專利名稱：一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能電池芯片是一種具有廣闊應(yīng)用前景的能源，具有長壽命、綠色環(huán)保和靈活 性三大優(yōu)點。太陽能電池芯片壽命長，只要太陽存在，太陽能電池芯片就可以一次投資而長 期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池芯片不會引起環(huán)境污染；太陽能電池芯片 可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池芯片組，這是其 它能源無法比擬的。目前，太陽能電池芯片的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、 農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島 和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價昂貴的輸電線路。但是，現(xiàn)有太陽能電池芯片光電轉(zhuǎn)換效率相對較低制約了其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用于實 際工作、生活中，這是由于太陽輻射能流非對稱分布于以500nm左右波長為峰值的，從紫外 200nm波段到遠(yuǎn)紅外2600nm波段的較寬光譜范圍內(nèi)，特別是在我國西藏、新疆等高海拔或 高緯度地區(qū)，太陽輻照能流更是大量集中于短波長可見光及紫外光波段部分。而目前多結(jié) 太陽能電池芯片中頂電池芯片禁帶寬度限制在1.9ev左右，對應(yīng)吸收波長為650nm左右，當(dāng) 短波部分波長遠(yuǎn)離該吸收波長后，吸收效率下降導(dǎo)致太陽輻射能流中位于可見光及紫外波 段內(nèi)部包含的大量能量未能獲得有效吸收、利用。因此如何提高太陽能電池芯片對太陽可 見光、紫外光譜中尚未獲得充分利用的能量吸收成為提高現(xiàn)有太陽能電池芯片光電轉(zhuǎn)換效 率，推動、太陽能電池芯片發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)這一綠色能源得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以ZnSe材料作為頂電池芯片的多結(jié)太陽電池芯片， 擴(kuò)展太陽能電池芯片芯片的吸收譜范圍，充分吸收太陽輻射分布于可見光、紫外波段的大 量能流，提高太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的目的是由以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片，以鍺(Ge)單晶片1為襯底依次生長底 電池(p-Ge，n-Ge)2，成核層(GaAs) 3，緩沖層(GaInAs)4，勢壘層(n_GaInAs)5，隧道結(jié) (n++AlGaAs, p++GaInAs)6,勢壘層(p+GaInAs)7,第二 結(jié)電池(p-GalnAs, n_GaInAs)8， 窗口層(n+AlGaInP/AlInAs)9,第二 隧道結(jié)(n++GaInAs, p++AlGaAs) 10，第二 勢壘層 (p+GaInP)ll，第三結(jié)電池(p-GalnP，n-GalnP) 12，第二窗口層(η+Α1ΙηΡ) 13，第三隧道結(jié) (n++ZnSe, p++ZnSe) 14，第三勢壘層(n+ZnSe) 15，頂電池(p-ZnSe, n-ZnSe) 16，第三窗口層 (n+ZnSe)17，歐姆接觸層(n+ZnSe) 18。采用半導(dǎo)體單晶片為襯底采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子來外延 (MBE)方法生長多結(jié)太陽電池芯片。
本發(fā)明一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片，其關(guān)鍵是在現(xiàn)有多結(jié)太陽能電池芯 片材料體系之上增加具有高禁帶寬度的ZnSe材料頂電池芯片。ZnSe材料作為頂電池芯片 附加到現(xiàn)有多結(jié)太陽能電池芯片材料體系之上能夠擴(kuò)展太陽能電池芯片的吸收譜范圍，有 效解決現(xiàn)有太陽能電池芯片對太陽輻射分布于可見光及紫外波段的大量能流無法充分吸 收的問題，提高多結(jié)太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1 一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片示意圖。圖中1、鍺(Ge)單晶片，2、底電池，3、成核層，4、緩沖層，5、勢壘層，6、隧道結(jié)，7、 勢壘層，8、第二結(jié)電池，9、窗口層，10、第二隧道結(jié)，11、第二勢壘層，12、第三結(jié)電池，13、第 二窗口層，14、第三隧道結(jié)，15、第三勢壘層，16、頂電池，17、第三窗口層，18、歐姆接觸層。
具體實施例方式為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和特征，以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一 步的說明。如圖1所示，一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相 沉積(MOCVD)方法，以鍺(Ge)單晶片1為襯底依次生長底電池(p_Ge，n-Ge)2，成核層 (GaAs) 3，緩沖層(GaInAs) 4，勢壘層(n-GalnAs) 5，隧道結(jié)(n++AlGaAs, p++GaInAs) 6，勢壘 層(p+GaInAs)7，第二結(jié)電池(p-GalnAs, n_GaInAs)8，窗口層(n+AlGalnP/AlInAs)9，第 二隧道結(jié)(n++GaInAs，p++AlGaAs) 10，第二勢壘層(p+GalnP) 11，第三結(jié)電池(p-GalnP， n-GalnP) 12，第二 窗口層(η+Α1ΙηΡ) 13，第三隧道結(jié)(n++ZnSe，p++ZnSe) 14，第三勢 壘層(n+ZnSe) 15，頂電池(p-ZnSe，n-ZnSe) 16，第三窗口層(n+ZnSe) 17，歐姆接觸層 (n+ZnSe)18。在生長具有ZnSe的多結(jié)太陽電池芯片之后。采用常規(guī)的光刻、鍍膜和劃片工 藝制成太陽電池。本發(fā)明一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片，其關(guān)鍵是在現(xiàn)有多結(jié)太陽能電池芯 片材料體系之上增加了一層具有高禁帶寬度的ZnSe材料作為頂電池。ZnSe材料作為頂電 池附加到現(xiàn)有多結(jié)太陽能電池芯片材料體系之上能夠擴(kuò)展太陽能電池芯片的吸收譜范圍， 有效解決現(xiàn)有太陽能電池芯片對太陽輻射分布于可見光、紫外波段的大量能流無法充分吸 收的問題，提高多結(jié)太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求
一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片，其特征在于以鍺(Ge)單晶片為襯底依次生長底電池(p Ge，n Ge)，成核層(GaAs)，緩沖層(GaInAs)[4]，勢壘層(n GaInAs)，隧道結(jié)(n++AlGaAs，p++GaInAs)，勢壘層(p+GaInAs)，第二結(jié)電池(p GaInAs，n GaInAs)，窗口層(n+AlGaInP/AlInAs)，第二隧道結(jié)(n++GaInAs，p++AlGaAs)，第二勢壘層(p+GaInP)，第三結(jié)電池(p GaInP，n GaInP)，第二窗口層(n+AlInP)，第三隧道結(jié)(n++ZnSe，p++ZnSe)，第三勢壘層(n+ZnSe)，頂電池(p ZnSe，n ZnSe)，第三窗口層(n+ZnSe)，歐姆接觸層(n+ZnSe)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片，其特征在于采用半 導(dǎo)體單晶片為襯底采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子來外延(MBE)方法生長多結(jié) 太陽電池芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四結(jié)半導(dǎo)體太陽能光伏電池芯片，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的關(guān)鍵是在現(xiàn)有多結(jié)太陽能電池芯片材料體系之上增加了一層具有高禁帶寬度的ZnSe材料作為頂電池，能夠擴(kuò)展太陽能電池芯片的吸收譜范圍，有效解決現(xiàn)有太陽能電池芯片對太陽輻射分布于可見光、紫外波段的大量能流無法充分吸收的問題，提高多結(jié)太陽能電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/0352GK101976690SQ201010259999
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者堯舜, 李建軍, 王智勇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)