技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及GaInP/GaAs/Ge/Ge四結太陽能電池及其制備方法。

背景技術

在太陽能電池領域，如何實現對太陽全光譜的充分吸收、提高光生載流子的產生效率和促進電子-空穴分離,一直是提高太陽能電池效率的核心關鍵問題。目前的太陽能電池結構設計基本上基于以下兩種考慮：一是優先考慮晶格匹配而將光電流匹配放在次要的位置。但晶格匹配的電池結構由于其確定的帶隙能量，限制了太陽能電池的光電流匹配，使得它不能實現對太陽光的全光譜吸收利用。二是優先考慮多結結構的光電流匹配而采用晶格失配的生長方式，而晶格失配生長的材料由于晶體質量差，難以得到高轉化效率的電池。目前研究較多而且技術較為成熟的體系是GaInP/GaAs/Ge三結電池，該材料體系在一個太陽下目前達到的最高轉換效率為32-33%。該三結電池中Ge電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流最大可達到另外兩結電池的2倍多，由于受三結電池串聯的制約，Ge電池對應的太陽光譜的能量沒有被充分轉換利用，所以該三結電池的效率還有改進的空間。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供GaInP/GaAs/Ge/Ge四結太陽能電池及其制備方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種GaInP/GaAs/Ge/Ge四結太陽能電池，包括Ge襯底層，以及在所述Ge襯底層上依次設置的第一Ge子電池、第一隧穿結、第二Ge子電池、第二隧穿結、GaAs子電池、第三隧穿結、GaInP子電池和(In)GaAs或Ge的接觸層。

所述的GaInP/GaAs/Ge/Ge四結太陽能電池，進一步包括材料為InGaAs的第一緩沖層和InGaAs的第二緩沖層，所述第一緩沖層位于第一Ge子電池和第一隧穿結之間，第二緩沖層位于第一隧穿結和第二Ge子電池之間。

所述第一Ge子電池包含依次按照逐漸遠離Ge襯底層方向設置的材料為Ge的第一發射區和Al(Ga)InP的第一窗口層。

所述第一隧穿結、第二隧穿結均包含依次按照逐漸遠離Ge襯底層方向設置的材料為AlGaAs或Al(Ga)InP的勢壘層、InGaAs的摻雜層、InGaAs的摻雜層以及AlGaAs或Al(Ga)InP的勢壘層。

所述第二Ge子電池包含依次按照逐漸遠離Ge襯底層方向設置的材料為GaInP的第二背場層、Ge的第二基區、Ge的第二發射區和Al(Ga)InP的第二窗口層。

所述GaAs子電池包含依次按照逐漸遠離Ge襯底層方向設置的材料為Al(Ga)InP的第三背場層、GaAs的第三基區、GaAs的第三發射區以及Al(Ga)InP的第三窗口層。

所述第三隧穿結包含依次按照逐漸遠離Ge襯底層方向設置的材料為AlGaAs或Al(Ga)InP的勢壘層、GaInP的摻雜層、AlGaAs的摻雜層以及材料為AlGaAs或Al(Ga)InP的勢壘層。

所述GaInP子電池包含依次按照逐漸遠離Ge襯底層方向設置的材料為Al(Ga)InP的第四背場層、GaInP的第四基區、GaInP的第四發射區以及Al(Ga)InP的第四窗口層。

為了解決上述問題，本發明還提供了一種所述的GaInP/GaAs/Ge/Ge四結太陽能電池的制備方法，包括步驟：1）提供一Ge襯底層；2）在Ge襯底層表面生長第一Ge子電池；3）在第一Ge子電池表面生長第一隧穿結；4）在第一隧穿結表面生長第二Ge子電池；5）在第二Ge子電池表面生長第二隧穿結；6）在第二隧穿結表面生長GaAs子電池；7）在GaAs子電池表面生長第三隧穿結；8）在第三隧穿結表面生長GaInP子電池；9）在GaInP子電池表面生長接觸層。

所述步驟2）和3）之間進一步包括步驟：在第一Ge子電池和第一隧穿結之間生長第一緩沖層，所述步驟3）與4）之間進一步包括步驟：在第一隧穿結和第二Ge子電池之間生長第二緩沖層。