为若干的金字塔形。在芯片工艺端，利用化学溶液对不同晶向的腐蚀速率差异，制造出最利于陷光的“金字塔”结构，然后结合减反射膜工艺，本发明成功地将电池表面反射率降低至5%以内。本发明成功提高了整个电池的短路电流密度，实际证明通过工艺改进，短路电流密度Jsc可以达到17.5mA/cm²。

本发明的另一目的是提出以上具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

1）在临时衬底上制备由底电池、中电池和顶电池构成的电池外延片：

在GaAs临时衬底上面，依次生长N型GaAs的缓冲层、GaInP腐蚀截止层、N型GaAs接触层、AlGaInP粗化层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P型GaAs接触层；

2）准备转移Si衬底：

选取导电类型为P型的转移Si衬底，经清洗备用；

3）在电池外延片的底电池背部和转移Si衬底正面，分别通过电子束依次蒸镀Ti、Pt和Au层，再将电池外延片与转移Si衬底进行金属键合；

4）采用碱性腐蚀液去除金属键合后的电池外延结构上的临时衬底；

5）在顶电池上制备主电极，在转移Si衬底上制备背电极；

6）对主电极之间的AlGaInP粗化层进行粗化；

7）在粗化后的AlGaInP粗化层表面制作减反射膜。