一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明提供一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池的外延结构依次包括Ge衬底、GaAs缓冲层，AlGaAs/AlAs DBR，AlInP/AlGaInP DBR，AlGaAs背场层，GaAs n-基层，GaAs发射层，AlGaAs窗口层，GaAs电极接触层；其中，AlGaAs/AlAs DBR依次是可反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层构成的复合结构，采用MOCVD法制得。本发明使用半导体GaAs薄膜材料生长代替常规的单晶硅、多晶硅太阳能电池，转换效率达25%，显著提高了GaAs薄膜单结太阳能电池转化效率。

主权项

一种含复合DBR的Ge基GaAs薄膜单结太阳能电池的制备方法，包括采用MOCVD法制备外延结构，包括以下步骤：（1）将Ge衬底放入反应室，在350‑600℃的温度范围内生长一层0.3~1.5 μm厚的GaAs材料的缓冲层，载流子浓度为1E18 cm^‑3～6E19 cm^‑3；（2）在缓冲层上面于400~750℃的温度先生长复合结构AlGaAs/AlAs DBR：首先生长反射600nm光谱的5‑10对AlGaAs/AlAs DBR，然后调整生长厚度生长反射650nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR，再调整生长厚度生长反射700nm光谱的5~10对AlGaAs/AlAs DBR用来反射大部分的光子；所述复合结构AlGaAs/AlAs DBR载流子浓度为1E18 cm^‑3～9E18 cm^‑3；复合结构中反射600nm、650nm、700nm三个波段光谱的反射层厚度分别是0.2~0.3μm、0.2~0.3μm、0.2~0.4μm；（3）在生长好的AlGaAs/AlAs DBR上面再次生长2~5对AlInP/AlGaInP作为第二布拉格反射层，厚度0.2~0.4μm，用来反射低能态的光子，提高转化效率，载流子浓度为2E18 cm^‑3～1E19 cm^‑3；（4）在500‑800℃的温度范围内，继续生长一层0.1~0.5μm厚的AlGaAs材料作为背场层，载流子浓度1E18 cm^‑3～4E19 cm^‑3；（5）继续在背场层上生长，在500‑700℃范围内，生长一层n‑基层，n‑基层的材料是GaAs，厚度在2~5μm，其载流子浓度为1E17 cm^‑3～5E18 cm^‑3；（6）在550‑800℃的温度条件下，继续生长一层发射层，发射层材料是GaAs，厚度在0.05~0.5μm，其载流子浓度为1E18 cm^‑3～8E19 cm^‑3；（7）在500‑700℃的条件下，在发射层上面继续生长一层窗口层，窗口层材料为AlGaAs，厚度为20~100nm，载流子浓度为1E18 cm^‑3～2E19 cm^‑3；（8）最上面一层，在温度500‑800℃范围内生长电极接触层，电极接触层材料为GaAs，厚度为0.2~1μm，载流子浓度8E18 cm^‑3~5E19 cm^‑3。