[发明专利]InGaN/Ge四结太阳电池及制造工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池结构技术领域，特别是涉及一种InGaN/Ge四结太阳电池。

背景技术

三元合金In_xGa_1-xN为直接带隙半导体材料，随着In组分的变化，其禁带宽度可以在0.7eV至3.40eV范围内连续调节，覆盖了从红外到近紫外的广泛光谱区域，使得其在发光二极管(LED)、激光器(LD)等光电子器件领域有着重要的应用价值；特别是由于其禁带宽度与太阳光谱完全匹配，因而为新一代、高转换效率宽光谱太阳电池的探索开辟了一个新的途径，通过调节不同的In组分，可以实现对太阳光谱不同波段的响应，从而可以克服原有GaAs材料体系带隙与太阳光谱不匹配造成的转换效率低下的瓶颈。

目前生长InGaN材料使用最多是蓝宝石和碳化硅衬底，但是由于价格、导热等问题，还不是最合适的衬底。锗衬底具有价格低、易得到大面积高质量商业化衬底等优点，而且由于其带隙为0.67eV，还可以作为底电池使用，被认为是最有希望取代以上两种衬底生长InGaN材料的一种理想衬底。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种InGaN/Ge四结太阳电池及制造工艺方法；该四结太阳电池外量子效率高、光电转换效率高、使用寿命长、电池工作稳定性高，并可作为完整的电池直接应用的InGaN/Ge四结太阳电池。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种InGaN/Ge四结太阳电池，包括自下而上的：锗衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、第一隧道结、In_aGa_1-aN电池、第二隧道结、In_bGa_1-bN电池、第三隧道结、In_cGa_1-cN电池、帽层、以及半透明电流扩展层；其中：

所述AlN成核层的厚度范围为10-200nm；所述GaN缓冲层的厚度范围为1-5μm；

所述第一隧道结包括Si掺杂的n⁺-In_aGa_1-aN层和Mg掺杂的p⁺-InaGa_1-aN层，其中0.7≤a≤0.9，该第一隧道结的掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，该第一隧道结的厚度范围为10nm-100nm；

所述In_aGa_1-aN电池包括Si掺杂的n-InaGa1-aN层和Mg掺杂的p-InaGa1-aN层，其中0.7≤a≤0.9，该In_aGa_1-aN电池的掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，该In_aGa_1-aN电池的厚度范围为100nm-1000nm；

所述第二隧道结包括Si掺杂的n⁺-In_bGa_1-bN层和Mg掺杂的p⁺-In_bGa_1-bN层，其中0.5≤b≤0.7，该第二隧道结的掺杂浓度为1×10¹⁹-1×10²¹cm^-3，该第二隧道结的厚度范围为10nm-100nm；

所述In_bGa_1-bN电池包括Si掺杂的n-In_bGa_1-bN层和Mg掺杂的p-In_bGa_1-bN层，其中0.5≤b≤0.7，该In_bGa_1-bN电池的掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，该In_bGa_1-bN电池的厚度范围为100nm-1000nm；