本發(fā)明涉及太陽能利用的光伏技術領域，尤其涉及一種Si襯底支撐的三結級聯(lián)太陽電池及其制作方法。

背景技術：
作為一種理想的綠色能源材料，太陽電池成為各國的研究熱點，為了促進太陽電池的進一步實用化，提高其光電轉換效率是其降低發(fā)電成本的一種有效手段。疊層電池采用不同禁帶寬度的子電池串聯(lián)能極大的提高太陽光的利用率，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%。然而該三結電池中Ge底電池覆蓋較寬的光譜，其短路電流較大，為了實現(xiàn)與其他子電池的電流匹配必然會降低太陽光利用率。為了進一步提高轉換效率，需要對底電池進行拆分，如在GaAs和Ge電池中間插入一帶隙為1.00eV的InGaAsN材料，做成四結級聯(lián)太陽電池，實現(xiàn)光電流匹配，提高電池效率。但目前制備的InGaAsN材料缺陷多、載流子遷移率低，影響了電池性能的提高。因此研究人員積極尋求別的途徑來獲得高效的太陽能電池，如何實現(xiàn)多結太陽電池合理的帶隙組合，減小電流失配同時而又不提高電池制作成本和難度成為當前Ⅲ-Ⅴ族太陽電池亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：
鑒于上述以InGaP/（In）GaAs/Ge三結級聯(lián)太陽能電池為代表的光伏技術仍無法達到與太陽光譜的最佳匹配，以及制作三結及三結以上的太陽能電池存在的半導體材料間晶格失配的客觀困難，本發(fā)明提供一種Si襯底三結級聯(lián)太陽電池，其包括從下至上依次設置在Si襯底上的第一過渡層、GeSi底電池、第二過渡層、第一隧道結、GaAs中間電池、第二隧道結、GaInP頂電池、GaAs接觸層。優(yōu)選地，所述GeSi底電池、GaAs中間電池、GaInP頂電池的禁帶寬度分別為1.89eV、1.42eV、1.0eV。優(yōu)選地，所述第一過渡層是的材質是SixGe1-x，0.8≤x＜1。優(yōu)選地，所述第一過渡層中所述x含量按照遠離Si襯底的方向呈線性或臺階式降低，所述第一過渡層厚度不大于2μm。優(yōu)選地，所述第二過渡層的材質為GaAsyP1-y，0.098≤y≤1。優(yōu)選地，所述第二過渡層中所述y含量按照遠離Si襯底的方向呈線性或臺階式降低，所述第二過渡層厚度不大于3μm。優(yōu)選地，還包括分別設置在所述Si襯底底部、GaAs接觸層頂部的背電極和柵電極，以及設置在所述柵電極表面的抗反膜。本發(fā)明還提供這種根Si襯底三結級聯(lián)太陽電池的制作方法，包括如下步驟：步驟A、采用金屬有機化學氣相沉淀法或分子束外延法按照遠離Si襯底的方向依次在Si襯底上生長第一過渡層、GeSi底電池、第二過渡層、第一隧道結、GaAs中間電池、第二隧道結、GaInP頂電池、GaAs接觸層；步驟B、分別在所述Si襯底底部、所述GaAs接觸層頂部蒸鍍背電極和柵電極，以及在所述柵電極表面蒸鍍抗反膜。有益效果：本發(fā)明的三結級聯(lián)太陽能電池在繼承以往兩結級聯(lián)太陽電池光電轉換效率相對較高、穩(wěn)定、壽命長的基礎上，實現(xiàn)了在Si襯底生長GeSi、GaAs及GaInP子電池，形成1.89eV/1.42eV/1.0eV的帶隙組合。本發(fā)明采用低廉的Si材料作為襯底，不但減少GaAs的消耗量，也降低了電池的制作成本，同時還提高了電池的機械強度。本發(fā)明的三結級聯(lián)太陽能電池能獲得高電壓、低電流輸出，從而有效降低超高倍聚光太陽電池中的電阻損失，實現(xiàn)較高的光電轉換效率。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例三結級聯(lián)太陽能電池的結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例三結級聯(lián)太陽能電池的第一過渡層結構示意圖。圖3為本發(fā)明實施例三結級聯(lián)太陽能電池的第二過渡層結構示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易理解，下面特結合本發(fā)明具體實施例，詳細說明如下：本發(fā)明基于晶格異變漸變過渡層技術，通過兩次生長晶格異變過渡層，實現(xiàn)了Si襯底10生長GeSi、GaAs及GaInP子電池并獲得三結級聯(lián)太陽能電池。如圖1所示，本實施例的三結級聯(lián)太陽能電池包括：按照遠離Si襯底10的方向依次在Si襯底10上生長第一過渡層21、GeSi底電池30、第二過渡層22、第一隧道結41、GaAs中間電池50、第二隧道結42、GaInP頂電池60、GaAs接觸層70。還包括在所述Si襯底10底部、GaAs接觸層70頂部設置的背電極91、柵電極92，以及蒸鍍在所述柵電極92上的抗反膜93。其中，所述GeSi底電池30、GaAs中間電池50、GaInP頂電池60的禁帶寬度分別為1.89eV、1.42eV、1.0eV。下面詳細介紹本實施例三結級聯(lián)太陽能電池的制作方法，包括如下步驟：步驟A：采用金屬有機化學氣相沉淀法（MOCVD）按照遠離Si襯底10的方向在Si襯底10上生長第一過渡層21、GeSi底電池30、第二過渡層22、第一隧道結41、GaAs中間電池50、第二隧道結42、GaInP頂電池60、GaAs接觸層70。在其他實施中，本領域技術人員可知，上述外延層的生長還可以采用分子束外延法（MBE）。（1）第一過渡層21：在P型Si襯底10上生長多層SixGe1-x作為第一過渡層21，0.8≤x＜1。為了實現(xiàn)所述Si襯底10晶格匹配地過渡至GeSi底電池30，所述x含量按照遠離Si襯底10的方向呈臺階式降低。例如，如圖2所示，本實施的第一過渡層21包括4層SixGe1-x，從第一層Si0.95Ge0.0521a開始，按照遠離Si襯底10的方向，每往上生長一層SixGe1-x，x減少0.05，如此x按照同樣的減幅減少4次，直到Si0.8Ge0.221d完成生長為止。其中，Si0.95Ge0.0521a，Si0.9Ge0.121b，Si0.85Ge0.1521c厚度為200nm，最后Si0.8Ge0.221d厚度為500nm。在其他實施例當中，第一過渡層還可以采用線性降低的方式實現(xiàn)，即設置一組分漸變過渡層實現(xiàn)組分從Si0.95Ge0.05到Si0.8Ge0.2的過渡。但無論哪種方式第一過渡層的總厚度不大于2μm。（2）SiGe底電池30：本實施例的SiGe底電池30的結構包括依次在第一過渡層21上生長的20～30μm的P-型Si0.8Ge0.2基區(qū)以及0.2～2μm的N型Si0.8Ge0.2發(fā)射區(qū)。（3）第二過渡層22：采用多層GaAsyP1-y作為第二過渡層22，0.098≤y≤1。為了實現(xiàn)所述SiGe底電池30晶格匹配地過渡至所述GaAs中間電池50、GaInP頂電池60，所述y含量按照遠離Si襯底10的方向呈臺階式提高，提高的速率為4～50%。例如，如圖3所示，本實施例的第二過渡層22包括20層GaAsyP1-y，從第一層GaAs0.098P0.902開始，按照遠離Si襯底10的方向，每往上生長一層GaAsyP1-y，y增加0.045，如此y按照同樣的增幅增加20次，此時GaAs0.953P0.047完成生長，最后令y=1，GaAs0.953P0.047表面生長N+型GaAs緩沖層，完成第二過渡層22的制作。其中，GaAs0.098P0.902、GaAs0.143P0.857、GaAs0.188P0.812……GaAs0.953P0.047這20層的厚度為200nm，最后一層GaAs緩沖層的厚度500nm。在其他實施例當中，第二過渡層還可以采用線性降低的方式實現(xiàn)，即在一組分漸變過渡層實現(xiàn)組分從GaAs0.098P0.902到GaAs的過渡。但無論哪種方式第二過渡層的總厚度不大于3μm。（4）第一隧道結41：即從下至上依次生長15～30nm的N++GaAs、10～30nm的P++GaAs完成第一隧道結41。（5）GaAs中間電池50：從下至上依次生長50nm的P++型AlGaAs背場、1.5～2.5μm的P-型GaAs基區(qū)、0.1～0.4μm的N型GaAs發(fā)射區(qū)以及0.05～0.5μm的N++型AlInP窗口層。（6）第二隧道結42：即從下至上依次生長15～30nm的N++型GaInP、10～30nm的P++型AlGaAs完成第二隧道結42。（7）GaInP頂電池60：即從下至上依次生長50nm的P++型AlGaInP背場，0.4～1μm的P-型GaInP基區(qū)、0.05～0.15μm的N型GaInP發(fā)射區(qū)以及0.02～0.5μm的N++型AlInP窗口層。（8）GaAs接觸層70：在GaInP頂電池60上生長500nmN+型GaAs接觸層70。步驟B：在Si襯底10底部、選擇性腐蝕后的GaAs接觸層70頂部分別制作背電極91和柵電極92，在柵電極91上蒸鍍抗反膜93，最終形成目標三結級聯(lián)太陽能電池。本實施例中，N、N+、N++分別表示摻雜濃度為1.0×1017～1.0×1018/cm2、1.0×1018～9.0×1018/cm2、9.0×1018～1.0×1020/cm2；P-、P++分別表示摻雜濃度為1.0×1015～1.0×1018/cm2、9.0×1018～1.0×1020/cm2。綜上所述，是對本發(fā)明一具體實施例的詳細描述，對本案保護范圍不構成任何限制，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方法，等細微結構的改變均落在本發(fā)明權利保護范圍之內(nèi)。