一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池及其製備方法
2023-06-03 20:50:56
一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池及其製備方法
【專利摘要】本發明提供一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池及其製備方法，該太陽能電池的外延結構依次包括Ge襯底、GaAs緩衝層，AlGaAs/AlAs?DBR，AlInP/AlGaInP?DBR，AlGaAs背場層，GaAs?n-基層，GaAs發射層，AlGaAs窗口層，GaAs電極接觸層；其中，AlGaAs/AlAs?DBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三個波段光譜的反射層構成的複合結構，採用MOCVD法製得。本發明使用半導體GaAs薄膜材料生長代替常規的單晶矽、多晶矽太陽能電池，轉換效率達25%，顯著提高了GaAs薄膜單結太陽能電池轉化效率。
【專利說明】—種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池及其制 備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的製備方法，屬 於光電子【技術領域】。
【背景技術】
[0002]太陽電池的發展，最早可追溯自1954年由Bell實驗室的發明，當時的目的是希望 能提供偏遠地區供電系統的能源，那時太陽電池的效率只有6%。接著從1957年蘇聯發射第 一顆人造衛星開始，一直到1969年美國太空人登陸月球，太陽電池的應用得以充分發揮。 雖然當時太陽電池的造價昂貴，但其對人類歷史的貢獻卻是具有深遠歷史意義的。近年來 全球的通訊市場蓬勃發展，各大通訊計劃不斷提出，例如Motorola公司的銥(Iridi ii m)計 劃，將使用66顆低軌道的衛星(LEO)，Bill Gates之Teledesic計劃，預計將使用840顆 LEO衛星，這些都將促使太陽電池被廣泛地使用在太空中。
[0003]人類發展太陽電池的最終目標，就是希望能取代目前傳統的能源。我們都知 道太陽的能量是取之不盡用之不竭的，從太陽表面所放射出來的能量，換算成電力約 3.8X 1023kff ;若太陽光經過一億五千萬公裡的距離，穿過大氣層到達地球的表面也約有
1.8X 1014kW，這個值大約為全球平均電力的十萬倍大。若能有效的運用此能源，則不僅能 解決消耗性能源的問題，連環保問題也可一併獲得解決。目前太陽電池發展的瓶頸主要有 兩項因素:一項為效率，另一項為價格。
[0004]太陽電池是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射後，把光的能量轉換 成電能，此種光電元件稱為太陽電池(Solar Cell)。從物理學的角度來看，有人稱之為 光伏電池(Photovoltaic,簡稱PV),其中的photo就是光(light),而voltaic就是電力 (electricity)。太陽電池的種類繁多，若依材料的種類來區分,可分為單晶娃(single crystal silicon)、多晶娃(polycrystal silicon)、非晶娃(amorphous silicon,簡稱 a-Si)、II1- 乂族[包括:砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵銦(InGaP) ]、I1- VI族[包 括:碲化鎘(CdTe)、硒化銦銅(CuInSe2)]等。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能 源。大陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之
o
[0005]製作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光 能後發生光電於轉換反應，根據所用材料的不同，太陽能電池可分為:1、矽太陽能電池；2、 以無機鹽如砷化鎵II1-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分 子材料製備的大陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。
[0006]當P型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區域裡會形成一個特 殊的薄層)，界面的P型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由於P型半導體多空穴，N型半 導體多自由電子，出現了濃度差。N區的電子會擴散到P區，P區的空穴會擴散到N區，一旦 擴散就形成了一個由N指向P的「內電場」，從而阻止擴散進行。達到平衡後，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結。如圖1所示。
[0007]當晶片受光後，PN結中，N型半導體的空穴往P型區移動，而P型區中的電子往N型區移動，從而形成從N型區到P型區的電流。然後在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。由於半導體不是電的良導體，電子在通過PN結後如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部塗上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產生，因此一般用金屬網格覆蓋PN結，以增加入射光的面積。
[0008]另外矽表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它塗上了一層反射係數非常小的保護膜，將反射損失減小到5%甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，於是人們又將很多電池(通常是36個)並聯或串聯起來使用，形成太陽能光電板。
[0009]近年來，隨著空間科學和技術的發展，對空間電源提出了更高的要求。80年代初期，蘇聯、美國、英國、義大利等國開始研究GaAs基系太陽電池。80年代中期，GaAs太陽電池已經用於空間系統，如1986年蘇聯發射的和平號空間站，裝備了 IOKW的GaAs太陽電池，單位面積比功率達到180W/m2。8年後，電池陣輸出功率總衰退不大於15%。這些年，GaAs基系太陽電池經歷了從LPE (液相外延)到MOVPE (金屬有機物化學氣相沉澱)，從同質外延到異質外延，從單結到多結疊層結構發展變化。其效率不斷提高，從最初的16%增加到25%，工業生產規模年產達100KW以上，並在空間系統得到廣泛的應用。更高的效率減小了陣列的大小和重量，增加了火箭的裝載量，減少火箭燃料消耗，因此整個衛星電源系統的費用更低。
[0010]美國率先在80年代中期制定計劃，發展MOVPE同質外延GaAs太陽電池，並於80年代中期實現批量生產。例如，美國太陽能公司當時生產的GaAs/GaAs太陽電池，批量生產平均效率達17%(AM0，28°C )。除蘇聯和平號空間站採用了 GaAs/GaAs太陽電池外，1995年發射的阿根廷科學衛星SAC.B和1997年發射的SUNSAT衛星上也採用了單結GaAs太陽電池。
[0011]儘管GaAs/GaAs電池的各種優點，但GaAs/GaAs太陽電池具有單晶材料成本高、機械強度較差等不足之處，不符合空間電源低成本、高可靠的要求。為克服這一缺點，1983年開始逐步以Ge單晶代替GaAs單晶襯底。將GaAs電池生長在與GaAs的晶格常數及熱脹係數十分接近的Ge襯底上，可獲得與生長在GaAs襯底上的電池相當的效率；同時，Ge的機械強度比GaAs高，將GaAs電池生長在更薄的Ge襯底上，可提高重量比功率，將更適用於空間。此外，Ge單晶價格只有GaAs單晶的40%左右，可顯著降低電池成本。
[0012]CN102054884AC200910198508.6)公開了一種空間太陽同步軌道下工作的GaAs/Ge單結砷化鎵太陽電池陣。本發明利用高效GaAs/Ge太陽電池的光伏特性，在光照期將光能轉換為電能為負載提供穩定聞效的電能，其由左右兩翼，6塊太陽電池板，共12998片GaAs/Ge單結砷化鎵太陽電池片組成，構成單元主要包括基板、疊層GaAs/Ge太陽電池、連接件與輸電電路等。本發明GaAs/Ge單結砷化鎵太陽電池陣具有效率高、溫度係數低、抗輻照性能強、可靠性高的特點，其可適應LEO粒子輻射區與高能量低密度等離子區輻射與充電環境，並完全適用於太陽同步軌道溫度交變頻率高的工作條件。該發明側重於太陽能電池板的利用。CN101764174A(CN200810207794.3)公開了一種聚光多結砷化鎵太陽電池的製造方法，它包括在鍺單晶片襯底上製作多結砷化鎵外延片、在外延片上塗布一層黑膠保護層，襯底採用腐蝕工藝減薄厚度、在襯底鍍一層鈀/銀/金作為下電極、在外延片上採用負膠光刻工 藝光刻出電極圖形，並在電極圖形上鍍金鍺鎳/銀/金作為上電極、在上電極上再蒸鍍一層 減反射膜以及去膠金屬化後劃成需要的尺寸等步驟。本發明聚光多結砷化鎵太陽電池的制 造方法採用刻槽和腐蝕臺面工藝，降低了電池的漏電流損失，提高了填充因子和開路電壓， 因此效率也顯著提高，產品合格率也顯著增加。該發明利用光刻工藝提高轉化效率，但是成 本昂貴，可實施性較低。CN101859807A (CN201010189176.8)公開了一種GaAs單結太陽能 電池，在電池外延層的表面形成有電極和雙層減反膜，雙層減反膜的上層膜採用折射率小 於下層膜的材料，下層膜採用折射率位於上層膜和窗口層折射率之間的光致發光材料。光 致發光材料能夠吸收GaAs不能吸收波段的太陽光，並將這部分光轉化為能被GaAs所吸收 的光，其最終結果是更寬波段的太陽光將被GaAs太陽能電池所吸收並轉換為電能，拓寬了 GaAs單結太陽能電池對太陽光的吸收波段，提高了電池的光電轉換效率。該發明利用雙層 減反膜技術，提高了光的利用率，但是波段拓寬能力極為有限。中國專利文獻CN 1941422A 公開了一種具有布拉格反射器的n/p型高抗福射GaAs太陽電池,在緩衝層與一基區製作一 層布拉格反射器結構，該布拉格反射器使用7個周期的鋁鎵砷/鎵砷材料，共生長約0.9 y m 厚，能對光子進行重新吸收而產生新的電子空穴對，增加轉化效率，但是僅使用這種布拉格 反射層對低能級的光子不能反射，全部被襯底吸收，增大了工作溫度，減少了太陽能電池的 壽命。該發明採用了單層DBR結構，採用了鋁鎵砷/鎵砷的反射層，但是吸收能力有限。
[0013]綜上，現有的單晶、多晶娃、有機物太陽能電池轉化效率不聞，而使用Ge襯底生長 GaAs單結太陽能電池，但在GaAs/Ge太陽能電池結構材料的生長中，Ge、GaAs單晶材料在 晶格常數和熱膨脹係數方面還存在一定差異，這些差異在太陽能電池結構材料的生長中 會導致各種缺陷的產生，嚴重影響了太陽能電池的性能。
【發明內容】
[0014]針對現有技術的不足，本發明提供一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能 電池及其製備方法。
[0015]術語說明:
[0016]DBR:分布式布拉格反射鏡，Distributed Brag Reflector。也稱布拉格反射層。
[0017]MOCVD:金屬有機化學氣相沉積，MOCVD法是半導體化合物生長的常規技術。
[0018]TMGa:中文名為三甲基鎵，分子式為Ga(CH3)3。
[0019]TMAl:中文名為三甲基鋁，分子式為[(CH3)3A1]2。
[0020]載流子濃度:摻雜半導體中單位體積內的電子或空穴數。單位lE18cnT3含義是每 立方釐米中含有1*1018個原子。
[0021]本發明的技術方案如下:
[0022]一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，包括採用MOCVD法製得外延 結構，該太陽能電池的外延結構依次包括Ge襯底、GaAs緩衝層，AlGaAs/AlAs DBR, AlInP/ AlGaInP DBR, AlGaAs背場層，GaAs n_基層，GaAs發射層，AlGaAs窗口層，GaAs電極接觸 層；其中，AlGaAs/AlAsDBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三個波段光譜的反射層構成
的複合結構。
[0023]本發明含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，使用Ge襯底作為襯底，採用MOCVD法依次生長緩衝層、AlGaAs/AlAs DBR、AlInP/AlGaInP DBR，背場層，η-基層，發射
層，窗口層，電極接觸層，完成一個完整的單層太陽能結構。
[0024]其中，GaAs緩衝層用於和原襯底實現完美的晶格匹配，避免襯底表面與新生長材料帶來的缺陷與位錯，並為下一步生長提供了新鮮的界面；AlGaAs/AlAs DBR、AlInP/AlGaInP DBR組成複合布拉格反射層，作用是能對所有能態的光子進行重新吸收而產生新的電子空穴對，擴大光譜吸收範圍，增加轉化效率；背場層因為其禁帶寬度比較高，能降低背面的電子複合，起到阻止電子流失的作用；n_基層則為電子聚集提供了場所；發射層為空穴聚集提供了場所；而窗口層，因為其禁帶寬度最高，所以能起到鈍化表面，降低非輻射複合，為空穴能在發射層聚集起到阻止作用；位於最上層的電極接觸層，則是起到接通電極的作用。
[0025]根據本發明，優選的，Ge襯底厚度為150-200 μ m ；
[0026]根據本發明，優選的，GaAs緩衝層厚度為0.3~1.5 μ m，載流子濃度為lE18cm_3~6E19cm3 ；
[0027]根據本發明，優選的，AlGaAs/AlAs DBR依次是反射600nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAs DBR、反射 650nm光譜的 5~10 對 AlGaAs/AlAs DBR、反射 700nm 光譜的 5~10 對 AlGaAs/AlAs DBR，載流子濃度為 lE18cnT3 ~9E18cnT3 ；
[0028]上述反射600nm、650nm、700nm三個波段光的三種反射層的厚度分別是
0.2~0.3 μ m、0.2~0.3 μ m、0.2~0.4 μ m, AlGaAs/AlAs DBR 總厚度 0.6~1.0 μ m。
[0029]AlInP/AlGalnP DBR厚度為0.2~0.4 μ m，用來反射低能態的光子，提高轉化效率，載流子濃度為2E18cnT3~lE19cnT3 ；
[0030]AlGaAs 背場層厚度為 0.1-θ.5 μ m,載流子濃度 lE18cnT3 ~4E19cnT3 ；
[0031]GaAs n_基層厚度為2~5 μ m，載流子濃度為lE17cnT3~5E18cnT3 ；
[0032]GaAs發射層厚度為0.05~0.5 μ m,載流子濃度為lE18cnT3~8E19cnT3 ；
[0033]AlGaAs窗口層厚度為20~IOOnm,載流子濃度為lE18cm 3~2E19cm 3 ；
[0034]GaAs電極接觸層厚度為0.2~I μ m,載流子濃度8E18cnT3~5E19cm_3。
[0035]根據本發明，一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的製備方法，包括採用MOCVD法製備外延結構，包括以下步驟:
[0036]I JfGe襯底放入反應室，在350-600°C的溫度範圍內生長一層0.3~1.5μπι厚的GaAs材料的緩衝層，載流子濃度為lE18cnT3~6E19cnT3 ；
[0037]2、在緩衝層上面於40(T75(TC的溫度先生長複合結構的AlGaAs/AlAs DBR:首先生長反射600nm光譜的5-10對AlGaAs/AlAs DBR,然後調整生長厚度生長反射650nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAsDBR，再調整生長厚度生長反射700nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAsDBR用來反射大部分的光子，其載流子濃度為lE18cnT3~9E18cnT3 ;反射600nm、650nm、700nm三個波段光譜的反射層生長厚度分別是0.2~0.3 μ m、0.2~0.3 μ m、0.2~0.4 μ m。
[0038]3、在生長好的AlGaAs/AlAs DBR上面再次生長2~5對AlInP/AlGalnP作為第二布拉格反射層，厚度0.2^0.4 μ m，用來反射低能態的光子，提高轉化效率，載流子濃度為2E18cm 3 ~lE19cm 3 ；
[0039]4、在500-800°C的溫度範圍內，繼續生長一層0.f 0.5 μ m厚的AlGaAs材料作為背場層，載流子濃度lE18cnT3~4E19cnT3 ；[0040]5、繼續在背場層上生長，在500-700°C範圍內，生長一層n_基層，n_基層的材料是 GaAs,厚度在2?5 u m,其載流子濃度為lE17cnT3?5E18cnT3 ；
[0041]6、在550-80(TC的溫度條件下，繼續生長一層發射層，發射層材料是GaAs，厚度在
0.05?0.5 u m，其載流子濃度為lE18cm_3?8E19cnT3 ；
[0042]7、在500-700°C的條件下，在發射層上面繼續生長一層窗口層，窗口層材料為 AlGaAs,厚度為20?IOOnm,載流子濃度為lE18cm 3?2E19cm 3 ；
[0043]8、最上面一層，在溫度500-800°C範圍內生長電極接觸層，電極接觸層材料為 GaAs,厚度為0.2?I u m,載流子濃度8E18cm 3?5E19cm 3。
[0044]根據本發明，利用MOCVD生長Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的工藝條件如下:
[0045]反應室壓力:50?2OOmbar,
[0046]生長溫度:35(T80(TC，
[0047]背景H2 流量:15000 — 30000sccm,
[0048]有機金屬源TMAl，溫度:1(T28°C，有機金屬源優選為99.9999%的高純TMAl ；
[0049]有機金屬源TMGa，溫度:_5?10°C，有機金屬源優選為99.9999%的高純TMGa ；
[0050]砷烷:AsH3氣體是為99.9995%的高純AsH3,
[0051]載氣:99.999%的高純氫氣經純化器純化為99.9999%的超高純氫氣。
[0052]本發明在Ge襯底上預先生長一層GaAs過渡層，然後生長太陽能電池結構材料， 對有效地消除因晶格失配、反相疇等產生的各種缺陷有明顯效果。基於單結太陽能電池轉 化效率的局限性和經濟成本核算，本發明人意外地發現將複合布拉格反射層(DBR)引入到 單結太陽能結構中，可出人意料地解決使用單個DBR中不能解決的低能級光子吸收問題， 使得單結太陽能轉化效率提高了 30%。
[0053]本發明的優良效果:
[0054]本發明採用複合DBR代替了傳統的單層DBR，此外，本發明不僅使用兩套DBR複合 結構，且在AlGaAs/AlAs DBR中使用了三個波段的複合結構，效果更為突出。本發明拓寬了 GaAs材料吸收光子的反射光譜，使更多被穿透損耗的光子反射回來重新吸收，產生新的電 子空穴對，從而提高電池的開路電壓和短路電流，增加轉化效率；使得單節太陽能轉化效率 提高了 30%，可達到25%，極大地提高了 Ge基GaAs單層薄膜太陽能電池轉化效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0055]圖1為PN結示意圖。
[0056]圖2為單結GaAs太陽電池結構示意圖。
[0057]圖中，1、P區，2、N區，3、空間電荷區，4、內電場，5、電流方向，6、電極接觸層，7、窗 口層，8、發射層，9、n-基層，10、背場層，11、AlInP/AlGalnP DBR, 12、AlGaAs/AlAs DBR, 13、 GaAs緩衝層，14、Ge襯底。
【具體實施方式】:
[0058]下面結合實施例和說明書附圖對本發明做詳細的說明，但不限於此。
[0059]實施例使用MOCVD設備，德國Aixtron廠生產，型號2600G3。
[0060]利用MOCVD生長Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的工藝條件如下:[0061]反應室壓力:δ0?2OOmbar,
[0062]生長溫度:350?800 V，
[0063]背景H2 流量:15000 — 30000sccm,
[0064]有機金屬源TMAl溫度:1(T28°C，有機金屬源優選為99.9999%的高純TMAl，
[0065]有機金屬源TMGa溫度:_5?10°C，有機金屬源優選為99.9999%的高純TMGa，
[0066]AsH3 氣體是為 99.9995% 的高純 AsH3,
[0067]載氣優選99.999%的高純氫氣經純化器純化為99.9999%的超高純氫氣。
[0068]實施例1
[0069]一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的製備方法，採用MOCVD法生長，包括以下步驟:
[0070]1、將200 μ m厚的Ge襯底14放入反應室，在500°C的溫度範圍內生長一層0.9 μ m厚的GaAs材料的緩衝層13，載流子濃度需要達到2E19cm_3 ；
[0071]2、在緩衝層上面700°C的溫度範圍內先生長複合結構的AlGaAs/AlAs的DBR12，首先生長反射600nm光譜的8對AlGaAs/AlAsDBR，然後調整生長厚度反射650nm光譜的5對AlGaAs/AlAsDBR,最後調整生長厚度反射700nm光譜的5對AlGaAs/AlAs DBR用來反射大部分的光子，其載流子濃度到6E18cm_3 ；複合結構中反射600nm、650nm、700nm三個波段光譜的反射層厚度分別為0.3 μ m、0.2 μ m、0.3ym；
[0072]3、在已經生長好的AlGaAs/AlAs的DBR上面再次生長2至5對AlInP/AlGalnP的第二層DBR11，約有0.3 μ m厚，用來反射低能態的光子，提高轉化效率，載流子濃度為6E18cm3 ；
[0073]4、在650°C的溫度範圍內，生長一層0.3 μ m厚的AlGaAs材料作為背場層10，載流子濃度2E19cnT3 ；
[0074]5、繼續在背場層上生長，在650°C範圍內，生長一層比較厚的η-基層9，生長材料是GaAs，厚度在4 μ m，其載流子濃度為2E18cm_3 ；
[0075]6、在650°C的溫度條件下，繼續生長一層發射層8，生長材料是GaAs，厚度在
0.3 μ m，其載流子濃度為2E19Cm_3 ；
[0076]7、在600°C的條件下,在發射層上面繼續生長一層窗口層7,生長材料為AlGaAs,厚度為80nm，載流子濃度為lE19cnT3 ；
[0077]8、最上面一層在溫度為700°C環境下生長電極接觸層6,材料為GaAs,厚度為
0.8 μ m0
[0078]本實施例的單節太陽能電池經過金屬蒸鍍、光刻電極,並蒸鍍Ti02/Si02雙層減反射膜，在AMO，lsun，25°C條件下實現最高光電轉換效率24.8%。
[0079]實施例2
[0080]一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的製備方法，採用MOCVD法生長，步驟如下:
[0081]1、將200 μ m厚的Ge襯底14放入反應室，在500°C的溫度範圍內生長一層0.9 μ m厚的GaAs材料的緩衝層13，載流子濃度需要達到2E19cm_3 ；
[0082]2、在緩衝層上面650°C的溫度範圍內先生長AlGaAs/AlAs的DBR12，首先生長反射630nm光譜的7對AlGaAs/AlAsDBR，然後調整生長厚度反射700nm光譜的7對AlGaAs/AlAsDBR，最後調整生長厚度反射770nm光譜的5對AlGaAs/AlAs DBR用來反射大部分的光子， 其載流子濃度為5E18cm_3，複合結構中反射600nm、650nm、700nm三個波段光譜的反射層厚度分別為 0.3 u m、0.2 u m、0.3 u m。
[0083]3、在已經生長好的AlGaAs/AlAs的DBR上面再次生長2至5對AlInP/AlGalnP 的第二層DBR11，約有0.3 ii m厚，用來反射低能態的光子，提高轉化效率，載流子濃度為 6E18cm3 ；
[0084]4、在650°C的溫度範圍內，生長一層0.3 ii m厚的AlGaAs材料作為背場層10，載流子濃度2E19cnT3 ；
[0085]5、繼續在背場層上生長，在650°C範圍內，生長一層比較厚的n-基層9，生長材料是GaAs，厚度在4 ii m，其載流子濃度為2E18cm_3 ；
[0086]6、在650°C的溫度條件下，繼續生長一層發射層8，生長材料是GaAs，厚度在 0.3 um,其載流子濃度為2E19cm-3 ；
[0087]7、在600°C的條件下,在發射層上面繼續生長一層窗口層7,生長材料為AlGaAs, 厚度為80nm，載流子濃度為lE19cnT3 ；
[0088]8、取上面一層在溫度為700 C環1--下生長電極接觸層6，材料為GaAs，厚度為 0.8 u m。
[0089]本實施例的單節太陽能電池經過金屬蒸鍍、光刻電極，並蒸鍍Ti02/Si02雙層減反射膜，在AMO，lsun，25°C條件下實現最高光電轉換效率25%，比普通單節太陽電池提高約 30%。
【權利要求】
1.一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，包括採用MOCVD法製得外延結構，該太陽能電池的外延結構依次包括Ge襯底、GaAs緩衝層，AlGaAs/AlAs DBR, AlInP/ AlGaInP DBR, AlGaAs背場層，GaAs n_基層，GaAs發射層，AlGaAs窗口層，GaAs電極接觸層；其中，AlGaAs/AlAsDBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三個波段光譜的反射層構成的複合結構。
2.如權利要求1所述的含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於Ge 襯底厚度為15(T200iim。
3.如權利要求1所述的含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於 GaAs緩衝層厚度為0.3~1.5 u m，載流子濃度為lE18cnT3~6E19cnT3。
4.如權利要求1所述的含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於 AlGaAs/AlAs DBR依次是反射600nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAs DBR、反射650nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAs DBR、反射700nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAs DBR,載流子濃度為 lE18cm 3 ~9E18cm 3。
5.如權利要求4所述的含複合DBR的Ge基單結太陽能電池，，其特徵在於反射 600nm、650nm、700nm三個波段光的三種反射層的厚度分別是0.2~0.3iim、0.2~0.3 y m、0.2^0.4 u mo
6.如權利要求1所述的含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於 AlInP/AlGalnP DBR 厚度為 0.2~0.4 y m，載流子濃度為 2E18cnT3 ~lE19cnT3。
7.如權利要求1所述的含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於 AlGaAs背場層厚度為0.r0.5 u m，載流子濃度lE18cnT3~4E19cnT3。
8.如權利要求1所述的含`複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於GaAsn-基層厚度為2~5 y m，載流子濃度為lE17cnT3~5E18cnT3 ；GaAs發射層厚度為0.05~0.5 u m,載流子濃度為 lE18cm 3 ~8E19cm 3。
9.如權利要求1所述的含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池，其特徵在於 AlGaAs窗口層厚度為2(Tl00nm，載流子濃度為lE18cnT3~2E19cnT3 ；GaAs電極接觸層厚度為0.2~I u m，載流子濃度8E18cnT3~5E19cnT3。
10.一種含複合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的製備方法，包括採用MOCVD法製備外延結構，包括以下步驟:(1)將Ge襯底放入反應室，在350-600°C的溫度範圍內生長一層0.3~1.5 y m厚的GaAs 材料的緩衝層，載流子濃度為lE18cnT3~6E19cnT3 ；(2)在緩衝層上面於40(T75(rC的溫度先生長複合結構AlGaAs/AlAsDBR:首先生長反射600nm光譜的5-10對AlGaAs/AlAs DBR,然後調整生長厚度生長反射650nm光譜的5~10 對AlGaAs/AlAsDBR，再調整生長厚度生長反射700nm光譜的5~10對AlGaAs/AlAs DBR用來反射大部分的光子，其載流子濃度為lE18cnT3~9E18cnT3 ;複合結構中反射600nm、650nm、 700nm三個波段光譜的反射層厚度分別是0.2~0.3um,0.2~0.3um,0.2~0.4um ；(3)在生長好的AlGaAs/AlAsDBR上面再次生長2~5對Al InP/AlGalnP作為第二布拉格反射層，厚度0.2~0.4 iim，用來反射低能態的光子，提高轉化效率，載流子濃度為 2E18cm 3 ~lE19cm 3 ；(4)在500-800°C的溫度範圍內，繼續生長一層0.r0.5 ii m厚的AlGaAs材料作為背場層，載流子濃度lE18cnT3~4E19cnT3 ； (5)繼續在背場層上生長，在500-700°C範圍內，生長一層η-基層，η-基層的材料是GaAs,厚度在2~5 μ m,其載流子濃度為lE17cnT3~5E18cnT3 ； (6)在550-80(TC的溫度條件下，繼續生長一層發射層，發射層材料是GaAs，厚度在0.05~0.5 μ m，其載流子濃度為lE18cnT3~8E19cnT3 ； (7)在500-70(TC的條件下，在發射層上面繼續生長一層窗口層，窗口層材料為AlGaAs,厚度為20~IOOnm,載流子濃度為lE18cm 3~2E19cm 3 ； (8)最上面一層，在溫度500-800°C範圍內生長電極接觸層，電極接觸層材料為GaAs，厚度為0.2~I μ m，載流子濃度8E18cnT3~5E19cnT3。
【文檔編號】H01L31/0352GK103515462SQ201210218156
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月28日 優先權日:2012年6月28日
【發明者】夏偉, 於軍, 吳德華, 蘇來發, 張新 申請人:山東浪潮華光光電子股份有限公司