本发明涉及一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构及其制备方法，包括依次从下到上设置的Si衬底、GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层、AlGaAs背场层、GaAs基层、GaAs发射层、AlGaAs窗口层、GaAs电极接触层。本发明通过对Si衬底500‑850℃高温热处理，并且在500‑750℃生长GaAs低温缓冲层，在600‑750℃生长GaAs高温缓冲层，解决了Si衬底与GaAs材料的晶格匹配问题，通过高低温切换实现了GaAs材料在Si衬底上进行生长的可能性，为继续生长新材料提供新鲜界面，为Si衬底生长GaAs太阳能电池提供了更为广泛和高效的方法和途径。
1.一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，包括依次从下到上设置的Si衬底、GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层、AlGaAs背场层、GaAs基层、GaAs发射层、AlGaAs窗口层、GaAs电极接触层，所述GaAs低温缓冲层的厚度为80-100 nm，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/cm3，所述GaAs高温缓冲层的厚度为0.6um -3um，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/cm3；
AlGaAs背场层采用AlXGa1-XAs材料，X的取值范围为0-0.5；AlGaAs窗口层采用AlYGa1-YAs材料，Y的取值范围为0.5-1。
2.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，X的取值范围为0.1-0.45；Y的取值范围为0.45-0.95。
3.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，X=0.35，Y =0.65。
4.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，所述GaAs3
低温缓冲层的掺杂浓度为5E17-6E18个原子/cm ；所述GaAs高温缓冲层的掺杂浓度为5E17-
5.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，所述GaAs低温缓冲层的厚度为80nm，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs高温缓冲层的厚度为
6.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，所述AlGaAs背场层厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/ cm3；所述GaAs基层的厚度为2-5um，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/ cm3；所述GaAs发射层的厚度为0.05-1.0um，掺杂浓度为1E18-1E20个原子/ cm3；所述AlGaAs窗口层的厚度为0.03-0.5um，掺杂浓度为1E18-
1E20个原子/ cm3；所述GaAs电极接触层的厚度为0.1-1.5um，掺杂浓度为1E18-1E20个原子/ cm3。
7.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，所述AlGaAs背场层厚度为0.25-0.35μm，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/ cm3；所述GaAs基层的厚度为3-5um，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/ cm3；所述GaAs发射层的厚度为0.06-0.9um，掺杂浓度为3E18-1E20个原子/ cm3；所述AlGaAs窗口层的厚度为0.05-0.5um，掺杂浓度为
3E18-1E20个原子/ cm3；所述GaAs电极接触层的厚度为0.2-1um，掺杂浓度为1E19-1E20个原子/ cm3。
8.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其特征在于，所述AlGaAs背场层厚度为0.27um，掺杂浓度为7E17个原子/ cm3；所述GaAs基层的厚度为3.2um，掺杂浓度为7E17个原子/ cm3；所述GaAs发射层的厚度为0.2um，掺杂浓度为3E19个原子/ cm3；所述AlGaAs窗口层的厚度为0.15um，掺杂浓度为3E19个原子/ cm3；所述GaAs电极接触3
层的厚度为0.5um，掺杂浓度为8E19个原子/ cm。
9.权利要求1-8任一所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，包括采用MOCVD方法在Si衬底上生长外延层，具体步骤包括：（1）在500-850℃温度下，通入H2，对所述Si衬底高温清洗；
（2）降温至500-750℃，通入TMGa和AsH3，在所述Si衬底上生长所述GaAs低温缓冲层；
（3）升温至600-750℃，在所述GaAs低温缓冲层上生长所述GaAs高温缓冲层；
（4）保持步骤（3）的温度，通入TMAl，在所述GaAs高温缓冲层上生长所述AlGaAs背场层；
（5）降温至550-700℃，在所述AlGaAs背场层上生长所述GaAs基层；
（6）在550-750℃温度下，在所述GaAs基层上依次生长所述GaAs发射层、所述AlGaAs窗口层；
（7）降温至500-600℃，在所述AlGaAs窗口层上生长所述GaAs电极接触层。
10.根据权利要求9所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）、（2）、（3）中：（1）在800℃温度下，通入H2，对所述Si衬底高温清洗；去除所述Si衬底表面水氧并为步骤（2）做准备；
（2）降温至550℃，通入TMGa和AsH3，在所述Si衬底上生长所述GaAs低温缓冲层；
（3）升温至700℃，在所述GaAs低温缓冲层上生长所述GaAs高温缓冲层。
11.根据权利要求9所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备过程中，MOCVD设备的压力为50-200mbar；所述GaAs低温缓冲层、所述GaAs高温缓冲层、所述AlGaAs背场层的N型掺杂源为Si2H6；所述GaAs基层、所述GaAs发射层、所述AlGaAs窗口层、所述GaAs电极接触层的P型掺杂源为CBr4或DEZn。
12.根据权利要求11所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述H2的流量为25000－40000 sccm；所述TMGa的纯度大于等于99.99%，所述TMGa的恒温槽的温度为（-5）-15℃；所述TMAl的纯度大于等于99.99%，所述TMAl的恒温槽的温度为10-28℃；所述AsH3的纯度大于等于99.99%；所述Si2H6的纯度大于等于99.99%；所述CBr4的纯度大于等于99.99%，所述CBr4的恒温槽的温度为0-25℃；所述DEZn的纯度大于等于99.99%，所述DEZn的恒温槽的温度为0-25℃。
13.根据权利要求11所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，所述TMGa的纯度为99.9999%，所述TMAl的纯度为99.9999%，所述AsH3的纯度为99.9999%，所述Si2H6的纯度为99.9999%，所述CBr4的纯度为99.9999%，所述DEZn的纯度为99.9999%。
一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
[0002] 太阳能电池(Solar Cell)可大致分为三代，第一代为硅晶电池，又可大致分为单晶硅与多晶硅两种，商业应用之历史最悠久，已被广泛应用于家庭与消费性商品；第二代产品为薄膜太阳能电池，主要构成材料为非晶硅(Amorphous)与二六族化合物半导体，常被运用于建筑涂料；第三代即为砷化镓三五族太阳能电池，砷化镓(GaAs)被运用于太空作为发电用途已有很长的历史，主要因为砷化镓具有良好的耐热、耐辐射等特性，因此被广泛利用在太空发电用途，唯价格过于高昂，故过去未被使用于地面及家庭消费性用途。然而随着人类对半导体材料的认识益深，搭配上聚光光学组件，如今砷化镓电池之转换效率已可高达40％，制造成本亦大幅降低。在全球热切寻找永续替代能源的今日，高效率砷化镓太阳能电池将是光能发电的另一项重要选择。
[0003] 太阳电池是一种能量转换的光电元件，它是经由太阳光照射后，把光的能量转换成电能，此种光电元件称为太阳电池(Solar Cell)。从物理学的角℃来看，有人称之为光伏电池(Photovoltaic，简称PV)，其中的photo就是光(light)，而voltaic就是电力(electricity)。太阳电池的种类繁多，若依材料的种类来区分，可分为单晶硅(single crystal silicon)、多晶硅(polycrystal silicon)、非晶硅(amorphous silicon，简称a-Si)、III-Ⅴ族[包括：砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓铟(InGaP)]、II-Ⅵ族[包括：碲化镉(CdTe)、硒化铟铜(CuInSe 2)]等。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。太阳能光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
[0004] 其原理是当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。
[0005] 当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P区移动，而P区中的电子往N区移动，从而形成从N区到P区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。如图1所示。由于半导体不是电的良导体，电子在通过PN结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖PN结，以增加入射光的面积。
[0006] GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5％(一般在19.5％左右)，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。使用Si衬底，用MOCVD技术制造GaAs电池是降低成本很有希望的方法。在Si衬底上进行生长GaAs太阳能电池具有极大的市场前景和技术潜力，Si衬底价格便宜面积大，并且对比其他太阳能常用衬底如Ge衬底资源丰富，对于GaAs衬底处理时不会产生毒类物质，实用意义更大。但是由于Si衬底与GaAs材料禁带系数、热膨胀系数等技术因素有关，目前的技术一直在进行研发探索。
[0007] 中国专利文献CN101859814A公开了一种在硅衬底上生长InGaP/GaAs/Ge三结太阳能电池的方法，首先在硅衬底上外延生长组分渐变的GexSi1－x应力过渡层，然后在应力过渡层上形成应力完全弛豫的Ge薄膜层，接着在上述Ge/GexSi1－x/Si模板上，外延生长形成包括底部Ge子电池、中部GaAs子电池和顶部InGaP子电池的InGaP/GaAs/Ge三结高效太阳能电池。本专利主要是提供直接在Si衬底上通过变温生长GaAs过渡层然后进行生长单结太阳能电池的方法，两者目的一样，但是实现的手段与方法不尽相同。
[0008] 中国专利文献CN103346190A公开了一种Si衬底的四结级联太阳能电池，包括从下至上依次设置在Si衬底上的第一键合层、InGaAsP/InGaAs双结电池、第二键合层、第三键合层、GaInP/GaAs双结电池，使所述InGaAsP/InGaAs双结电池、GaInP/GaAs双结电池在Si衬底上形成串联。本发明还提供这种太阳能电池的制备方法。本发明采用Si衬底作为支撑衬底具有良好的机械强度。同时，采用了键合后再正装生长薄层的双结电池的方式，且GaAs与InP薄层键合方法实现了四结电池的晶格匹配生长。但是，该专利存在以下缺陷：没有根本解决材料结构之间的禁带和热膨胀系数问题，多次键合后对材料质量和光电转换效率有一定影响。
[0009] 中国专利文献CN103311354A公开了一种Si衬底三结级联太阳电池，包括按照远离Si衬底的方向依次在Si衬底上生长的第一过渡层、GeSi底电池、第二过渡层、第一隧道结、GaAs中间电池、第二隧道结、GaInP顶电池、GaAs接触层。本发明采用Si衬底制作的三结级联太阳能电池，实现带隙能量分别为1.89eV/1.42eV/1.0eV，获得高电压、低电流输出，从而有效降低超高倍聚光太阳电池中的电阻损失，实现较高的光电转换效率。但是，该专利存在以下缺陷：该结构增加了生产制造成本，并且无法实现从Si衬底直接向GaAs材料过渡形成单结电池的优势，增加了产品的不稳定性。
[0010] 综上所述，现有的单晶、多晶硅、有机物太阳能电池转化效率不高，而使用Ge衬底生长GaAs单结太阳能电池，由于Ge衬底自身价格较高且来源不丰富、成本较高。
发明内容
[0011] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构；
[0012] 本发明还提供了上述Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法；
[0013] 本发明利用MOCVD技术通过温度等手段直接在Si衬底上生长GaAs材料，通过热处理以及GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层解决Si衬底与GaAs单结太阳能电池的禁带和热膨胀系数问题，通过调整结构中Al组分实现最大光电转换效率，为实现大规模量产民用铺平了道路。
[0014] 术语解释
[0015] 1、MOCVD：金属有机化学气相沉积技术，MOCVD设备是半导体化合物生长的常用设备，广泛用于半导体电子器件制造行业。
[0016] 2、掺杂浓度：单位1E19个原子/cm3就是指每单位立方厘米中有1*1019个原子。
[0017] 3、AM0：AM为大气质量，AM0即大气质量为0，代表空间应用环境。
[0018] 4、AM1：表示阳光垂直穿透大气，即0°入射。
[0019] 5、AM1.5：表示阳光以45°入射。
[0020] 本发明的技术方案为：
[0021] 一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，包括依次从下到上设置的Si衬底、GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层、AlGaAs背场层、GaAs基层、GaAs发射层、AlGaAs窗口层、GaAs电极接触层，所述GaAs低温缓冲层的厚度为20-100nm，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/cm3；所述GaAs高温缓冲层的厚度为0.3-3um，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/cm3。
[0022] 通过对Si衬底500-850℃高温热处理，并且在500-750℃生长GaAs低温缓冲层，在600-750℃生长GaAs高温缓冲层，解决了Si衬底与GaAs材料的晶格匹配问题，通过高低温切换实现了GaAs材料在Si衬底上进行生长的可能性，为继续生长新材料提供新鲜界面，为Si衬底生长GaAs太阳能电池提供了更为广泛和高效的方法和途径。AlGaAs背场层因为其禁带宽度比较高，降低背面的电子复合，起到阻止电子流失的作用；GaAs基层为电子聚集提供了场所；GaAs发射层为空穴聚集提供了场所；AlGaAs窗口层，因为其禁带宽度最高，所以能起到钝化表面，降低非辐射复合，为空穴能在发射层聚集起到阻止作用；位于最上层的GaAs电极接触层，则是起到接通电极的作用。
[0023] 采用Si衬底代替了传统的Ge衬底和GaAs衬底，其作用就是降低太阳能电池生产成本，提高生产的单片面积。
[0024] 根据本发明优选的，AlGaAs背场层采用AlXGa1-XAs材料，X的取值范围为0-0.5；进一步优选的，X的取值范围为0.1-0.45；特别优选的，X＝0.35。
[0025] 根据本发明优选的，AlGaAs窗口层采用AlYGa1-YAs材料，Y的取值范围为0.5-1；进一步优选的，Y的取值范围为0.45-0.95；特别优选的，Y＝0.65。
[0026] 通过调整AlXGa1-XAs材料和AlYGa1-YAs材料中各自Al的组分，实现对太阳光高低能态光子的吸收，极大地提高了太阳能光电转换效率，比普通的太阳能电池效率提高20％以上。
[0027] 根据本发明优选的，所述GaAs低温缓冲层的厚度为50-100nm，掺杂浓度为5E17-6E18个原子/cm3；所述GaAs高温缓冲层的厚度为0.3-2um，掺杂浓度为5E17-6E18个原子/cm3；
[0028] 特别优选的，所述GaAs低温缓冲层的厚度为80nm，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs高温缓冲层的厚度为0.6um，掺杂浓度为7E17个原子/cm3。
[0029] 根据本发明优选的，所述AlGaAs背场层厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/cm3；所述GaAs基层的厚度为2-5um，掺杂浓度为1E17-6E18个原子/cm3；
[0030] 所述GaAs发射层的厚度为0.05-1.0um，掺杂浓度为1E18-1E20个原子/cm3；
[0031] 所述AlGaAs窗口层的厚度为0.03-0.5um，掺杂浓度为1E18-1E20个原子/cm3；
[0032] 所述GaAs电极接触层的厚度为0.1-1.5um，掺杂浓度为1E18-1E20个原子/cm3；
[0033] 进一步优选的，所述AlGaAs背场层厚度为0.25-0.35μm，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/cm3；所述GaAs基层的厚度为3-5um，掺杂浓度为5E17-1E18个原子/cm3；所述GaAs发射3
层的厚度为0.06-0.9um，掺杂浓度为3E18-1E20个原子/cm ；所述AlGaAs窗口层的厚度为
0.05-0.5um，掺杂浓度为3E18-1E20个原子/cm3；
[0034] 所述GaAs电极接触层的厚度为0.2-1um，掺杂浓度为1E19-1E20个原子/cm3；
[0035] 特别优选的，所述AlGaAs背场层厚度为0.27um，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs基层的厚度为3.2um，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs发射层的厚度为0.2um，掺杂浓度为3E19个原子/cm3；所述AlGaAs窗口层的厚度为0.15um，掺杂浓度为3E19个原子/cm3；所述GaAs电极接触层的厚度为0.5um，掺杂浓度为8E19个原子/cm3。
[0036] 根据本发明，一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，包括采用MOCVD方法在Si衬底上生长外延层，具体步骤包括：
[0037] (1)在500-850℃温度下，通入H2，对所述Si衬底高温清洗；去除所述Si衬底表面水氧并为步骤(2)做准备；
[0038] (2)降温至500-750℃，通入TMGa和AsH3，在所述Si衬底上生长所述GaAs低温缓冲层；
[0039] (3)升温至600-750℃，在所述GaAs低温缓冲层上生长所述GaAs高温缓冲层；
[0040] (4)保持步骤(3)的温度，通入TMAl，在所述GaAs高温缓冲层上生长所述AlGaAs背场层；
[0041] (5)降温至550-700℃，在所述AlGaAs背场层上生长所述GaAs基层；
[0042] (6)在550-750℃温度下，在所述GaAs基层上依次生长所述GaAs发射层、所述AlGaAs窗口层；
[0043] (7)降温至500-600℃，在所述AlGaAs窗口层上生长所述GaAs电极接触层。
[0044] 根据本发明优选的，所述步骤(1)、(2)、(3)中，
[0045] (1)在800℃温度下，通入H2，对所述Si衬底高温清洗；去除所述Si衬底表面水氧并为步骤(2)做准备；
[0046] (2)降温至550℃，通入TMGa和AsH3，在所述Si衬底上生长所述GaAs低温缓冲层；
[0047] (3)升温至700℃，在所述GaAs低温缓冲层上生长所述GaAs高温缓冲层。
[0048] 根据本发明优选的，所述Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备过程中，MOCVD设备的压力为50-200mbar。
[0049] 根据本发明优选的，所述GaAs低温缓冲层、所述GaAs高温缓冲层、所述AlGaAs背场层的N型掺杂源为Si2H6；所述GaAs基层、所述GaAs发射层、所述AlGaAs窗口层、所述GaAs电极接触层的P型掺杂源为CBr4或DEZn。
[0050] 根据本发明优选的，所述H2的流量为25000－40000sccm；所述TMGa的纯度大于等于99.99％，所述TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃；所述TMAl的纯度大于等于99.99％，所述TMAl的恒温槽的温度为10-28℃；所述AsH3的纯度大于等于99.99％；所述Si2H6的纯度大于等于99.99％；所述CBr4的纯度大于等于99.99％，所述CBr4的恒温槽的温度为0-25℃；所述DEZn的纯度大于等于99.99％，所述DEZn的恒温槽的温度为0-25℃。
[0051] 根据本发明优选的，所述TMGa的纯度为99.9999％，所述TMAl的纯度为99.9999％，所述AsH3的纯度为99.9999％，所述Si2H6的纯度为99.9999％，所述CBr4的纯度为99.9999％，所述DEZn的纯度为99.9999％。
[0052] 本发明的有益效果为：
[0053] 1、本发明通过对Si衬底500-850℃高温热处理，并且在500-750℃生长GaAs低温缓冲层，在600-750℃生长GaAs高温缓冲层，解决了Si衬底与GaAs材料的晶格匹配问题，通过高低温切换实现了GaAs材料在Si衬底上进行生长的可能性，为继续生长新材料提供新鲜界面，为Si衬底生长GaAs太阳能电池提供了更为广泛和高效的方法和途径。Si衬底的热导率(145.7W/m.K)是GaAs衬底热导率的3倍，极大地提高了电流工作能力。
[0054] 2、本发明采用Si衬底代替了传统的Ge衬底和GaAs衬底，降低了太阳能电池生产成本，提高生产的单片面积。
[0055] 3、通过调整AlXGa1-XAs材料和AlYGa1-YAs材料中各自Al的组分，实现对太阳光高低能态光子的吸收，极大地提高了太阳能光电转换效率，比普通的太阳能电池效率提高20％以上，达到了17％的转换效率，为使用Si衬底大规模量产提供了技术基础。
附图说明
[0056] 图1为PN结的原理图。
[0057] 图2为本发明Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的示意图。
[0058] 1、太阳光，2、P区，3、N区，4、电流方向，5、Si衬底，6、GaAs低温缓冲层，7、GaAs高温缓冲层，8、AlGaAs背场层，9、GaAs基层，10、GaAs发射层，11、AlGaAs窗口层，12、GaAs电极接触层。
具体实施方式
[0059] 下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
[0060] 实施例1
[0061] 一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，包括依次从下到上设置的Si衬底5、GaAs低温缓冲层6、GaAs高温缓冲层7、AlGaAs背场层8、GaAs基层9、GaAs发射层10、AlGaAs窗口层11、GaAs电极接触层12。如图2所示。
[0062] 所述GaAs低温缓冲层6的厚度为80nm，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs高温缓冲层7的厚度为0.6um，掺杂浓度为7E17个原子/cm3。
[0063] AlGaAs背场层8采用GaAs材料；AlGaAs窗口层11采用AlYGa1-YAs材料，Y＝0.5。
[0064] 通过调整AlXGa1-XAs材料和AlYGa1-YAs材料中各自Al的组分，实现对太阳光高低能态光子的吸收，极大地提高了太阳能光电转换效率，比普通的太阳能电池效率提高20％。
[0065] 所述AlGaAs背场层8厚度为0.27um，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs基层9的厚度为3.2um，掺杂浓度为7E17个原子/cm3；所述GaAs发射层10的厚度为0.2um，掺杂浓度为3E19个原子/cm3；所述AlGaAs窗口层11的厚度为0.15um，掺杂浓度为3E19个原子/cm3；所述GaAs电极接触层12的厚度为0.5um，掺杂浓度为8E19个原子/cm3。
[0066] 实施例2
[0067] 根据实施例1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其区别在于，[0068] AlGaAs背场层8采用AlXGa1-XAs材料，X＝0.5。AlGaAs窗口层11采用AlYGa1-YAs材料，Y＝1。GaAs低温缓冲层6的厚度为100nm，掺杂浓度为6E18个原子/cm3；GaAs高温缓冲层7的厚度为3um，掺杂浓度为6E18个原子/cm3。
[0069] 实施例3
[0070] 根据实施例1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其区别在于，[0071] AlGaAs背场层8采用AlXGa1-XAs材料，X＝0.1。AlGaAs窗口层11采用AlYGa1-YAs材料，Y＝0.45。GaAs低温缓冲层6的厚度为20nm，掺杂浓度为1E17个原子/cm3；GaAs高温缓冲层7的厚度为0.3um，掺杂浓度为1E17个原子/cm3。
[0072] 实施例4
[0073] 根据实施例1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其区别在于，[0074] AlGaAs背场层8采用AlXGa1-XAs材料，X＝0.45。AlGaAs窗口层11采用AlYGa1-YAs材料，Y＝0.95。GaAs低温缓冲层6的厚度为100nm，掺杂浓度为6E18个原子/cm3；GaAs高温缓冲层7的厚度为2um，掺杂浓度为6E18个原子/cm3；
[0075] 实施例5
[0076] 根据实施例1所述的一种Si衬底GaAs单结太阳能电池结构，其区别在于，[0077] AlGaAs背场层8采用AlXGa1-XAs材料，X＝0.35。AlGaAs窗口层11采用AlYGa1-YAs材料，Y＝0.65。GaAs低温缓冲层6的厚度为50nm，掺杂浓度为5E17个原子/cm3；GaAs高温缓冲层7的厚度为0.3um，掺杂浓度为5E17个原子/cm3；
[0078] 实施例6
[0079] 实施例1-5任一所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，包括采用MOCVD方法在Si衬底上生长外延层，工艺条件如下：反应室压力：50－200mbar，H2流量为25000－40000sccm；H2的纯度为99.9999％有机金属源TMAl的纯度为99.9999％，所述TMAl的恒温槽的温度为10-28℃；有机金属源TMGa的纯度为99.9999％，所述TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃；有机化合物源CBr4的纯度为99.9999％，所述CBr4的恒温槽的温度为0-25℃；有机金属源DEZn的纯度为99.9999％，所述DEZn的恒温槽的温度为0-25℃；AsH3的纯度为99.9995％Si2H6的纯度为99.9995％；具体步骤包括：
[0080] (1)在850℃温度下，通入H2，对所述Si衬底5高温清洗12分钟；去除所述Si衬底表面水氧并为步骤(2)做准备；
[0081] (2)降温至500℃，通入TMGa和AsH3，在所述Si衬底5上生长所述GaAs低温缓冲层6；
[0082] (3)升温至750℃，在所述GaAs低温缓冲层6上生长所述GaAs高温缓冲层7；
[0083] (4)保持步骤(3)的温度，通入TMAl，在所述GaAs高温缓冲层7上生长所述AlGaAs背场层8；
[0084] (5)降温至650℃，在所述AlGaAs背场层8上生长所述GaAs基层9；
[0085] (6)在650℃温度下，在所述GaAs基层9上依次生长所述GaAs发射层10、所述AlGaAs窗口层11；
[0086] (7)降温至500℃，在所述AlGaAs窗口层11上生长所述GaAs电极接触层12。
[0087] 所述GaAs低温缓冲层6、所述GaAs高温缓冲层7、所述AlGaAs背场层8的N型掺杂源为Si2H6；所述GaAs基层9、所述GaAs发射层10、所述AlGaAs窗口层11、所述GaAs电极接触层12的P型掺杂源为CBr4或DEZn。
[0088] 在制备的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构上经过金属蒸镀、光刻电极，并蒸镀TiO2/SiO2双层减反膜，在AMO、1sun、25℃条件下实现太阳能光电转换效率为17％。
[0089] 实施例7
[0090] 实施例1-5任一所述的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构的制备方法，包括采用MOCVD方法在Si衬底上生长外延层，具体步骤包括：
[0091] (1)在800℃温度下，通入H2，对所述Si衬底5高温清洗20分钟；去除所述Si衬底表面水氧并为步骤(2)做准备；
[0092] (2)降温至550℃，通入TMGa和AsH3，在所述Si衬底5上生长所述GaAs低温缓冲层6；
[0093] (3)升温至700℃，在所述GaAs低温缓冲层6上生长所述GaAs高温缓冲层7；
[0094] (4)保持步骤(3)的温度，通入TMAl，在所述GaAs高温缓冲层7上生长所述AlGaAs背场层8；
[0095] (5)降温至600℃，在所述AlGaAs背场层8上生长所述GaAs基层9；
[0096] (6)在620℃温度下，在所述GaAs基层9上依次生长所述GaAs发射层10、所述AlGaAs窗口层11；
[0097] (7)降温至550℃，在所述AlGaAs窗口层11上生长所述GaAs电极接触层12。
[0098] 所述GaAs低温缓冲层6、所述GaAs高温缓冲层7、所述AlGaAs背场层8的N型掺杂源为Si2H6；所述GaAs基层9、所述GaAs发射层10、所述AlGaAs窗口层11、所述GaAs电极接触层12的P型掺杂源为CBr4或DEZn。
[0099] 在制备的Si衬底GaAs单结太阳能电池结构上经过金属蒸镀、光刻电极，并蒸镀TiO2/SiO2双层减反膜，在AMO、1sun、25℃条件下实现太阳能光电转换效率为17％。
