本發(fā)明涉及一種晶格匹配的高效倒裝四結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬化合物半導(dǎo)體太陽能電池外延生長和器件制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
由于煤、石油等不可再生能源的逐漸枯竭及其不斷造成的環(huán)境惡化，人類迫切需要使用綠色能源為人們解決所面臨的巨大問題。太陽能因其安全環(huán)保，取之不盡，用之不竭，又無處不在，是一種十分理想的綠色可再生能源，使其備受矚目。基于化合物半導(dǎo)體材料的第三代化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池是轉(zhuǎn)換效率最高的一種太陽能電池，同時具有耐高溫性能、抗輻射能力強(qiáng)、溫度特性好等優(yōu)點。為更加充分利用太陽能光譜，進(jìn)一步提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，在常規(guī)三結(jié)太陽能電池基礎(chǔ)上增加一結(jié)1.0eV子電池，成為眾多選擇之一。如中國專利文獻(xiàn)CN201010193582.1中選擇的InGaAs，此子電池因與襯底材料存在較大的晶格失配，材料缺陷較多。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明提供一種倒裝四結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法，其聯(lián)立MOCVD和UHVCVD（超高真空CVD），采用與GaAs襯底晶格匹配的SiGeSn材料作為1.0eV的子電池，可以有效改善材料晶體質(zhì)量差的問題，提高電池轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，一種倒裝四結(jié)太陽能電池的制備方法：首先利用MOCVD或是MBE在GaAs襯底上依次形成GaInP子電池和GaAs子電池，然后再利用UHVCVD生長SiGeSn子電池和SiGe子電池。這種電池結(jié)構(gòu)具有良好的電流匹配和晶格匹配，能獲得高的晶體質(zhì)量和超高的電池效率。優(yōu)選的，首先采用MOCVD在GaAs襯底上依次形成GaInP子電池和GaAs子電池和轉(zhuǎn)移隔離層，再采用UHVCVD生長SiGeSn子電池和SiGe子電池。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)移隔離層材料為GaAs，厚度大于或等于200nm。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，一種倒裝四結(jié)太陽能電池的制作方法，包括步驟：（1）在MOCVD反應(yīng)腔內(nèi)，于一GaAs襯底上依次倒裝生長腐蝕截止層、歐姆接觸層、第一子電池、第一隧穿結(jié)、第二子電池、第二隧穿結(jié)和轉(zhuǎn)移隔離層；（2）將上述樣品轉(zhuǎn)移至UHVCVD反應(yīng)腔中，對樣品進(jìn)行表面熱處理；（3）在UHVCVD反應(yīng)腔中依次生長第三子電池，第三隧穿結(jié)，第四子電池和歐姆接觸層。優(yōu)選的，第一子電池為GaInP子電池，第二子電池為GaAs子電池。優(yōu)選的，所述第三子電池為SiGeSn子電池，第四子電池為SiGe子電池。優(yōu)選的，所述第三隧穿結(jié)、第四子電池和歐姆接觸層生長溫度不高于第三子電池生長溫度，防止第三子電池受熱易析出或分解。優(yōu)選的，所述步驟（2）中，先將步驟1）完成的結(jié)構(gòu)放入一襯底盒中進(jìn)行密封，該過程在手套箱中完成，所述MOCVD反應(yīng)腔和所述手套箱通過一真空傳遞室連接，再將上述樣品轉(zhuǎn)移至UHVCVD反應(yīng)腔中。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)移隔離層材料為GaAs，厚度大于或等于200nm，以獲得易于在UHVCVD進(jìn)行電池的二次外延生長的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，一種倒裝四結(jié)太陽能電池，包括：GaAs襯底；第一子電池、第二子電池和轉(zhuǎn)移隔離層，采用MOCVD或者M(jìn)BE的生長方式依次形成于所述GaAs襯底之上；第三子電池和第四子電池，采用UHVCVD的生長方式依次形成于所述轉(zhuǎn)移隔離層之上。優(yōu)選的，第三子電池的基區(qū)材料由帶隙為1.0eV的SiGeSn材料組成，晶格常數(shù)與GaAs匹配，其中Si組分25%~33%，Ge組分59%~68%，Sn組分6%~8%。優(yōu)選的，所述第四子電池為SiGe子電池。優(yōu)選的，第一子電池，第二子電池，第三子電池和第四子電池的帶隙依次降低，各子電池電流匹配，各子電池晶格常數(shù)與GaAs襯底匹配。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)移隔離層材料為GaAs，厚度大于200nm，以獲得易于在UHVCVD進(jìn)行電池的erc外延生長的結(jié)構(gòu)。此外，采用倒裝生長結(jié)構(gòu)，即先在MOCVD中生長III-V族化合物電池結(jié)構(gòu)，再將其轉(zhuǎn)移至UHVCVD中，可以有效避免正裝生長過程中，先生長的SiGeSn在高溫下容易析出Sn而污染MOCVD的劣勢。相對于InGaAs材料，本專利采用SiGeSn做為1.0eV子電池，與其他三結(jié)電池一起進(jìn)行倒裝生長，一方面，其晶格常數(shù)可以做到與GaAs襯底材料匹配，可以獲得高的晶體質(zhì)量，此外，先生長III-V雙結(jié)電池在生長SiGeSn子電池可以有效避免因高溫導(dǎo)致的SiGeSn子電池中的Sn在高溫下析出，不宜先生長SiGeSn，再通過MOCVD生長III-V子電池，另一方面，倒裝生長時可以有效避免III-V材料在IV族材料上生長時引入的反相疇，減少非輻射復(fù)合中心，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。附圖說明圖1是本發(fā)明涉及到的一種晶格匹配的高效四結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：001：生長襯底002：腐蝕截止層003：歐姆接觸層101：第一子電池窗口層102：第一子電池發(fā)射區(qū)103：第一子電池基區(qū)104：第一子電池背場層501：第一隧穿結(jié)201：第二子電池窗口層202：第二子電池發(fā)射區(qū)203：第二子電池基區(qū)204：第二子電池背場層502：第二電池隧穿結(jié)004：轉(zhuǎn)移隔離層301：第三子電池窗口層302：第三子電池發(fā)射區(qū)303：第三子電池基區(qū)304：第三子電池背場層503：第三隧穿結(jié)401：第四子電池窗口層402：第四子電池發(fā)射區(qū)403：第四子電池基區(qū)404：第四子電池背場層005：歐姆接觸層。具體實施方式下面結(jié)合示意圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面實施例公開了一種高效率四結(jié)太陽能電池，其制備主要包括下列步驟：首先利用MOCVD或是MBE在GaAs襯底上依次形成第一子電池和第二子電池，然后再利用UHVCVD生長第三子電池和第四子電池。下具結(jié)合具體的制備方法對本實施的高效率四結(jié)太陽能電池進(jìn)行詳細(xì)說明。步驟（1）：在MOCVD中，選用n型摻雜、偏向[111]方向9°的GaAs襯底作為外延生長襯底001，在其上依次外延生長GaInP犧牲截止層002和n-GaAs歐姆接觸層003。其中，生長襯底001的厚度350μm左右，摻雜濃度在1×1018cm-3~4×1018cm-3之間，GaInP犧牲截止層002的厚度為200nm，摻雜1×1018cm-3，n-GaAs歐姆接觸層003的厚度為500nm，摻雜5×1018cm-3。步驟（2）：在n-GaAs歐姆接觸層003上生長GaInP第一子電池，帶隙為1.9eV，其各層晶格常數(shù)與GaAs襯底匹配。具體的，先生長n-AlInP窗口層101，厚度為0.03μm，摻雜濃度約7×1018cm-3，然后生長n-GaInP發(fā)射區(qū)102，厚度約為0.1μm，摻雜濃度約為1×1018cm-3，然后生長p-GaInP基區(qū)103，厚度約為1.5μm，摻雜濃度約為2×1017cm-3，最后生長p-AlGaAs背場層104，厚度約為0.07μm，摻雜濃度約為2×1018cm-3。步驟（3）：在GaInP第一子電池上生長p++-AlGaAs/n++-GaInP隧穿結(jié)501。具體的，先生長p++-AlGaAs層，厚度20nm，摻雜濃度2×1020cm-3，再生長n++-GaInP層，厚度20nm，摻雜濃度2×1019cm-3。步驟（4）：在p++-AlGaAs/n++-GaInP隧穿結(jié)501上生長GaAs第二子電池，帶隙為1.42eV，其各層晶格常數(shù)與GaAs襯底匹配。具體的，先生長n-AlInP窗口層201，厚度為0.05μm，摻雜濃度約5×1018cm-3，然后生長n-GaAs發(fā)射區(qū)202，厚度約為0.2μm，摻雜濃度約為5×1017cm-3，然后生長p-GaAs基區(qū)203，厚度約為3.0μm，摻雜濃度約為8×1016cm-3，最后生長p-AlGaAs背場層204，厚度約為0.07μm，摻雜濃度約為1×1018cm-3。步驟（5）：在GaAs第二子電池上生長p++-GaAs/n++-GaAs隧道結(jié)502,先生長p++-GaAs層，厚度20nm，摻雜濃度2×1020cm-3，再生長n++-GaAs層，厚度20nm，摻雜濃度3×1019cm-3。步驟（6）：在p++-GaAs/n++-GaAs隧穿結(jié)502上生長GaAs轉(zhuǎn)移隔離層004，厚度大于或等于200nm，較佳值為0.5μm，摻雜濃度為2×1018cm-3，至此完成在MOCVD中的外延生長。步驟（7）：上述完成的結(jié)構(gòu)放入襯底盒中進(jìn)行密封，該過程在手套箱中完成，MOCVD反應(yīng)腔和手套箱通過一真空傳遞室連接；并將上述密封好的樣品轉(zhuǎn)移至UHVCVD反應(yīng)腔中，對樣品進(jìn)行表面熱處理10~20min，處理溫度同上述轉(zhuǎn)移隔離層在MOCVD中生長溫度一致。步驟（8）：在UHVCVD反應(yīng)腔中繼續(xù)外延生長，在GaAs緩沖層隧穿結(jié)004上生長SiGeSn材料組成，帶隙為1.0eV，其中Si組分25%~33%，Ge組分59%~68%，Sn組分6%~8%，其各層晶格常數(shù)與GaAs襯底匹配，生長溫度為550℃。在一個較佳實施例中，先生長n-SiSn窗口層301，厚度為0.05μm，摻雜濃度約5×1018cm-3，然后生長n-Si0.28Ge0.654Sn0.066發(fā)射區(qū)302，厚度約為0.2μm，摻雜濃度約為5×1017cm-3，然后生長p-Si0.28Ge0.654Sn0.066基區(qū)303，厚度約為4.0μm，摻雜濃度約為1×1017cm-3，最后生長p-SiSn背場層304，厚度約為0.07μm，摻雜濃度約為3×1018cm-3。步驟（9）：在SiGeSn第三子電池上生長p++-SiGeSn/n++-SiGe隧道結(jié)503，生長溫度為480℃，先生長p++-SiGeSn層，厚度20nm，摻雜濃度5×1019cm-3，再生長n++-SiGe層，厚度20nm，摻雜濃度5×1019cm-3。步驟（10）：在p++-SiGeSn/n++-SiGe隧穿結(jié)503上生長SiGe第四子電池，生長溫度為520℃，帶隙為0.7eV，其各層晶格常數(shù)與GaAs襯底匹配。先生長n-SiGeSn窗口層401，厚度為0.1μm，摻雜濃度約5×1018cm-3，然后生長n-SiGe發(fā)射區(qū)402，厚度約為0.2μm，摻雜濃度約為5×1017cm-3，然后生長p-SiGe基區(qū)403，厚度約為5.0μm，摻雜濃度約為1×1017cm-3，最后生長p-SiGeSn背場層404，厚度約為0.1μm，摻雜濃度約為3×1018cm-3。步驟（11）：在SiGe第四子電池上生長SiGe蓋層005，生長溫度為520℃，厚度約為0.5μm，摻雜濃度約為5×1018cm-3，完成電池結(jié)構(gòu)外延生長，如圖1所示。