[发明专利]一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：包括有一个n型基底，在所述n型基底之上，按照层状叠加结构由下至上依次设置有至少三个子电池，全部子电池按带隙增加的顺序依次以串联方式堆叠，各子电池之间通过隧道结连接，各子电池与相邻结构保持晶格匹配，在顶电池之上制备有增透膜，在增透膜之上制备有正面电极，在n型基底之下制备有背面电极；其中，在上述所有的子电池中至少一个子电池为具有渐变带隙结构的背结型GaInNAs子电池，所述背结型GaInNAs子电池从下到上包括依次层状叠加的n型背场层、n型GaInNAs材料层、非有意掺杂的GaInNAs材料层、p型窗口层，所述非有意掺杂的GaInNAs材料层的带隙渐变分布并始终与相邻结构保持晶格匹配，所述渐变带隙分布位于1.0eV与1.3eV之间，所述渐变带隙分布依赖于深度位置，层的底部带隙最低，层的顶部带隙最高；所述n型背场层采用的材料有GaAs、AlGaAs或GaInP，该n型背场层的生长温度为450～650℃，掺杂浓度为5e17～1e19/cm³，生长速率为10～100nm/min，厚度为100～200nm。

2.根据权利要求1所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：所述n型基底为n型Ge基底或n型GaAs基底。

3.根据权利要求1所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：所述n型GaInNAs材料层带隙为1.0eV，该n型GaInNAs材料层生长温度为450～600℃，掺杂浓度为5e17～5e18/cm³，生长速率为10～100nm/min，厚度为80～150nm。

4.根据权利要求1所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：所述非有意掺杂的GaInNAs材料层生长温度为450～600℃，生长速率为10～100nm/min，厚度为800～2000nm。

5.根据权利要求1所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：所述p型窗口层采用的材料有AlInP、AlGaAs或GaInP，该p型窗口层的生长温度为550～650℃，掺杂浓度为5e17～5e18/cm³，生长速率为10～50nm/min，厚度为20～80nm。

6.根据权利要求1所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：所述正面电极为AuGeNi/Au正面电极；所述背面电极为Au/Ag/Au背面电极。

7.根据权利要求1所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池，其特征在于：所述增透膜为MgF₂/ZnS、Ta₂O₅/Al₂O₃、Ta₂O₅/SiO₂、TiO₂/SiO₂中的一种。

8.一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择一基底；

步骤2：采用金属有机物化学气相沉积技术，在选择的基底上生长GaInNAs子电池以下的子电池；

步骤3：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变生长条件，生长背结型GaInNAs子电池，从下到上依次生长GaInNAs子电池的n型背场层、n型GaInNAs材料层、非有意掺杂的GaInNAs材料层、p型窗口层；

步骤4：采用金属有机物化学气相沉积技术，改变生长条件，在GaInNAs子电池之上生长GaInNAs子电池以上的子电池；

步骤5：对多结太阳能电池进行退火处理；

步骤6：利用离子源辅助镀膜技术在多结太阳能电池上表面制备增透膜；

步骤7：利用电子束蒸发技术在多结太阳能电池上表面及下表面分别制备电接触层。

9.根据权利要求8所述的一种含GaInNAs材料的多结太阳能电池的制备方法，其特征在于：在步骤1中，所述基底为n型Ge基底或n型GaAs基底；

在步骤2中，所述GaInNAs子电池以下的子电池的带隙小于GaInNAs子电池的带隙，且保证各子电池的带隙从下到上依次递增，各子电池与相邻结构保持晶格匹配；

在步骤3中，所述n型背场层采用GaAs、AlGaAs或GaInP材料，该n型背场层的生长温度为450～650℃；该n型背场层掺杂浓度为5e17～1e19/cm³；该n型背场层的生长速率为10～100nm/min；该n型背场层的厚度为100～200nm；

在步骤3中，所述n型GaInNAs材料层带隙为1.0eV，该n型GaInNAs材料层生长温度为450～600℃；该n型GaInNAs材料层掺杂浓度为5e17～5e18/cm³；该n型GaInNAs材料层的生长速率为10～100nm/min；该n型GaInNAs材料层厚度为80～150nm；

在步骤3中，所述非有意掺杂的GaInNAs材料层为带隙渐变分布结构，所述带隙渐变分布为从下到上线性递增，底部结构层材料带隙为1.0eV，顶部结构层材料带隙为1.3eV，在包含砷烷、TMGa、TMHy及TMIn的气氛中生长，通过改变TMIn、TMHy的流量或生长温度，在非有意掺杂的GaInNAs材料层的生长区域中产生渐变的组分分布，并始终与相邻结构保持晶格匹配；该非有意掺杂的GaInNAs材料层生长温度为450～600℃；该非有意掺杂的GaInNAs材料层的生长速率为10～100nm/min；该非有意掺杂的GaInNAs材料层的厚度为800～2000nm；

在步骤3中，所述p型窗口层采用AlInP、AlGaAs或GaInP材料，该p型窗口层的生长温度为550～650℃；该p型窗口层掺杂浓度为5e17～5e18/cm³；该p型窗口层的生长速率为10～50nm/min；该p型窗口层的厚度为20～80nm；

在步骤4中，所述GaInNAs子电池以上的子电池的带隙大于GaInNAs子电池的带隙，且保证各子电池的带隙从下到上依次递增，各子电池与相邻结构保持晶格匹配；

在步骤5中，所述退火处理是在砷烷气氛或氢气气氛或氮气气氛中退火30～120分钟；退火温度为650～850℃；

在步骤6中，所述增透膜为MgF₂/ZnS、Ta₂O₅/Al₂O₃、Ta₂O₅/SiO₂、TiO₂/SiO₂中的一种；

在步骤7中，在多结太阳能电池的上表面制备AuGeNi/Au正面电极，下表面制备Au/Ag/Au背面电极。