一种多结太阳电池结构

技术领域

本申请涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种多结太阳电池结构。

背景技术

太阳电池可将太阳能直接转换为电能，是一种有效的清洁能源形式。传统太阳电池通常是硅太阳电池，但硅太阳电池对太阳光谱的吸收波段比较单一，因此，多结太阳电池应运而生。多结太阳电池是由不同禁带宽度的子电池通过隧穿结串联而成，各子电池分别吸收太阳光谱不同波段，从而大大提高太阳电池的转换效率。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，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，其中，GaInP/InGaAs/Ge晶格匹配结构的多结太阳电池已在航天领域得到广泛应用。

传统的晶格匹配多结太阳电池中的GaInP顶电池、InGaAs中电池和Ge底电池之间电流密度存在不匹配的问题，限制了光电转换效率的提高，目前可通过提高子电池电流密度来解决这一问题。一种途径是通过提高中电池InGaAs层的In组份，降低中、顶子电池的带隙，增加中、顶子电池的短路电流，使其与Ge底电池实现更好的电流匹配来提高电池效率。但高In组份会导致Ge衬底与InGaAs层之间存在较大的晶格失配，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中电池中引入多量子阱结构，由于多量子阱结构引入了中间能级，使得中电池的光谱响应得到扩展，从而达到提高中电池的短路电流的目的，并且，通过拓展InGaAs中电池的光谱响应，调整顶、中电池的匹配电流，最终实现电池转换效率的提升。

相比于普通多量子阱结构采用InGaAs势阱层和GaAs势垒层，应力平衡多量子阱结构采用InGaAs势阱层和(In)GaAsP势垒层。然而，在应力平衡多量子阱结构中，第一方面，周期性的(In)GaAsP势垒层的高势垒会阻碍光生载流子的输运，并且，足够多的周期数对于收集光生载流子提高太阳电池性能至关重要，而数量较多的(In)GaAsP势垒层会极大影响光生载流子的输运，降低太阳电池的开路电压和填充因子；第二方面，为了平衡InGaAs势阱层的压应力，需要(In)GaAsP势垒层具有一定的厚度以提供足够的张应力，但(In)GaAsP势垒层厚度较大时容易产生位错；第三方面，InGaAs势阱层和(In)GaAsP势垒层的界面为AsP界面，会形成原子互扩散而影响InGaAs势阱层和(In)GaAsP势垒层的界面平整度，进而影响多量子阱结构的吸收光子效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种多结太阳电池结构，以改善InGaAs子电池中光生载流子的输运，提高多结太阳电池结构的光电转换效率，提升多结太阳电池结构的开路电压和填充因子，并使得(In)GaAsP势垒层的厚度可以减小，降低其超过临界厚度产生位错的风险。

为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种多结太阳电池结构，包括衬底和位于所述衬底上层叠的多个子电池，所述多个子电池包括InGaAs子电池；

所述InGaAs子电池包括沿背离所述衬底的方向设置的In

所述多量子阱结构包括交替层叠的In

可选的，j＝0，所述In

所述多量子阱结构中，k＝0，所述In

可选的，j>0，所述In

所述多量子阱结构中，k>0，所述In

可选的，当w＝k时，zk。

可选的，所述In

所述In

所述In

可选的，0

可选的，所述InGaAs子电池还包括：

位于所述In

可选的，所述InGaAs子电池还包括：

位于所述In

可选的，所述多个子电池包括沿背离所述衬底的方向设置的第一子电池、第二子电池和第三子电池，其中，所述第一子电池为Ge子电池，所述第二子电池为所述InGaAs子电池，所述第三子电池为(Al)GaInP子电池；

所述第一子电池和所述第二子电池之间设置有第一隧穿结，所述第二子电池和所述第三子电池之间设置有第二隧穿结。

可选的，所述第一型掺杂为p型掺杂，所述第二型掺杂为n型掺杂；

或者，所述第一型掺杂为n型掺杂，所述第二型掺杂为p型掺杂。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的多结太阳电池结构，包括衬底和位于衬底上层叠的多个子电池，多个子电池包括InGaAs子电池，InGaAs子电池包括沿背离衬底的方向设置的In

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种多结太阳电池结构的剖面示意图；

图2为本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，一种InGaAs子电池的剖面示意图；

图3为本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，另一种InGaAs子电池的剖面示意图；

图4为本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，又一种InGaAs子电池的剖面示意图；

图5为本申请实施例所提供的另一种多结太阳电池结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本申请实施例提供了一种多结太阳电池结构，图1示出了本申请实施例所提供的一种多结太阳电池结构的剖面示意图，如图1所示，该多结太阳电池结构包括衬底100和位于衬底100上层叠的多个子电池200，多个子电池200包括InGaAs子电池210。

图2示出了本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，InGaAs子电池210的剖面示意图，如图2所示，InGaAs子电池210包括沿背离衬底100的方向设置的In

其中，多量子阱结构213包括交替层叠的In

可选的，第一型掺杂为p型掺杂，第二型掺杂为n型掺杂。此时，InGaAs子电池210中，In

在InGaAs子电池210中，具体在In

然而，InGaAs子电池210中只包括交替层叠的In

有鉴于此，在本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，具体在InGaAs子电池210的多量子阱结构213中，通过在In

需要说明的是，作为对比，发明人也尝试在InGaAs子电池210的多量子阱结构213中，具体在In

可选的，在本申请的一个实施例中，In

在本实施例中，In

可选的，在本申请的另一个实施例中，In

在本实施例中，In

在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，考虑到在InGaAsP材料中，当In组分一定时，P组分越大，InGaAsP材料的带隙越宽，且InGaAsP材料的晶格常数越小，因此，当In

可选的，在本申请的另一个实施例中，考虑到在InGaAsP材料中，当P组分一定时，In组分越大，InGaAsP材料的带隙越窄，且InGaAsP材料的晶格常数越大，因此，当In

由前述已知，本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，通过在多量子阱结构213的In

在上述各实施例中，可选的，在多量子阱结构213中，In

在本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，具体在InGaAs子电池210中，其In

图3示出了本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，另一种InGaAs子电池的剖面结构示意图，如图3所示，可选的，InGaAs子电池210还可以包括位于In

优选的，背场层214的掺杂浓度大于In

图4示出了本申请实施例所提供的多结太阳电池结构中，又一种InGaAs子电池的剖面结构示意图，如图4所示，可选的，InGaAs子电池210还可以包括位于In

需要说明的是，本申请对多结太阳电池结构中包含的子电池的数量并不做限定，可以为2个、3个或更多个，即多结太阳电池结构可以为两结太阳电池结构、三结太阳电池结构或更多结太阳电池结构，只要多结太阳电池结构中包含InGaAs子电池即可，从而可以设置InGaAs子电池包括In

可选的，在本申请的一个实施例中，多结太阳电池结构为正向三结太阳电池结构，如图1和图5所示，即在多结太阳电池结构中，多个子电池200包括沿背离衬底100的方向设置的第一子电池300、第二子电池400和第三子电池500，其中，第一子电池300为Ge子电池，第二子电池400为InGaAs子电池，第三子电池500为(Al)GaInP子电池；并且，第一子电池300和第二子电池400之间设置有第一隧穿结600，第二子电池400和第三子电池500之间设置有第二隧穿结700。

具体制备时，如图5所示，衬底100可以为p型Ge衬底，作为第一子电池区300的基区，首先，通过在p型Ge衬底上进行磷扩散获得n型发射区310，来形成第一子电池300的pn结。然后，在n型发射区310上生长和Ge衬底晶格匹配的成核层320，也作为第一子电池300的窗口层，以增强对光生载流子的反射能力，有助于收集光生载流子。可选的，成核层320为(Al)GaInP层。

之后，在成核层(也即第一子电池的窗口层)320上生长第一隧穿结600，具体的，可先生长n型GaAs层或n型GaInP层作为第一隧穿结600的n型层，再生长p型(Al)GaAs层作为第一隧穿结600的p型层。其中，第一隧穿结600的n型层可采用Si掺杂，第一隧穿结600的p型层可采用C掺杂。

接下来，在第一隧穿结600上依次生长p型掺杂的背场层214、p型掺杂的In

然后，在第二子电池400上生长第二隧穿结700，具体的，可先生长n型GaAs层或n型GaInP层作为第二隧穿结700的n型层，再生长p型(Al)GaAs层作为第二隧穿结700的p型层。其中，第二隧穿结700的n型层可采用Si掺杂，第二隧穿结700的p型层可采用C掺杂。

之后，在第二隧穿结700上依次生长p型掺杂的AlGaInP背场层510、p型掺杂的AlGaInP或GaInP基区520、n型掺杂的AlGaInP或GaInP发射区530和n型掺杂的AlInP窗口层540，构成第三子电池500。

最后，在第三子电池500上生长GaAs层或InGaAs层作为与电极形成欧姆接触的n型欧姆接触层800。

本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。