一種量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)能源如煤、石油和天然氣等的應(yīng)用會(huì)對環(huán)境造成污染，因此以光伏產(chǎn)業(yè)為代表的可再生潔凈能源受到高度重視并取得快速發(fā)展。目前，較為高效的GalnP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池在聚光條件下已經(jīng)獲得超過41.8%的光電轉(zhuǎn)換效率。但是由于Ge底電池吸收低能光子數(shù)量過多而與InGaP和GaAs中頂電池的短路電流不匹配，所以GalnP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)并不是效率最優(yōu)化的組合。
[0003]由于半導(dǎo)體材料只能吸收能量大于其帶隙的入射光子，并且每個(gè)吸收光子最多只能放出一對電子-空穴對。而對于能量大于其帶隙的一個(gè)入射光子，半導(dǎo)體材料將其吸收后也只能放出一對電子-空穴對，多余的能量會(huì)以聲子輻射的方式轉(zhuǎn)換為晶格振動(dòng)的熱能，造成能量損失。而太陽輻射光譜在0.15-4 μ m的波長范圍內(nèi)均有著較強(qiáng)的分布，若在該波長范圍內(nèi)盡可能多地吸收太陽輻射能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能而不是晶格振動(dòng)的熱能，僅僅采用單一或較少禁帶寬度的單結(jié)太陽能電池或GalnP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池是難以實(shí)現(xiàn)的。
[0004]由此可見，如何研宄出一種多結(jié)太陽能電池，能夠盡可能多地吸收不同波長區(qū)間太陽輻射能量，以提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種能夠吸收不同波長范圍內(nèi)太陽輻射能量的量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池。
[0006]本實(shí)用新型一種量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池，依次包括:GaAs帽層、第一結(jié)AlxGa1^xIn0.5P電池、第一隧穿結(jié)、第二結(jié)AlxGai_xAs電池、第二隧穿結(jié)、第三結(jié)GaAs電池、第三隧穿結(jié)、鍵合接觸層、第四結(jié)InxGahAsyPh電池、第四隧穿結(jié)、第五結(jié)InxGai_xAS電池、InP緩沖層和InP襯底；
[0007]其中，所述第三結(jié)GaAs電池依次包括:第三結(jié)GaAs電池的窗口層、第三結(jié)GaAs電池的發(fā)射層、量子點(diǎn)浸潤層、量子點(diǎn)復(fù)合層和第三結(jié)GaAs電池的基區(qū)層；
[0008]所述鍵合接觸層依次為基于所述第三隧穿結(jié)外延生長的GaAs鍵合接觸層和基于所述第四結(jié)InxGahAsyPhi池外延生長的InP鍵合接觸層。
[0009]進(jìn)一步地，所述量子點(diǎn)浸潤層為具有規(guī)整圖形的量子點(diǎn)浸潤層如陣列形的量子點(diǎn)浸潤層。
[0010]進(jìn)一步地，所述InP緩沖層的厚度為0.1-0.3 μ m，所述InP鍵合接觸層的厚度為lOO-lOOOnm。
[0011]進(jìn)一步地，所述GaAs帽層為η型摻雜、厚度為100_500nm，所述第三結(jié)GaAs電池的窗口層的厚度為30-200nm，所述第三結(jié)GaAs電池的發(fā)射層的厚度為50_200nm，所述量子點(diǎn)浸潤層的厚度為20-100nm，所述第三結(jié)GaAs電池的基區(qū)層的厚度2000_4000nm，所述GaAs鍵合接觸層的厚度為100-1000nm。
[0012]進(jìn)一步地，所述第五結(jié)InxGahAs電池依次包括厚度50_400nm的p型摻雜InP背場層、厚度2000-5000nm的p型摻雜InxGapxAs基區(qū)、厚度50-400nm的η型摻雜InxGa^xAs發(fā)射區(qū)和厚度30-200nm的η型摻雜InP窗口層；所述第四隧穿結(jié)依次包括為厚度1-1OOnm的η型InP層和厚度1-1OOnm的ρ型InP層；所述第四結(jié)InxGahAsyP^電池依次包括厚度30-300nm的ρ型摻雜InP背場層、厚度2000-5000nm的ρ型摻雜InxGahAsyPhy基區(qū)、厚度50-400nm的η型摻雜InxGahAsyP^發(fā)射區(qū)和厚度30_200nm的η型摻雜InP窗口層；其中，0.3 彡 X 彡 0.8，0.3 彡 y 彡 0.7。
[0013]進(jìn)一步地，所述第一結(jié)AlxGahIna5P電池依次包括厚度0.5_3 μm的ρ型摻雜AlxGa1^xIn0.5Ρ 背場層、厚度 500_2000nm 的 ρ 型摻雜 AlxGahIna5P 基區(qū)、厚度 50_200nm 的 η型摻雜AlxGahIna5P發(fā)射區(qū)和厚度30_200nm的η型摻雜AlxGahIna5Ρ窗□層；所述第一隧穿結(jié)依次包括厚度1-1OOnm的η型AlxGa1-Jna5P層和厚度1-1OOnm的ρ型的AlxGa^xAs層；所述第二結(jié)AlxGahAs電池依次包括厚度30-200nm的ρ型摻雜AlxGahIna 5Ρ背場層、厚度1000-3000nm的ρ型摻雜AlxGa^xAs基區(qū)、厚度50_200nm的η型摻雜AlxGa^xAs發(fā)射區(qū)和厚度30-200nm的η型摻雜AlInP窗口層；所述第二隧穿結(jié)依次包括厚度1-1OOnm的η型GaInP層和厚度1-1OOnm的ρ型AlxGapxAs層；所述量子點(diǎn)復(fù)合層依次包括量子點(diǎn)層和用于補(bǔ)償量子點(diǎn)應(yīng)力的覆蓋層；所述第三隧穿結(jié)依次包括厚度1-1OOnm的η型InxGai_xAs層和厚度 1-1OOnm 的 ρ 型 AlyGahyAs 層。
[0014]進(jìn)一步地，所述量子點(diǎn)浸潤層和所述量子點(diǎn)復(fù)合層中O < X < 0.1，所述第三隧穿結(jié)中O彡X彡0.1，0彡y彡0.5，所述第一結(jié)AlxGahIna5P電池、所述第一隧穿結(jié)、所述第二結(jié)AlxGapxAs電池、所述第二隧穿結(jié)、所述第三結(jié)GaAs電池的窗口層和所述第三結(jié)GaAs電池的背場層中0.2 < X < 0.5。
[0015]本實(shí)用新型一種量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]第一，該量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池是通過GaAs三結(jié)太陽能電池和InP兩結(jié)太陽能電池鍵合而成，由于每結(jié)電池的帶隙寬度不同，所以隨著電池結(jié)數(shù)的增加，該電池可吸收更多波長范圍的太陽輻射能量，這既增加了對低能量端光譜的吸收率，又降低了高能量光子的能量損失，使電池能夠產(chǎn)生更多的電子-空穴對，從而提高電池光電轉(zhuǎn)化效率。
[0017]第二，由于在第三結(jié)電池中加入量子點(diǎn)納米結(jié)構(gòu)而形成量子點(diǎn)中間帶，利于電子-空穴對的產(chǎn)生，使電流增益提高至15%，進(jìn)一步提高了該量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0018]第三，該量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池中的量子點(diǎn)浸潤層具有規(guī)整的圖形，如均勻分布的陣列圖形，這可以使量子點(diǎn)的排列更加規(guī)則，便于得到一致的能級，從而利于得到更佳的量子點(diǎn)中間帶，更容易產(chǎn)生電子-空穴對，最終使光電轉(zhuǎn)換效率大幅度提高。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型中InP兩結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中的標(biāo)號分別為:1-GaAs帽層，2-第一結(jié)AlxGahIna5P電池，3_第一隧穿結(jié)，4-第二結(jié)AlxGahAs電池，5_第二隧穿結(jié)，6_第三結(jié)GaAs電池的窗口層，7_第三結(jié)GaAs電池的發(fā)射層，8-量子點(diǎn)浸潤層，9-量子點(diǎn)復(fù)合層，10-第三結(jié)GaAs電池的基區(qū)層，11-第三隧穿結(jié)，12-GaAs鍵合接觸層，13-1nP鍵合接觸層，14-第四結(jié)InxGahAsyP^電池，15-第四隧穿結(jié)，16-第五結(jié)InxGahAs電池，17-1nP緩沖層，18-1nP襯底。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例做詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，一種量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池，依次包括:GaAs帽層、第一結(jié)AlxGa1^xIn0.5P電池、第一隧穿結(jié)、第二結(jié)AlxGai_xAs電池、第二隧穿結(jié)、第三結(jié)GaAs電池、第三隧穿結(jié)、鍵合接觸層、第四結(jié)InxGahAsyPh電池、第四隧穿結(jié)、第五結(jié)InxGai_xAS電池、InP緩沖層和InP襯底。
[0023]其中，所述第三結(jié)GaAs電池依次包括:第三結(jié)GaAs電池的窗口層、第三結(jié)GaAs電池的發(fā)射層、量子點(diǎn)浸潤層、量子點(diǎn)復(fù)合層和第三結(jié)GaAs電池的基區(qū)層。
[0024]所述鍵合接觸層依次為基于所述第三隧穿結(jié)外延生長的GaAs鍵合接觸層和基于所述第四結(jié)InxGahAsyPhi池外延生長的InP鍵合接觸層。所述鍵合接觸層是通過半導(dǎo)體直接鍵合工藝鍵和在一起，該鍵合接觸層可以減少因晶格失配所產(chǎn)生的大量錯(cuò)位，并且可以將外延生長時(shí)所產(chǎn)生的缺陷限制在所述GaAs鍵合接觸和所述InP鍵合接觸層鍵合界面附近的薄層區(qū)域內(nèi)，不會(huì)對該電池其他區(qū)域材料的性能造成影響。
[0025]為了使所述量子點(diǎn)具有一致的能級，從而利于得到符合要求的量子點(diǎn)中間帶，所以所述量子點(diǎn)浸潤層為具有規(guī)整圖形如均勻分布的陣列形狀的量子點(diǎn)浸潤層。這樣便于該量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池產(chǎn)生更多數(shù)量的電子-空穴對，便于短路電流密度的增加，進(jìn)而提高該量子點(diǎn)五結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0026]為了使所述第五結(jié)InxGahAs電池生長時(shí)晶格更為匹配，所以所述InP襯底上外延正向生長有厚度為0.1-0.3 ym的所述InP緩沖層。之所以生長厚度為10-1OOOnm的所述InP鍵合接觸層