[发明专利]太阳能电池及其制作方法

说明书

本发明公开太阳能电池，包括Ge底电池，生长于Ge底电池之上的下隧穿结，生长于下隧穿结之上的InGaAs中电池，生长于InGaAs中电池之上的上隧穿结，生长于上隧穿结之上的GaInP顶电池，以及生长于GaInP顶电池之上的欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；InGaAs中电池包括中电池发射区、上中电池基区和下中电池基区，上中电池基区之上生长中电池发射区，中电池发射区之上生长上隧穿结，上中电池基区与下中电池基区之间生长上波导层，下中电池基区与下隧穿结之间生长下波导层。本发明还公开太阳能电池制作方法。本发明提供不同结构的太阳能电池，同时提升电池转换效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是指太阳能电池及其制作方法。

背景技术

太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，III-V族化合物半导体太阳电池在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强等优点，其中GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配结构的三结电池已在航天领域得到广泛应用。

传统的晶格匹配三结电池中GaInP顶电池和InGaAs中电池与Ge底电池之间电流密度不匹配，限制光电转换效率的提高。因此，三结太阳能电池如何进一步调整中电池与顶电池和底电池的电流匹配成为亟待解决的问题。

现有技术中，提高子电池电流密度的一种途径是通过提高子电池InGaAs中的In组份，但高In组份会导致Ge底电池与InGaAs中电池之间较大晶格失配，产生失配位错和穿透位错，引起电池性能下降。

另一种途径是在InGaAs中电池中引入谐振腔的技术，使得光谱中可被InGaAs中电池的吸收区域绝大部分都在InGaAs中电池被吸收掉，从而提高InGaAs中电池电流密度。如公开号为CN 101958348A公开一种外延生长的侧向太阳能电池装置，具有外延生长表面，包含基板；第一波导层形成在该基板之上；p-n结形成在该第一波导层之上；隧穿结形成在该p-n结之上；第二波导层形成在该隧穿结之上；以及欧姆接触层形成在该第二波导层之上，其中该p-n结位于该外延生长表面与该基板之间，且光线入射方向与该外延生长表面平行。

与常规三结太阳电池相比，通过提高InGaAs中电池对光谱的吸收效率，调整与GaInP顶电池和Ge底电池的匹配电流，最终实现电池转换效率的提升。然而，所述外延生长的侧向太阳能电池装置为侧向结构，光线入射方向与该外延生长表面平行，其电池转换效率有待进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提供太阳能电池及其制作方法，以提供不同结构的太阳能电池，同时提升电池转换效率。

为了达成上述目的，本发明的解决方案为：

太阳能电池，包括Ge底电池，生长于Ge底电池之上的下隧穿结，生长于下隧穿结之上的InGaAs中电池，生长于InGaAs中电池之上的上隧穿结，生长于上隧穿结之上的GaInP顶电池，以及生长于GaInP顶电池之上的欧姆接触层，欧姆接触层吸收垂直入射光线；InGaAs中电池包括中电池发射区、上中电池基区和下中电池基区，上中电池基区之上生长中电池发射区，中电池发射区之上生长上隧穿结，上中电池基区与下中电池基区之间生长上波导层，下中电池基区与下隧穿结之间生长下波导层。

入射光经欧姆接触层先进入顶电池后进入中电池，中电池吸收波段的光在上中电池基区吸收后，剩余部分通过上波导层反射再次被上中电池基区吸收，其余没被上中电池基区吸收的中电池吸收波段的光在上波导层与下波导层之间形成全反射的波导作用，充分被下中电池基区吸收。因此，提高中电池对特定波段的吸收效率，减少光下漏至底电池被吸收而造成电流失配；同时提供不同结构的太阳能电池，并提升电池转换效率。

进一步，上波导层和下波导层的材料分别为GaInP、AlGaInP、AlInP、GaAs、AlAs、AlGaAs、GaInAs、AlInAs、AlGaInAs中的一种或几种。