刻蝕截止層002、歐姆接觸層003、GaInP第一子電池100、GaAs第二子電池200、GaInNAsSb第三子電池300，GaInNAsSb第四子電池400，重?fù)诫s蓋帽層500，其中每結(jié)子電池通過隧穿結(jié)501、502,503連接。下面結(jié)合其制作方法對該結(jié)構(gòu)做詳細(xì)描述。
[0018]第一步:選用η型摻雜的向(111)晶面偏角為9°的GaAs襯底作為生長襯底001，厚度在350微米左右，摻雜濃度在IX 118CnT3?4 X 118CnT3之間。將該襯底放置在MOCVD系統(tǒng)中，依次在此襯底上生長InGaP刻蝕截止層002和GaAs歐姆接觸層003。其中InGaP刻蝕截止層002厚度為100 nm、摻雜約為IX 1018cnT3，GaAs歐姆接觸層003的厚度為200nm、慘雜約為 I X 1018cm 3。
[0019]第二步:在GaAs歐姆接觸層003上方倒裝生長第一子電池100，其帶隙為1.89~1.92eV，具體包括:窗口層101、發(fā)射區(qū)102、基區(qū)103和背場層104。在本實施例中，η+-Α1ΙηΡ窗口層101的厚度為25 nm，摻雜濃度在I X 118CnT3左右；n+_InGaP發(fā)射區(qū)102的厚度為100 nm，摻雜濃度為在2 X 118CnT3; p+_InGaP基區(qū)103的厚度優(yōu)選值為900 nm,摻雜濃度為在5X 1017cm_3;p型AlGaInP背場層104的厚度為常規(guī)背場層厚度的2倍，可取100 nm,摻雜濃度在I X 1018cm_3左右。
[0020]第三步:在第一子電池100上方生長重?fù)诫s的p++/n++_AlGaAs/GaInP隧穿結(jié)501，其厚度是50 nm,摻雜濃度高達(dá)2 X 11W30
[0021]第四步:在隧穿結(jié)401上方倒裝生長GaAs第二子電池200，其帶隙1.42eV，具體包括:窗口層201、發(fā)射區(qū)202、基區(qū)203和背場層204。在本實施例中，η+_Α1ΙηΡ窗口層201的厚度為50 nm，此厚度2倍于常規(guī)窗口層厚度，摻雜漸變，從隧穿結(jié)界面出由高到低，濃度變化范圍是1~5X 118CnT3左右；n+-GaAs發(fā)射區(qū)202的厚度為150 nm，摻雜濃度為在
2X 118CnT3; P+_GaAs基區(qū)203的厚度優(yōu)選值為3200 nm，摻雜濃度為在5 X 10 17cm_3; p型AlGaAs背場層204的厚度為100 nm，此厚度為常規(guī)背場層厚度的2倍，摻雜漸變，從隧穿結(jié)界面出由高到低，濃度變化范圍是1~5 X 118CnT3左右。
[0022]第五步:在第二子電池上方生長重?fù)诫s的p++/n++_GaAs隧穿結(jié)502，其厚度是50nm，摻雜濃度高達(dá)2 X 119CnT3。
[0023]第六步:在隧穿結(jié)502的上方形成轉(zhuǎn)移隔離層005，至此在MOCVD設(shè)備中完成第一外延結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。移轉(zhuǎn)隔離層005主要用以完成第一次外延生長后切換至不同生長設(shè)備(MBE設(shè)備)過程中隔離外界的大氣氧化、硫化、有機(jī)污染、雜質(zhì)吸附、水蒸氣吸附等作用，在進(jìn)行下一次外延之前將其連同表面雜質(zhì)一起腐蝕掉，從而起到保護(hù)其下功能層的作用。在本實施例中，轉(zhuǎn)移隔離層005采用n+-GaInP，厚度為5 nm，摻雜5 X 118CnT3左右。
[0024]第七步:將上述生長完成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至MBE設(shè)備中，轉(zhuǎn)移之前用選擇溶液腐蝕掉轉(zhuǎn)移隔離層GaInP 005,并且清洗、拋光表面至可直接用于外延(Ep1-ready)狀態(tài)。
[0025]第八步:在經(jīng)拋光處理的表面上倒裝生長第三子電池300，其帶隙大約0.9~leV,具體包括:窗口層301、發(fā)射區(qū)302、基區(qū)303和背場層304。在本實施例中，n+_GaInP窗口層301的厚度為25 nm，摻雜濃度在IX 118CnT3左右；n+_GaInNAsSb發(fā)射區(qū)302的厚度為250 nm，摻雜濃度為在2 X 118CnT3; P+_GaInNAsSb基區(qū)303的厚度優(yōu)選值為3000 nm，摻雜濃度為在5X 1017cnT3;p型GaInP背場層304的厚度為50 nm，摻雜濃度在I X 10 18CnT3左右。
[0026]第九步:在第三子電池上方外延生長重?fù)诫s的p++/n++_GaAs隧穿結(jié)503，其厚度是50 nm,摻雜濃度高達(dá)2 X 1019cnT3。
[0027]第十步:在隧穿結(jié)503倒裝生長第四子電池400，至此完成倒裝四結(jié)太陽能電池的外延生長，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。第四子電池400的帶隙大約0.6~0.7eV，具體包括:窗口層401、發(fā)射區(qū)402基區(qū)403和背場層404。在本實施例中，n+_GaInP窗口層401的厚度為25 nm，摻雜濃度在IX 118CnT3左右；n+_GaInNAsSb發(fā)射區(qū)402的厚度為250 nm，摻雜濃度為在2 X 118CnT3; P+-GaInNAsSb基區(qū)403的厚度優(yōu)選值為3500 nm，摻雜濃度為在SXlO1W35P型GaInP背場層404的厚度為50 nm，摻雜濃度在IX 10 18CnT3左右。
[0028]第H^一步:在第四子電池400上方面生長高摻雜的p++- GaInNAsSb蓋帽層500，以便做歐姆接觸，其摻雜濃度為2 X 119CnT3。
[0029]第十二步:電池的外延生長結(jié)束后，進(jìn)行芯片工藝，包括鍵合支撐襯底004、剝離生長襯底001、去除刻蝕截至層002、蒸鍍減反膜600、制作正面金屬電極700和背面金屬電極800，完成倒裝四結(jié)太陽能電池的制作，其結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
[0030]采用上述制作方法所獲得的其各個子電池全部晶格匹配、晶體質(zhì)量高，所以光電轉(zhuǎn)化效率高，而且先進(jìn)行高溫MOCVD外延生長，后進(jìn)行低溫MBE外延長生，規(guī)避了不同的襯底溫度造成的影響。
[0031]【實施例2】
本實施例與實施例1的區(qū)別在于第四子電池400采用Ge電池，其中n+-Ge發(fā)射區(qū)的厚度為250 nm，摻雜濃度為在2 X 118CnT3; P+_Ge基區(qū)的厚度優(yōu)選值為2500 nm。
【主權(quán)項】
1.倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，包括步驟: (O提供一生長襯底，用于半導(dǎo)體材料的外延生長； (2 )將所述生長襯底置于MOCVD設(shè)備中，在所述襯底上方采用MOCVD方法倒裝生長第一外延結(jié)構(gòu)，其具有多結(jié)子電池疊層； (3 )將上述生長完成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至MBE設(shè)備中，采用MBE方法在其上倒裝形成第二外延結(jié)構(gòu)，其至少包含一結(jié)子電池，形成串聯(lián)倒裝多結(jié)太陽能電池； 其中第一外延結(jié)構(gòu)的帶隙大于第二外延結(jié)構(gòu)的帶隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述步驟(2)形成的第一外延結(jié)構(gòu)還包括一形成于其頂面上的轉(zhuǎn)移隔離層，在進(jìn)行步驟(3)前，先去除所述轉(zhuǎn)移隔離層，進(jìn)行表面清洗，拋光至可直接外延狀態(tài)(Ep1-ready狀態(tài))，然后將上述結(jié)構(gòu)立即轉(zhuǎn)移到MBE設(shè)備中進(jìn)行步驟(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述步驟(2)包括下面子步驟: 在所述生長襯底上形成刻蝕截止層； 在所述刻蝕截止層上方采用MOCVD方法倒裝生長具有寬帶隙的多結(jié)子電池疊層，用于吸收短波端太陽光； 在所述寬帶隙多結(jié)子電池上形成轉(zhuǎn)移隔離層，用以完成第一次外延生長后切換至MBE設(shè)備過程中隔離外界的大氣氧化、硫化、有機(jī)污染、雜質(zhì)吸附、水蒸氣吸附，在進(jìn)行下一次外延之前將其連同表面雜質(zhì)一起腐蝕掉，從而起到保護(hù)其下功能層的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，其特征在于:在完成步驟(2)后，采用選擇蝕刻液蝕刻去除所述轉(zhuǎn)移隔離層，并進(jìn)行表面清洗，拋光至可直接外延狀態(tài)(Ep1-ready狀態(tài))，然后將上述結(jié)構(gòu)立即轉(zhuǎn)移到MBE設(shè)備中進(jìn)行步驟(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述采用MBE形成的第二外延結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)與采用MOCVD形成的第一外延結(jié)構(gòu)的晶格匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，其特征在于:所述步驟(2)的生長溫度高于步驟(3)的生長溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝多結(jié)太陽能電池的制作方法，其特征在于:還包括步驟(4):對形成的倒裝多結(jié)太陽能電池的外延結(jié)構(gòu)的進(jìn)行表面清洗、拋光，并鍵合支撐襯底、去除所述生長襯底、制作電極結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)倒裝多結(jié)太陽能電池。
8.一種倒裝多結(jié)太陽能電池，其特征在于:采用權(quán)利要求1~7中所述的任意一種制作方法制備獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種倒裝多結(jié)太陽能電池，其特征在于:所述第一外延結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)與第二外延結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)匹配。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種倒裝多結(jié)太陽能電池及制作方法，其中制作方法具體包括步驟：作方法，包括步驟：（1）提供一生長襯底，用于半導(dǎo)體材料的外延生長；（2）將所述生長襯底置于MOCVD設(shè)備中，在所述襯底上方采用MOCVD方法倒裝生長第一外延結(jié)構(gòu)，其具有多結(jié)子電池疊層；（3）將上述生長完成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至MBE設(shè)備中，采用MBE方法在其上倒裝形成第二外延結(jié)構(gòu)，其至少包含一結(jié)子電池，形成串聯(lián)倒裝多結(jié)太陽能電池；其中第一外延結(jié)構(gòu)的帶隙大于第二外延結(jié)構(gòu)的帶隙。
【IPC分類】H01L31-18, H01L31-0687, H01L31-0693
【公開號】CN104659158
【申請?zhí)枴緾N201510111095
【發(fā)明人】畢京鋒, 陳文浚, 林桂江, 李森林, 劉冠洲, 宋明輝, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月16日