一种多节太阳能电池制造方法

摘要

本发明属于电子元器件制造技术领域，涉及一种多节太阳能电池制造方法，步骤包括将将InP衬底装入MBE系统的生长室，加热去除衬底表面残余的氧化层，然后依次形成缓冲层、底电极、光吸收层、顶层节、发射极和顶电极，其中光吸收层的禁带宽度由下往上依次递增。本发明采用组分渐变的光吸收层可以大幅度增强不同波段太阳光的光吸收能力，该结构太阳能电池的可以达到很高的光电转化效率。

权利要求

1.一种多节太阳能电池制造方法，其特征在于步骤包括：①将InP衬底装入MBE系统的生长室，要求真空度好于1×10-6torr；

②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；

③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层；

④制备重掺杂的InGaAs层作为底电极；

⑤依次制备InGaAsSb四组分的n层的光吸收层，第n层的组分为AlxnGa1-xnAsynSb1-yn，xn与yn满足如下关系，

0.53y1>y2>…>yn；

⑥制备AlxGa1-xAsySb1-y材料的顶层节；

⑦制备AlxGa1-xAsySb1-y材料的发射极；

⑧制备重掺杂的In0.53Ga0.47As材料，作为顶电极；

⑨沉积生长完毕后，在外延片正面和背面分别做上电极，快速热退火形成欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的多节太阳能电池制造方法，其特征在于：所述缓冲层材料为In0.53Ga0.47As或In0.52Al0.48As。

3.根据权利要求1所述的多节太阳能电池制造方法，其特征在于：所述底电极、光吸收层、顶层节和吸收层为Si重掺杂的N型层，发射极和顶电极为Be重掺杂的P型层。

4.根据权利要求1所述的多节太阳能电池制造方法，其特征在于：所述底电极、光吸收层、顶层节和吸收层为Be重掺杂的P型层，发射极和顶电极为Si重掺杂的N型层。

5.根据权利要求3或4所述的多节太阳能电池制造方法，其特征在于：所述步骤⑥和步骤⑦的AlGaAsSb材料的组分为AlxGa1-xAsySb1-y，x与y均满足如下关系，x发>x顶>0.6，其中x顶表示顶层节的x取值，x发表示发射极的x取值。

6.根据权利要求5所述的多节太阳能电池制造方法，其特征在于：所述AlGaAsSb材料采用类超晶格法来生长。

说明书

一种多节太阳能电池制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子元器件制造技术领域，特别涉及一种多节太阳能电池制造方法。

背景技术

[0002] 太阳能电池作为可再生能源的代表，受到人们广泛的关注。目前商业化的单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能电池大多采用单P-N节结构，只能吸收并转化太阳能光谱全谱中的一小部分，因此光电转换效率普遍不高(低于30％)。为了进一步提高电池效率，我们可以将注意力转移到多节太阳能电池上。多节太阳能电池，顾名思义，电池结构从上往下依次设置带隙从大到小渐变的光吸收层，从而实现对太阳光谱从短波长到长波长的依次吸收，进而大幅度提高光电转换效率。

[0003] 多节太阳能电池通常由底电极、组分渐变的光吸收层、发射极层、顶电极组成。这几层材料通常通过外延生长的方式沉积在衬底表面。要求每一层都必须和衬底晶格常数失配度<10％。在此基础上，每层材料还要有充分的自由度来调节自身的禁带宽度。在此基础上，要通过合适的掺杂来确定每层薄膜的载流子类型和载流子浓度。要满足这些要求，通常选用三组分和四组分的材料，因为单组份和双组分薄膜组分调节自由度太小。这就给材料生长带来了一定的难度，因为尤其是四组分材料，薄膜生长受到不互溶隙的限制。

发明内容

[0004] 本发明的主要目的在于提供一种多节太阳能电池制造方法，使太阳能电池对不同波段太阳光具有良好的光吸收能力，提高光电转换效率。

[0005] 本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种多节太阳能电池制造方法，步骤包括：

[0006] ①将InP衬底装入MBE系统的生长室，要求真空度好于1×10-6torr；

[0007] ②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；

[0008] ③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层与InP衬底晶格匹配的缓冲层；

[0009] ④制备重掺杂的InGaAs层作为底电极；

[0010] ⑤依次制备InGaAsSb四组分的n层的光吸收层，第n层的组分为AlxnGa1-xnAsynSb1-yn，xn与yn满足如下关系，

[0011]

[0012] 0.53y1>y2>…>yn；

[0013] ⑥制备AlxGa1-xAsySb1-y材料的顶层节；

[0014] ⑦制备AlxGa1-xAsySb1-y材料的发射极；

[0015] ⑧制备重掺杂的In0.53Ga0.47As材料，作为顶电极；

[0016] ⑨沉积生长完毕后，在外延片正面和背面分别做上电极，快速热退火形成欧姆接触。

[0017] 具体的，所述缓冲层材料为In0.53Ga0.47As或In0.52Al0.48As。

[0018] 具体的，所述底电极、光吸收层、顶层节和吸收层为Si重掺杂的N型层，发射极和顶电极为Be重掺杂的P型层。

[0019] 具体的，所述底电极、光吸收层、顶层节和吸收层为Be重掺杂的P型层，发射极和顶电极为Si重掺杂的N型层。

[0020] 进一步的，所述步骤⑥和步骤⑦的AlGaAsSb材料的组分为AlxGa1-xAsySb1-y，x与y满足如下关系，

[0021]

[0022] x顶>x发>0.6，其中x顶表示顶层节的x取值，x发表示发射极的x取值。

[0023] 进一步的，所述AlGaAsSb材料采用类超晶格法来生长。

[0024] 具体的，所述顶电极为Be重掺杂的In0.53Ga0.47As材料。

[0025] 采用上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：

[0026] 本发明采用组分渐变的N型光吸收层可以大幅度增强不同波段太阳光的光吸收能力，该结构太阳能电池的可以达到很高的光电转化效率。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0028] 实施例1：

[0029] ①将InP衬底装入MBE系统的生长室，要求真空度好于1×10-6torr；

[0030] ②加热衬底至500～700℃，以去除衬底表面残余的氧化层；

[0031] ③在脱氧温度的基础上降低10～200℃，生长一层缓冲层；

[0032] ④选用Si作为掺杂源，制备重掺杂的InGaAs的N型底电极；

[0033] ⑤逐渐增大In的束流，降低As的束流，降低Si的束流，依次制备InGaAsSb四组分的n层的N型光吸收层；

[0034] ⑥选用Si为掺杂源，制备AlxNGa1-xNAsyNSb1-yN材料的N型顶层节；

[0035] ⑦增大Al的束流，降低As的束流，选用Be作为掺杂源，制备AlxPGa1-xPAsyPP1-yP材料的发射极；

[0036] ⑧选用Be作为重掺杂源，用重掺杂的InGaAs材料，作为P型顶电极；

[0037] ⑨沉积生长完毕后，在外延片正面和背面分别做上电极，快速热退火形成欧姆接触。

[0038] 以上制造方法形成的结构从InP衬底由下至上依次为：

[0039] 1)缓冲层：目的是将脱氧后的InP衬底表面平整化，为后续的薄膜生长做准备。要求该层与InP晶格常数匹配，我们选择三组分的In0.53Ga0.47As或In0.52Al0.48As作为缓冲层。

[0040] 2)N型底电极：Si重掺杂的In0.53Ga0.47As材料，作电池的底接触层，实现底部载流子的注入。

[0041] 3)N型光吸收层：Si重掺杂的AlxnGa1-xnAsynSb1-yn材料，要求禁带宽度由下往上依次递增，并且晶格常数还要保持与InP一致。0.53y1>y2>…>yn。

[0042] xn与yn之间满足关系：

[0043]

[0044] 4)N型顶层节：Si重掺杂的AlxNGa1-xNAsyNSb1-yN材料，要求其禁带宽度大于1.6eV，也就是Al组分x顶>0.6。

[0045] 要求其晶格常数和InP一致，故x与y满足如下关系，

[0046]

[0047] 5)P型发射极：Be重掺杂的AlxPGa1-xPAsyPSb1-yP材料，为太阳能电池的P型区。

[0048] x与y满足如下关系，

[0049]

[0050] 对于N型光吸收层和P型发射极，要求与InP晶格常数匹配，P型发射极的禁带宽度xP要大于N型光吸收层的禁带宽度xN，故Al组分x发>x顶>0.6。

[0051] N型光吸收层和P型发射极都采用类超晶格法来生长，以克服四组分材料不互溶隙的限制。具体分为两种方案：

[0052] 第一种：设计AlxGa1-xAs厚度为d1，AlxGa1-xSb厚度为d2，d1+d2为一个周期，通过调节d1和d2的值，可以精确调控As和Sb的组分。

[0053] 第二种：设计AlAsySb1-y厚度为d1，GaAsySb1-y厚度为d2，d1+d2为一个周期，通过调节d1和d2的值，可以精确调控Al和Ga的组分。

[0054] 这两种方案有效避免了材料生长过程中As和Sb或Al和Ga之间的的竞争，并且彻底解决了不互溶隙对材料生长的限制。

[0055] 6)P型顶电极：Be重掺杂的In0.52Ga0.48As材料，作为P型区的接触层，实现顶部空穴的注入。

[0056] 实施例2：

[0057] 与实施例1的不同之处在于：底电极、光吸收层、顶层节和吸收层为Be重掺杂的P型层，发射极和顶电极为Si重掺杂的N型层。

[0058] 本发明采用组分渐变的光吸收层可以大幅度增强不同波段太阳光的光吸收能力，以三节光吸收层为例，该结构太阳能电池可以达到超过40％的光电转化效率。节数越高，理论上的光电转化效率越高。

[0059] 以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。