本發(fā)明涉及太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

V/III族多結(jié)太陽能電池能將太陽光譜分成多個能量段分別吸收，轉(zhuǎn)換效率在所有太陽能電池技術(shù)中最高，目前最為成熟的技術(shù)是基于晶格匹配的InGaP/GaAs/Ge三結(jié)電池，其大規(guī)模生產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率在40％左右。但是，在InGaP/GaAs/Ge三結(jié)電池中，由于最下結(jié)的Ge子電池幾乎產(chǎn)生了兩倍于InGaP和GaAs子電池的電流，并非最佳能帶組合，許多公司和科研機構(gòu)都在如何實現(xiàn)電流匹配和提高電池效率上加大了研發(fā)力度。例如，2012年美國Solar Junction公司采用1eV左右的晶格匹配的InGaAsNSb代替Ge電池，達到了44％的效率。2013年日本Sharp公司采用1eV的晶格異變的InGaAs子電池達到了44.4％的效率，是目前三結(jié)電池的最高效率。

從基本原理上講，增加更多的子電池可以更均勻的劃分太陽光譜而產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)換效率。但是對于四結(jié)和四結(jié)以上的太陽能電池，很難找到同時擁有理想帶寬和優(yōu)良光電質(zhì)量的材料組合。目前較為成功的一個方向是基于GaAs襯底上的InGaP/GaAs/InGaAs/InGaAs(1.89/1.42/1/0.7eV)四結(jié)電池，其中兩個InGaAs子電池使用了兩個漸變緩沖層。美國國家可再生能源實驗室(NREL)使用該結(jié)構(gòu)于2014年實現(xiàn)了45.7％的高效率。另一種較直接的方法是在GaAs襯底和InP襯底上分別生長高質(zhì)量的InGaP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池，然后用晶片鍵合的方法，將InGaP/GaAs雙結(jié)電池和InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池鍵合形成InGaP/GaAs/InGaAsP/InGaAs(1.89/1.42/1.05/0.74eV)四結(jié)電池。2014年底德國的Fraunhofer太陽能研究所用該方法實現(xiàn)了46％的超高效率，是當(dāng)前所有太陽能電池技術(shù)中的最高效率。但以上這兩種方法都有各自的缺點。前者需要兩次晶格異變的生長，生長難度極高，若控制不當(dāng)產(chǎn)生的穿透位錯可能會嚴重降低器件性能，而且電池需要從襯底上剝離出來，增加了工藝難度。后者涉及兩個襯底的生長，增加了生產(chǎn)成本，而且必須進行晶片鍵合和襯底移除，鍵合界面的光電損失、良率、可靠性等也值得考慮。

中國專利申請(申請?zhí)枺篊N201110219051.X)公開了一種在InP襯底上的四結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，具體包括使用InP襯底；具有第一能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格匹配的InGaAs第一子電池(0.72～0.76eV)；具有比第一能帶隙大的第二能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格匹配的InGaAsP第二子電池(0.9～1.1eV)；具有比第二能帶隙大的第三能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格匹配的InP第三子電池(1.31eV)；形成于第三子電池上，且具有比第三能帶隙大的第四能帶隙的AlAsSb組分漸變層；形成于組分漸變層上，且具有比所述第三能帶隙大的第五能帶隙，晶格常數(shù)與襯底晶格失配的InGaP第四子電池(1.8～2.0eV)。該四結(jié)電池結(jié)構(gòu)能帶寬度并不是最理想組合，第三子電池帶寬太小容易產(chǎn)生過多電流而不能達到電流匹配，降低了電池性能；而且InGaP第四子電池與InP襯底的失配度超過3.6％，容易產(chǎn)生位錯和裂紋，影響了InGaP第四子電池的性能以及四結(jié)電池的整體性能。

總之，對于四結(jié)和四結(jié)以上的太陽能電池，如何在不增加材料生長和器件制作難度的前提下尋找到合適的材料帶寬組合實現(xiàn)高效率是目前V/III多結(jié)太陽能電池研究和生產(chǎn)亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于目前多結(jié)太陽能電池多是基于GaAs材料體系，存在材料選擇不靈活的問題，本發(fā)明提出了一種基于InP襯底的晶格異變的五結(jié)太陽能電池，其中包括晶格匹配的三結(jié)子電池和晶格異變的兩結(jié)子電池，通過合理的帶寬選擇實現(xiàn)子電池間的電流匹配，從而達到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，本發(fā)明提供的五結(jié)太陽能電池只需一次外延生長，而且器件制備過程簡單，不需要做晶片鍵合和襯底移除，非常適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池，包括InP襯底，還包括：在所述InP襯底上依次設(shè)置的InGaAsP第一子電池、第一隧道結(jié)、InGaAsP第二子電池、第二隧道結(jié)、InGaAsP第三子電池、漸變緩沖層、第三隧道結(jié)、InGaP第四子電池、第四隧道結(jié)、InAlGaP第五子電池和InGaAs接觸層。

其中，所述InGaAsP第一子電池、InGaAsP第二子電池和InGaAsP第三子電池之間晶格匹配，且與所述InP襯底晶格匹配；所述InGaP第四子電池和所述InAlGaP第五子電池晶格匹配，且與所述InP襯底之間晶格異變。

其中，所述InGaAsP第一子電池的帶寬為0.74eV～0.78eV，所述InGaAsP第二子電池的帶寬為0.9eV～1.1eV，所述InGaAsP第三子電池的帶寬為1.2eV～1.35eV，所述InGaP第四子電池的帶寬為1.55eV～1.65eV，所述InAlGaP第五子電池的帶寬為1.55eV～2.15eV。

其中，所述InGaAsP第一子電池包括沿逐漸遠離所述InP襯底的方向依次設(shè)置的p型InP第一背場層、p型InGaAsP第一基區(qū)、n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)以及n型InAlGaAs或n型InP第一窗口層；其中，所述p型InGaAsP第一基區(qū)和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)與所述InP襯底晶格匹配，所述p型InGaAsP第一基區(qū)和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)的材料中，P組分為0％～8％。

其中，所述InGaAsP第二子電池包括沿逐漸遠離所述第一隧道結(jié)的方向依次設(shè)置的p型InAlGaAs或p型InP第二背場層、p型InGaAsP第二基區(qū)、n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)以及n型InAlGaAs或n型InP第二窗口層；其中，所述p型InGaAsP第二基區(qū)和n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)與所述InP襯底晶格匹配。

其中，所述InGaAsP第三子電池包括沿逐漸遠離所述第二隧道結(jié)的方向依次設(shè)置的p型InAlGaAs或p型InP第三背場層、p型InGaAsP第三基區(qū)、n型InGaAsP第三發(fā)射區(qū)以及n型InAlP第三窗口層；其中，所述p型InGaAsP第三基區(qū)和n型InGaAsP第三發(fā)射區(qū)與所述InP襯底晶格匹配，所述n型InAlP第三窗口層為共格應(yīng)變層，其中Al的組分為1％～10％。

其中，所述第一隧道結(jié)包括沿逐漸遠離所述InGaAsP第一子電池的方向依次設(shè)置的n型InAlGaAs或n型InP重摻層以及p型InAlGaAs或者p型InP重摻層；所述第二隧道結(jié)包括沿逐漸遠離所述InGaAsP第二子電池的方向依次設(shè)置的n型InAlGaAs或n型InP重摻層以及p型InAlGaAs或者p型InP重摻層。

其中，所述漸變緩沖層的材料為n型InAlAs或者n型InAlP，其帶寬大于所述InGaP第四子電池的帶寬。

其中，所述InGaP第四子電池包括沿逐漸遠離所述第三隧道結(jié)的方向依次設(shè)置的p型InAlAs或p型InAlP第四背場層、p型InGaP第四基區(qū)、n型InGaP第四發(fā)射區(qū)以及n型InAlAs或n型InAlP第四窗口層；其中，所述p型InGaP第四基區(qū)和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)具有與所述InP襯底不同的晶格常數(shù)。

其中，所述InAlGaP第五子電池包括沿逐漸遠離所述第四隧道結(jié)的方向依次設(shè)置的p型InAlAs或p型InAlP第五背場層、p型InAlGaP第五基區(qū)、n型InAlGaP第五發(fā)射區(qū)以及n型InAlP第五窗口層；其中，所述p型InAlGaP第五基區(qū)和n型InAlGaP第五發(fā)射區(qū)具有與所述p型InGaP第四基區(qū)和n型InGaP 第四發(fā)射區(qū)相同的晶格常數(shù)，所述p型InAlGaP第五基區(qū)和n型InAlGaP第五發(fā)射區(qū)的材料中，Al的組分為0％～30％。

其中，所述第三隧道結(jié)包括沿逐漸遠離所述漸變緩沖層的方向依次設(shè)置的n型InAlAs或n型InAlP重摻層以及p型InAlAs或p型InAlP重摻層；所述第四隧道結(jié)包括沿逐漸遠離所述InGaP第四子電池的方向依次設(shè)置的n型InAlAs或n型InAlP重摻層以及p型InAlAs或p型InAlP重摻層。

其中，所述InGaAs接觸層具有與所述p型InGaP第四基區(qū)和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)相同的晶格常數(shù)，其帶寬范圍為0.9eV～1.1eV。

如上所述的五結(jié)太陽能電池的制備方法，采用金屬有機物化學(xué)氣相沉積或分子束外延工藝，在InP襯底上依次生長InGaAsP第一子電池、第一隧道結(jié)、InGaAsP第二子電池、第二隧道結(jié)、InGaAsP第三子電池、漸變緩沖層、第三隧道結(jié)、InGaP第四子電池、第四隧道結(jié)、InAlGaP第五子電池和InGaAs接觸層，然后分別在InGaAs接觸層和InP襯底上制作上電極和下電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)、該五結(jié)太陽能電池基于InP材料體系，充分利用了InP體系中InGaAsP材料優(yōu)異的光學(xué)電學(xué)性質(zhì)，非常適合于制備光伏電池。

(2)、該五結(jié)太陽能電池通過晶格匹配和晶格異變結(jié)合的方式，可以靈活選擇合理的帶寬組合，實現(xiàn)各子電池間的電流匹配，相對于三結(jié)電池和四結(jié)電池，其對太陽光譜劃分更加細致，從而充分有效的利用太陽光譜，提高電池轉(zhuǎn)換效率。

(3)、該五結(jié)太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓低電流輸出，減小了電阻損耗，有利于在聚光條件下的工作。

(4)、該五結(jié)太陽能電池只需要一次晶格異變的生長，而且晶格失配度為2％左右，保證了材料質(zhì)量和可行性。

(5)、該五結(jié)太陽能電池只需一次外延生長，而且為垂直結(jié)構(gòu)，即寬能帶電池的在上，窄能帶電池的在下，無需做襯底移除，簡化了制備工藝，降低了生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的五結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一些V/III族半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)和帶寬的關(guān)系圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的五結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中還示出了各個子電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如前所述，本發(fā)明主要解決的問題是：如何在不增加材料生長和器件制作難度的前提下，尋找到合適的材料帶寬組合以實現(xiàn)高效率的多結(jié)太陽能電池。

為此，如圖1所示，本實施例提供了一種基于InP襯底的五結(jié)太陽能電池，其包括InP襯底001以及在所述InP襯底001上依次設(shè)置的InGaAsP第一子電池10、第一隧道結(jié)60、InGaAsP第二子電池20、第二隧道結(jié)70、InGaAsP第三子電池30、漸變緩沖層002、第三隧道結(jié)80、InGaP第四子電池40、第四隧道結(jié)90、InAlGaP第五子電池50以及InGaAs接觸層003。其中，InGaAs接觸層003上還連接有上電極004，InP襯底001上還連接有下電極005。

圖2是一些V/III族半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)和能帶寬度的關(guān)系圖，其中本發(fā)明技術(shù)路線中使用的材料用圓圈標(biāo)出，設(shè)置順序用虛線和箭頭標(biāo)出。可以清楚的看到本發(fā)明所述的五結(jié)太陽能電池中，其中有三結(jié)子電池(InGaAsP第一子電池10、InGaAsP第二子電池20和InGaAsP第三子電池30)由晶格匹配的InGaAsP構(gòu)成；兩結(jié)子電池(InGaP第四子電池40和InAlGaP第五子電池50)由晶格異變的In(Al)GaP構(gòu)成，且該兩結(jié)子電池的晶格常數(shù)相同。進一步地，晶格匹配的三結(jié)子電池指該三結(jié)子電池與所述InP襯底001之間的晶格參數(shù)相同，晶格異變的兩結(jié)子電池是指該兩結(jié)子電池與所述InP襯底001之間的晶格參數(shù)不同。更具體地，晶格匹配的三結(jié)子電池與晶格異變的兩結(jié)子電池之間通過漸變緩沖層002連接。

進一步地，所述InGaAsP第一子電池10的帶寬為0.74eV～0.78eV，所述InGaAsP第二子電池20的帶寬為0.9eV～1.1eV，所述InGaAsP第三子電池30的帶寬為1.2eV～1.35eV，所述InGaP第四子電池40的帶寬為1.55eV～1.65eV，所述InAlGaP第五子電池50的帶寬為1.55eV～2.15eV。

更具體地，如圖3所示，本實施例提供了五結(jié)太陽能電池中：

其中，所述InGaAsP第一子電池10包括沿逐漸遠離所述InP襯底001的方向依次設(shè)置的p型InP第一背場層101、p型InGaAsP第一基區(qū)102、n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)103以及n型InAlGaAs或n型InP第一窗口層104。進一步地，所 述p型InGaAsP第一基區(qū)102和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)103與所述InP襯底001晶格匹配，所述p型InGaAsP第一基區(qū)102和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)103的材料中，P組分為0％～8％。

其中，所述第一隧道結(jié)60包括沿逐漸遠離所述InGaAsP第一子電池10的方向依次設(shè)置的n型InAlGaAs或n型InP重摻層601以及p型InAlGaAs或者p型InP重摻層602。

其中，所述InGaAsP第二子電池20包括沿逐漸遠離所述第一隧道結(jié)60的方向依次設(shè)置的p型InAlGaAs或p型InP第二背場層201、p型InGaAsP第二基區(qū)202、n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)203以及n型InAlGaAs或n型InP第二窗口層204。其中，所述p型InGaAsP第二基區(qū)202和n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)203與所述InP襯底001晶格匹配。

其中，所述第二隧道結(jié)70包括沿逐漸遠離所述InGaAsP第二子電池20的方向依次設(shè)置的n型InAlGaAs或n型InP重摻層701以及p型InAlGaAs或者p型InP重摻層702。

其中，所述InGaAsP第三子電池30包括沿逐漸遠離所述第二隧道結(jié)70的方向依次設(shè)置的p型InAlGaAs或p型InP第三背場層301、p型InGaAsP第三基區(qū)302、n型InGaAsP第三發(fā)射區(qū)303以及n型InAlP第三窗口層304。其中，所述p型InGaAsP第三基區(qū)302和n型InGaAsP第三發(fā)射區(qū)303與所述InP襯底001晶格匹配，所述n型InAlP第三窗口層304為共格應(yīng)變層，其中Al的組分為1％～10％。

其中，所述漸變緩沖層002的材料為n型InAlAs或者n型InAlP，其帶寬大于所述InGaP第四子電池40的帶寬。

其中，所述第三隧道結(jié)80包括沿逐漸遠離所述漸變緩沖層002的方向依次設(shè)置的n型InAlAs或n型InAlP重摻層801以及p型InAlAs或p型InAlP重摻層802。

其中，所述InGaP第四子電池40包括沿逐漸遠離所述第三隧道結(jié)80的方向依次設(shè)置的p型InAlAs或p型InAlP第四背場層401、p型InGaP第四基區(qū)402、n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403以及n型InAlAs或n型InAlP第四窗口層404。其中，所述p型InGaP第四基區(qū)402和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403具有與所述InP襯底001不同的晶格常數(shù)。

其中，所述第四隧道結(jié)90包括沿逐漸遠離所述InGaP第四子電池40的方向依次設(shè)置的n型InAlAs或n型InAlP重摻層901以及p型InAlAs或p型InAlP 重摻層902。

其中，所述InAlGaP第五子電池50包括沿逐漸遠離所述第四隧道結(jié)90的方向依次設(shè)置的p型InAlAs或p型InAlP第五背場層501、p型InAlGaP第五基區(qū)502、n型InAlGaP第五發(fā)射區(qū)503以及n型InAlP第五窗口層504。其中，所述p型InAlGaP第五基區(qū)502和n型InAlGaP第五發(fā)射區(qū)503具有與所述p型InGaP第四基區(qū)402和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403相同的晶格常數(shù)，所述p型InAlGaP第五基區(qū)502和n型InAlGaP第五發(fā)射區(qū)503的材料中，Al的組分為0％～30％。

其中，所述InGaAs接觸層003具有與所述p型InGaP第四基區(qū)402和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403相同的晶格常數(shù)，其帶寬范圍為0.9eV～1.1eV。

如上提供的五結(jié)太陽能電池基于InP材料體系，充分利用了InP體系中InGaAsP材料優(yōu)異的光學(xué)電學(xué)性質(zhì)，非常適合于制備光伏電池。并且，該五結(jié)太陽能電池通過晶格匹配和晶格異變結(jié)合的方式，可以選擇合理的帶寬組合，實現(xiàn)各子電池間的電流匹配，相對于三結(jié)電池和四結(jié)電池，其對太陽光譜劃分更加細致，從而充分有效的利用太陽光譜，提高電池轉(zhuǎn)換效率；另外，五結(jié)太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓低電流輸出，有利于在聚光條件下的工作。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行詳細地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護范圍。

實施例1

使用MOCVD(金屬有機物化學(xué)氣相沉積)作為生長工藝，提供p型InP襯底001，生長源為TMGa、TMAl、TMIn、AsH₃和PH₃，摻雜源n型為Si₂H₆，p型為DEZn和CBr₄。生長溫度約650℃，反應(yīng)室壓力為100Torr。在高溫處理除去襯底表面雜質(zhì)后，按照如圖3所示的五結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)依次生長各層結(jié)構(gòu)。

(1)、InGaAsP第一子電池10：包括0.2微米厚的摻雜Zn的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第一背場層101、2.5微米厚的摻雜Zn的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第一基區(qū)102、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第一發(fā)射區(qū)103和0.05微米厚的摻雜Si的n型InAlGaAs(5×10¹⁸cm^-3)第一窗口層104。其中，所述p型InGaAsP第一基區(qū)102和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)103與InP襯底001晶格匹配，帶寬為0.74eV，也即P組分為0％。

(2)、第一隧道結(jié)60：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層601和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層602。

(3)、InGaAsP第二子電池20：包括0.2微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁸cm^-3)第二背場層201、2微米厚的摻雜Zn的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第二基區(qū)202、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第二發(fā)射區(qū)203和0.05微米厚的摻雜Si的n型InP(5×10¹⁸cm^-3)第二窗口層204，其中，所述p型InGaAsP第二基區(qū)202和n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)203與所述InP襯底001晶格匹配，帶寬為0.9eV。

(4)、第二隧道結(jié)70：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層701和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層702。

(5)、InGaAsP第三子電池30：包括0.2微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁸cm^-3)第三背場層301、2微米厚的摻雜Zn的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第三基區(qū)302、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第三發(fā)射區(qū)303和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第三窗口層304。其中所述InGaAsP第三基區(qū)302和InGaAsP第三發(fā)射區(qū)303與InP襯底001晶格匹配，帶寬為1.2eV；所述InAlP第三窗口層304的Al的組分為1％。

(6)、漸變緩沖層002：該結(jié)構(gòu)層為5微米厚的摻雜Si的n型InAlAs(2×10¹⁸cm^-3)，其起始點Al的組分為52％，終止點Al的組分為70％。

(7)、第三隧道結(jié)80：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層801和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層802。

(8)、InGaP第四子電池40：包括0.15微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁸cm^-3)第四背場層401、2微米厚的摻雜Zn的p型InGaP(2×10¹⁷cm^-3)第四基區(qū)402、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaP(2×10¹⁸cm^-3)第四發(fā)射區(qū)403和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第四窗口層404。所述p型InGaP第四基區(qū)402和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403具有與所述InP襯底001不同的晶格常數(shù)，其帶寬為1.55eV，Ga組分為22％。

(9)、第四隧道結(jié)90：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層901和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層902。

(10)、InAlGaP第五子電池50：包括0.15微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁸cm^-3)第五背場層501、0.15微米厚的摻雜Zn的p型InAlGaP(2×10¹⁷cm^-3) 第五基區(qū)502、0.05微米厚的摻雜Si的n型InAlGaP(2×10¹⁸cm^-3)第五發(fā)射區(qū)503和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第五窗口層504。其中所述InAlGaP第五基區(qū)502與InGaP第四基區(qū)402的晶格常數(shù)相同，帶寬為1.55eV，也即Al組分為0％，Ga組分為22％。

(11)、InGaAs接觸層003：該結(jié)構(gòu)層為0.15微米厚的摻雜Si的n型InGaAs，帶寬為0.9eV。

生長完成后分別在InGaAs接觸層003和InP襯底001的裸露表面上制作上電極004和下電極005，裂片封裝后完成目標(biāo)產(chǎn)品。

該實施例使用較為常見的MOCVD生長工藝，五結(jié)電池的子電池能帶組合為1.55/1.55/1.2/0.9/0.74eV，其中疊加了兩個相同的InGaP電池實現(xiàn)電流匹配，能夠達到的轉(zhuǎn)換效率約43％,In(Al)GaP子電池和InP襯底的失配度為1.6％，生長比較容易實現(xiàn)。

實施例2

使用MOCVD作為生長方法，提供p型InP襯底001，生長源為TMGa、TMAl、TMIn、AsH₃和PH₃，摻雜源n型為Si₂H₆和DETe，p型為DEZn和CBr₄。生長溫度約650℃，反應(yīng)室壓力為100Torr。在高溫處理除去襯底表面雜質(zhì)后，按照如圖3所示的五結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)依次生長各層結(jié)構(gòu)。

(1)、InGaAsP第一子電池10：包括0.2微米厚的摻雜Zn的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第一背場層101、2.5微米厚的摻雜Zn的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第一基區(qū)102、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第一發(fā)射區(qū)103和0.05微米厚的摻雜Si的n型InP(5×10¹⁸cm^-3)第一窗口層104。其中，所述p型InGaAsP第一基區(qū)102和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)103與InP襯底001晶格匹配，帶寬為0.74eV，也即P組分為0％。

(2)、第一隧道結(jié)60：包括0.02微米厚的摻雜Te的n型InP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層601和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層602。

(3)、InGaAsP第二子電池20：包括0.2微米厚的摻雜Zn的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第二背場層201、2微米厚的摻雜Zn的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第二基區(qū)202、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第二發(fā)射區(qū)203和0.05微米厚的摻雜Si的n型InP(5×10¹⁸cm^-3)第二窗口層204。其中，所述p型InGaAsP第二基區(qū)202和n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)203與所述InP襯 底001晶格匹配，其帶寬為1.01eV。

(4)、第二隧道結(jié)70：包括0.02微米厚的摻雜Te的n型InP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層701和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層702。

(5)、InGaAsP第三子電池30：包括0.2微米厚的摻雜Zn的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第三背場層301、2微米厚的摻雜Zn的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第三基區(qū)302、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第三發(fā)射區(qū)303和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第三窗口層304。所述p型InGaAsP第三基區(qū)302和n型InGaAsP第三發(fā)射區(qū)303與所述InP襯底001晶格匹配，其帶寬為1.26eV。所述n型InAlP第三窗口層304為共格應(yīng)變層，其中Al的組分為5％。

(6)、漸變緩沖層002：該結(jié)構(gòu)層為5微米厚的摻雜Si的n型InAlP(2×10¹⁸cm^-3)，其起始點Al的組分為9％，終止點Al的組分為26％。

(7)、第三隧道結(jié)80：包括0.02微米厚的摻雜Te的n型InAlP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層801和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層802。

(8)、InGaP第四子電池40：包括0.15微米厚的摻雜Zn的p型InAlP(1×10¹⁸cm^-3)第四背場層401、2微米厚的摻雜Zn的p型InGaP(2×10¹⁷cm^-3)第四基區(qū)402、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaP(2×10¹⁸cm^-3)第四發(fā)射區(qū)403和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第四窗口層404。其中，所述p型InGaP第四基區(qū)402和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403具有與所述InP襯底001不同的晶格常數(shù)，其帶寬為1.59eV，Ga組分為25％。

(9)、第四隧道結(jié)90：包括0.02微米厚的摻雜Te的n型InAlP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層901和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層902。

(10)、InAlGaP第五子電池50：包括0.15微米厚的摻雜Zn的p型InAlP(1×10¹⁸cm^-3)第五背場層501、0.15微米厚的摻雜Zn的p型InAlGaP(2×10¹⁷cm^-3)第五基區(qū)502、0.05微米厚的摻雜Si的n型InAlGaP(2×10¹⁸cm^-3)第五發(fā)射區(qū)503和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第五窗口層504。其中所述InAlGaP第五基區(qū)502與InGaP第四基區(qū)402的晶格常數(shù)相同，帶寬為1.59eV，也即Al組分為0％，Ga組分為25％。

(11)、InGaAs接觸層003：該結(jié)構(gòu)層為0.15微米厚的摻雜Te的n型InGaAs，其帶寬為1eV。

生長完成后分別在InGaAs接觸層003和InP襯底001的裸露表面上制作上電極004和下電極005，裂片封裝后完成目標(biāo)產(chǎn)品。

該實施例也使用較為常見的MOCVD生長工藝，五結(jié)電池的子電池能帶組合為1.59/1.59/1.26/1.01/0.74eV，能夠達到的轉(zhuǎn)換效率約45％,比實施例1的轉(zhuǎn)換效率更高，而In(Al)GaP子電池和InP襯底的失配度為1.8％，制作工藝上難度增加。

實施例3

使用MBE(分子束外延)作為生長工藝，提供p型InP襯底001，生長源為固態(tài)單質(zhì)源Ga、Al、In、As和P，摻雜源n型為Si，p型為Be和C。生長溫度約500℃。在襯底除氣去雜后按照如圖3所示的五結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)依次生長各層結(jié)構(gòu)。

(1)、InGaAsP第一子電池10：包括0.2微米厚的摻雜Be的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第一背場層101、2.5微米厚的摻雜Be的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第一基區(qū)102、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第一發(fā)射區(qū)103和0.05微米厚的摻雜Si的n型InAlGaAs(5×10¹⁸cm^-3)第一窗口層104。其中，所述p型InGaAsP第一基區(qū)102和n型InGaAsP第一發(fā)射區(qū)103與InP襯底001晶格匹配，帶寬為0.78eV，對應(yīng)P組分為8％。

(2)、第一隧道結(jié)60：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層601和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層602。

(3)、InGaAsP第二子電池20：包括0.2微米厚的摻雜Be的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第二背場層201、2微米厚的摻雜Be的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第二基區(qū)202、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第二發(fā)射區(qū)203和0.05微米厚的摻雜Si的n型InP(5×10¹⁸cm^-3)第二窗口層204。其中，所述p型InGaAsP第二基區(qū)202和n型InGaAsP第二發(fā)射區(qū)203與所述InP襯底001晶格匹配，其帶寬為1.1eV。

(4)、第二隧道結(jié)70：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層701和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlGaAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層702。

(5)、InGaAsP第三子電池30：包括0.2微米厚的摻雜Be的p型InP(1×10¹⁸cm^-3)第三背場層301、2微米厚的摻雜Be的p型InGaAsP(2×10¹⁷cm^-3)第三基區(qū)302、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaAsP(2×10¹⁸cm^-3)第三發(fā)射區(qū) 303和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第三窗口層304。所述p型InGaAsP第三基區(qū)302和n型InGaAsP第三發(fā)射區(qū)303與所述InP襯底001晶格匹配，其帶寬為1.35eV，也即Ga和As的組分為0％。所述n型InAlP第三窗口層304為共格應(yīng)變層，其中Al的組分為10％。

(6)、漸變緩沖層002：該結(jié)構(gòu)層為5微米厚的摻雜Si的n型InAlAs(2×10¹⁸cm^-3)，其起始點Al是組分為55％，終止點Al的組分為79％。

(7)、第三隧道結(jié)80：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層801和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層802。

(8)、InGaP第四子電池40：包括0.15微米厚的摻雜Be的p型InAlP(1×10¹⁸cm^-3)第四背場層401、2微米厚的摻雜Be的p型InGaP(2×10¹⁷cm^-3)第四基區(qū)402、0.2微米厚的摻雜Si的n型InGaP(2×10¹⁸cm^-3)第四發(fā)射區(qū)403和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第四窗口層404。其中，所述p型InGaP第四基區(qū)402和n型InGaP第四發(fā)射區(qū)403具有與所述InP襯底001不同的晶格常數(shù)，其帶寬為1.65eV，Ga組分為30％。

(9)、第四隧道結(jié)90：包括0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(1×10¹⁹cm^-3)重摻層901和0.02微米厚的摻雜C的p型InAlAs(1×10¹⁹cm^-3)重摻層902。

(10)、InAlGaP第五子電池50：包括0.15微米厚的摻雜Be的p型InAlP(1×10¹⁸cm^-3)第五背場層501、1微米厚的摻雜Be的p型InAlGaP(2×10¹⁷cm^-3)第五基區(qū)502、0.05微米厚的摻雜Si的n型InAlGaP(2×10¹⁸cm^-3)第五發(fā)射區(qū)503和0.02微米厚的摻雜Si的n型InAlP(3×10¹⁸cm^-3)第五窗口層504。其中所述InAlGaP第五基區(qū)502與InGaP第四基區(qū)402的晶格常數(shù)相同，帶寬為2.1eV，也即Al的組分為30％，Ga的組分為0％。

(11)、InGaAs接觸層003：該結(jié)構(gòu)層為0.15微米厚的摻雜Si的n型InGaAs，帶寬為1.1eV。

生長完成后分別在InGaAs接觸層003和InP襯底001的裸露表面上制作上電極004和下電極005，裂片封裝后完成目標(biāo)產(chǎn)品。

該實施例使用MBE作為制作工藝，能夠達到較高的真空度。五結(jié)電池的子電池能帶組合為2.1/1.65/1.35/1.1/0.78eV，能夠?qū)崿F(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率約49％，轉(zhuǎn)換效率極高。而In(Al)GaP子電池和InP襯底的失配度為2.1％，InAlGaP第五子電池的Al組分含量較高，制作工藝難度相對來說也更大。

上述各個具體的實施例中，采用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)或MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)生長工藝制備本發(fā)明中提供的五結(jié)太陽能電池。其中，若采用MOCVD法，則各層N型摻雜原子可以為Si、Se、S或Te，P型摻雜原子可以為Zn、Mg或C；若采用MBE法，則各層N型摻雜原子可以為Si、Se、S、Sn或Te，P型摻雜原子可以為Be、Mg或C。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本申請的具體實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。