CN111312844A - 三结叠层太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种三结叠层太阳能电池及其制备方法。所述三结叠层太阳能电池包括依次叠层设置的底电池、中间电池和顶电池，所述底电池和所述中间电池通过所述第一隧穿结连接，所述中间电池和所述顶电池通过第二隧穿结连接，其中，所述底电池为CIGS太阳能电池。本申请实施例提供的所述三结叠层太阳能电池具有较高的抗辐照能力。同时，本申请实施例提供的所述三结叠层太阳能电池有效降低了制备成本。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种三结叠层太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电在全球取得长足发展。常用太阳能电池一般包括晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、砷化镓(GaAs)太阳能电池等。其中，反向晶格失配三结叠层砷化镓太阳能电池由于实现了子电池禁带宽度和光谱的理想匹配，具有更高的光电转换效率，因此得到了人们的青睐。目前，反向晶格失配三结叠层砷化镓太阳能电池的实验室转换效率已经实现了37.9％(AM1.5)。
传统技术的反向晶格失配三结叠层太阳能电池主要为GaInP/GaInAs/GaInAs三结叠层太阳能电池。然而，传统技术的反向晶格失配三结砷化镓三结叠层电池存在电池抗辐照性能差的问题。
发明内容
基于此，有必要针对抗辐照性能差问题，提供一种三结叠层太阳能电池及其制备方法。
一种三结叠层太阳能电池，包括依次叠层设置的底电池、中间电池和顶电池，所述底电池和所述中间电池通过所述第一隧穿结连接，所述中间电池和所述顶电池通过第二隧穿结连接，其中，所述底电池为CIGS太阳能电池。
在其中一个实施例中，所述中间电池为GaAs太阳能电池。
在其中一个实施例中，所述顶电池为GaInP太阳能电池。
在其中一个实施例中，所述第一隧穿结包括叠层设置的隧穿层和键合层，所述隧穿层与所述中间电池连接，所述键合层与所述底电池连接。
在其中一个实施例中，所述隧穿层包括叠层设置的第一p型AlGaAs层和第一n型GaInP层，所述第一n型GaInP层与所述键合层连接。
在其中一个实施例中，所述键合层为GaAs材料制成。
一种三结叠层太阳能电池的制备方法，包括：
外延生长制备GaInP/GaAs双结子电池；
制备CIGS子电池；
将所述GaInP/GaAs双结子电池和所述CIGS子电池键合，生成GaInP/GaAs/CIGS电池；
剥离所述GaInP/GaAs/CIGS电池中所述GaInP/GaAs双结子电池的衬底，形成三结叠层太阳能电池。
在其中一个实施例中，所述外延生长制备GaInP/GaAs双结子电池，包括：
在GaAs衬底表面依次外延生长GaAs缓冲层、AlAs牺牲层、GaInP腐蚀停止层、GaInP顶电池、第二隧穿结、GaAs中间电池、第一隧穿结，形成所述GaInP/GaAs双结子电池。
在其中一个实施例中，所述第一隧穿结包括叠层设置的隧穿层和键合层。
在其中一个实施例中，所述剥离所述GaInP/GaAs/CIGS电池中所述GaInP/GaAs双结子电池的衬底，形成三结叠层太阳能电池，包括：
腐蚀所述AlAs牺牲层；
剥离所述GaAs衬底和所述GaAs缓冲层；
腐蚀剥离所述GaInP腐蚀停止层。
在其中一个实施例中，所述将所述GaInP/GaAs双结子电池和所述CIGS子电池键合，生成GaInP/GaAs/CIGS电池，包括：
抛光所述GaInP/GaAs双结子电池和所述CIGS子电池表面；
对抛光后的所述GaInP/GaAs双结子电池和所述CIGS子电池表面进行活化处理，并进行贴合；
将贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池和所述CIGS子电池进行低温键合。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的三结叠层太阳能电池结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的底电池结构示意图；
图3为本申请一个实施例提供的中间电池结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的顶电池结构示意图；
图5为本申请一个实施例提供的三结叠层太阳能电池结构示意图；
图6为本申请一个实施例提供的隧穿层结构示意图；
图7为本申请一个实施例提供的第二隧穿结结构示意图；
图8为本申请一个实施例提供的三结叠层太阳能电池制备方法流程示意图；
图9为本申请一个实施例提供的GaInP/GaAs双结子电池结构示意图；
图10为本申请一个实施例提供的键合GaInP/GaAs双结子电池和所述CIGS子电池的方法流程示意图；
图11本申请一个实施例提供的剥离GaInP/GaAs双结子电池的衬底的方法流程示意图；
图12本申请一个实施例提供的三结叠层太阳能电池结构示意图。
附图标记说明：
三结叠层太阳能电池 10
GaInP/GaAs双结子电池 11
GaAs衬底 111
GaAs缓冲层 112
AlAs牺牲层 113
GaInP腐蚀停止层 114
GaInP顶电池 115
GaAs中间电池 116
n型掺杂GaAs帽层 117
CIGS子电池 12
GaInP/GaAs/CIGS电池 13
底电池 100
衬底 110
Mo背电极 120
p型CIGS吸收层 130
CdS缓冲层 140
本征i-ZnO层 150
n型ZnO:Al窗口层 160
中间电池 200
p型掺杂AlxGa1-xAs背场层 210
p型掺杂GaAs基区 220
n型掺杂GaAs发射区 230
n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层 240
顶电池 300
p型掺杂AlGaInP背场层 310
p型掺杂GaInP基区 320
n型掺杂GaInP发射区 330
n型掺杂AlInP窗口层 340
第一隧穿结 400
隧穿层 410
第一p型AlGaAs层 411
第一n型GaInP层 412
键合层 420
第二隧穿结 500
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的三结叠层太阳能电池及其制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1，本申请一个实施例提供一种三结叠层太阳能电池10，其包括依次叠层设置的底电池100、中间电池200和顶电池300。所述底电池100和所述中间电池200通过第一隧穿结400连接。所述中间电池200和所述顶电池300通过第二隧穿结500连接。其中，所述底电池100为CIGS(铜铟镓硒)太阳能电池。
所述中间电池200、所述顶电池300和所述第二隧穿结500可以采用外延反向生长依次制备而成。所述底电池100采用CIGS材料制成。所述底电池100可以为Cu(In，Ga)Se2。所述底电池100可以通过共蒸发法制备而成，也可以通过磁控溅射后硒化法制备而成，还可以通过其他方法制备而成。本申请对所述底电池100的制备方法和工作不做限定，可以根据实际需求选择。所述底电池100与所述中间电池200通过所述第一隧穿结400连接。所述底电池100与所述中间电池200可以通过键合等方法实现连接。
请参见图2，所述底电池100可以包括自下至上依次叠层设置的衬底110、Mo背电极120、p型CIGS吸收层130、CdS缓冲层140、本征i-ZnO层150和n型ZnO:Al窗口层160。所述n型ZnO:Al窗口层160与所述第一隧穿结400连接。所述CdS缓冲层140还可以替换为In(OH)xSy材料制成的缓冲层。其中，所述衬底110可以为钠钙玻璃、不锈钢箔片等材料制成。所述Mo背电极120可以采用磁控溅射生长。所述Mo背电极120的厚度可以为1um-2um。所述Mo背电极120方块电阻可以为0.1Ω/sq-0.3Ω/sq。所述p型CIGS吸收层130可以采用共蒸发或磁控溅射后硒化生长制成。所述p型CIGS吸收层130的厚度可以为1um-3um。所述p型CIGS吸收层130的掺杂浓度可以为1×1016-1×1017cm-3。所述CdS缓冲层140可以采用化学水浴(CBD)生长而成。所述CdS缓冲层140的厚度可以为30nm-80nm。所述本征i-ZnO层150可以采用磁控溅射生长制成。所述本征i-ZnO层150的厚度可以为30nm-80nm。所述n型ZnO:Al窗口层160可以采用磁控溅射生长制成。所述n型ZnO:Al窗口层160的厚度可以为300nm-500nm。所述n型ZnO:Al窗口层160的方块电阻10-20Ω/sq。
所述顶电池300的禁带宽度可以约为1.86eV。所述中间电池200的禁带宽度可以约为1.4eV。所述底电池100的禁带宽度可以约为1.05eV。所述顶电池300、所述中间电池200和所述底电池100以如上带隙组合，能够实现带隙和AM0(大气圈外)的太阳光谱的基本匹配，光电转换效率和反向晶格失配(IMM)三结砷化镓电池一致。
本实施例中，所述三结叠层太阳能电池10包括依次叠层设置的底电池100、中间电池200和顶电池300。所述底电池100和所述中间电池200通过第一隧穿结400连接。所述中间电池200和所述顶电池300通过第二隧穿结500连接。其中，所述底电池100为CIGS太阳能电池。本实施例提供的所述三结叠层太阳能电池10以CIGS太阳能电池为底电池，抗辐照性能高于InP系、GaAs系和Si系太阳能电池。因此，所述三结叠层太阳能电池10具有较高的抗辐照能力。同时，本实施例提供的所述三结叠层太阳能电池10,所述底电池100的禁带宽度随着Ga含量的不同，可以在1.02eV-1.67eV的范围内调整。因此，能够满足所述中间电池200对禁带宽度的范围要求，从而提高所述三结叠层太阳能电池10的光电转换效率。另外，本实施例提供的所述三结叠层太阳能电池10制备成本低，制备方法简单。
请参见图3，在一个实施例中，所述中间电池200为GaAs(砷化镓)太阳能电池。所述中间电池200由GaAs半导体材料制成。所述GaAs太阳能电池可以包括自下至上依次叠层设置的p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210、p型掺杂GaAs基区220、n型掺杂GaAs发射区230和n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240。所述p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210与所述第一隧穿结400连接，所述n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240与所述第二隧穿结500连接。
其中，所述p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210的厚度可以为100nm-200nm；所述p型掺杂GaAs基区220的厚度可以为1000nm-2000nm；所述n型掺杂GaAs发射区230的厚度可以为50nm-200nm；所述n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240的厚度可以为30nm-100nm。
所述p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述p型掺杂GaAs基区的掺杂浓度可以为1×1016-1×1017cm-3；所述n型掺杂GaAs发射区的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3。其中，0.3≤x≤0.5。
请参见图4，在一个实施例中，所述顶电池300为GaInP(镓铟磷)太阳能电池。所述顶电池300由GaInP半导体材料制成。所述顶电池300可以包括自下至上依次叠层设置的p型掺杂AlGaInP背场层310、p型掺杂GaInP基区320、n型掺杂GaInP发射区330和n型掺杂AlInP窗口层340。所述p型掺杂AlGaInP背场层310与所述第二隧穿结500连接。
其中，所述p型掺杂AlGaInP背场层310的厚度可为100nm-200nm；所述p型掺杂GaInP基区320的厚度可以为500nm-1000nm；所述n型掺杂GaInP发射区330的厚度可以为50nm-100nm；所述n型掺杂AlInP窗口层340的厚度可以为30nm-100nm。
所述p型掺杂AlGaInP背场层310的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述p型掺杂GaInP基区320的掺杂浓度可以为1×1016-1×1017cm-3；所述n型掺杂GaInP发射区330的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述n型掺杂AlInP窗口层340的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3。
请参见图5，在一个实施例中，所述第一隧穿结400包括叠层设置的隧穿层410和键合层420。所述隧穿层410与所述中间电池200连接。所述键合层420与所述底电池100连接。
所述隧穿层410与所述键合层420可以通过反向延伸生长制备而成。所述隧穿层410用于实现所述中间电池200与所述键合层420的连接。所述键合层420用于实现所述隧穿层410与所述底电池100的连接。所述键合层420的厚度可以为50nm-100nm。
本实施例中，所述第一隧穿结400包括叠层设置的所述隧穿层410和所述键合层420。通过所述键合层420增加所述第一隧穿结400的厚度，从而利于所述第一隧穿结400与所述底电池100的键合。
请参见图6，在一个实施例中，所述隧穿层410包括自下至上依次叠层设置的第一p型AlGaAs层411和第一n型GaInP层412。所述第一n型GaInP层412与所述键合层420连接。
所述第一p型AlGaAs层411的厚度可以为10nm-100nm。所述第一p型AlGaAs层411的掺杂浓度可以为1×1018-1×1020cm-3。所述第一n型GaInP层412的厚度可以为10nm-100nm。所述第一n型GaInP层412的掺杂浓度可以为1×1018-1×1020cm-3。所述第一p型AlGaAs层411与所述键合层420连接。所述第一n型GaInP层412与所述中间电池200的所述p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210连接。
在一个实施例中，所述键合层420为GaAs材料制成。所述键合层420的厚度可以为50nm-100nm。所述键合层420可以为n型掺杂GaAs层。所述n型掺杂GaAs层的掺杂浓度可以为1×1018-1×1020cm-3。本实施例中，所述键合层420由GaAs材料制成，更有利于所述底电池100的键合，且利于与所述隧穿层410的结合和连接。
请参见图7，在一个实施例中，所述第二隧穿结500包括自下至上依次叠层设置的第二p型AlGaAs层510和第二n型GaInP层520。所述第二p型GaInP层510与所述中间电池200连接。所述第二n型GaInP层520与所述顶电池300连接。
所述第二p型AlGaAs层510的厚度可以为10nm-100nm。所述第二p型AlGaAs层510的掺杂浓度可以为1×1018-1×1020cm-3。所述第二n型GaInP层520的厚度可以为10nm-100nm。所述第二n型GaInP层520的掺杂浓度可以为1×1018-1×1020cm-3。所述第二p型AlGaAs层510与所述中间电池200的所述n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240连接。所述第二n型GaInP层520与所述顶电池300的所述p型掺杂AlGaInP背场层310连接。
请参见图8，本申请一个实施例提供一种三结叠层太阳能电池的制备方法，包括：
S10，外延生长制备GaInP/GaAs双结子电池11。
所述GaInP/GaAs双结子电池11的制备可以采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术生长而成，也可以采用分子束外延(MBE)技术生长而成。所述GaInP/GaAs双结子电池11包括GaInP子电池和GaAs子电池。所述GaInP子电池和所述GaAs子电池通过所述第二隧穿结500连接。具体的，所述GaInP子电池可以包括自下至上依次叠层设置的p型掺杂AlGaInP背场层310、p型掺杂GaInP基区320、n型掺杂GaInP发射区330、n型掺杂AlInP窗口层340。所述GaAs子电池可以包括自下至上依次叠层设置的p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210、p型掺杂GaAs基区220、n型掺杂GaAs发射区230和n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240。所述GaInP/GaAs双结子电池11包括衬底，所述衬底可以为GaAs衬底111。本申请对所述GaInP/GaAs双结子电池11的具体制备方法、工艺不做限定，只要可以实现所述GaInP/GaAs双结子电池11的制备即可。
S20，制备CIGS子电池12。
所述CIGS子电池12可以通过共蒸发法制备而成，也可以通过磁控溅射后硒化法制备而成，还可以通过其他方法制备而成。本申请对所述CIGS子电池12的制备方法和工作不做限定，可以根据实际需求选择。所述CIGS子电池12可以包括自下至上依次叠层设置的衬底110、Mo背电极120、p型CIGS吸收层130、CdS缓冲层140、本征i-ZnO层150和n型ZnO:Al窗口层160。
在一个实施例中，制备所述CIGS子电池12的方法包括：
S210，以钠钙玻璃、不锈钢箔片等材料作为所述衬底110，清洗所述衬底110表面后，采用溅射工艺，在所述衬底110表面溅射沉积厚度约为1um-2um的Mo薄层，作为所述CIGS子电池12的所述Mo背电极120；
S220，采用蒸发或磁控溅射后硒化法在所述Mo背电极120表面沉积厚度约为1um-3um的所述p型CIGS吸收层130；
S230，采用化学水浴法(CBD)在所述p型CIGS吸收层130表面沉积厚度约为30nm-80nm的所述CdS缓冲层140；
S240，采用射频溅射法在所述CdS缓冲层140的表面沉积厚度约为30nm-80nm的所述本征i-ZnO层150；
S250，采用直流磁控溅射法在所述本征i-ZnO层150的表面沉积厚度约为300nm-500nm的所述n型ZnO:Al窗口层160。
本实施例提供的所述方法形成的所述CIGS子电池12的禁带宽度随着Ga含量的不同，可以在1.02eV-1.67eV的范围内调整。且所述CIGS子电池12的抗辐照性能高。
S30，将所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12键合，生成GaInP/GaAs/CIGS电池13。
将S20生成的所述GaInP/GaAs双结子电池11和S30生成的所述CIGS子电池12进行键合。键合采用的具体方法、步骤、工艺等本申请不做限定，只要可以实现所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12的键合，生成所述GaInP/GaAs/CIGS电池13即可。
S40，剥离所述GaInP/GaAs/CIGS电池13中所述GaInP/GaAs双结子电池11的衬底，形成三结叠层太阳能电池10。
由于键合生成的所述GaInP/GaAs/CIGS电池13包含所述GaInP/GaAs双结子电池11的衬底，还包括所述CIGS子电池12的衬底，因此需要剥离所述GaInP/GaAs双结子电池11的衬底，保留所述CIGS子电池12的衬底。本申请对剥离所述GaInP/GaAs双结子电池11衬底的方法和工艺不做具体限定，只要可以实现将所述GaInP/GaAs双结子电池11的衬底从所述GaInP/GaAs/CIGS电池13中剥离即可。剥离后即得到所述三结叠层太阳能电池10。
在所述三结叠层太阳能电池10表面沉积减反射层和上电极，即完成对所述三结叠层太阳能电池10的工艺制备。
本实施例中，所述方法通过外延生长制备GaInP/GaAs双结子电池11，制备CIGS子电池12，并将所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12键合，生成GaInP/GaAs/CIGS电池13，然后剥离所述GaInP/GaAs/CIGS电池13中所述GaInP/GaAs双结子电池11的衬底，形成三结叠层太阳能电池10。第一，本实施例提供的所述方法将所述CIGS子电池12与所述GaInP/GaAs双结子电池11键合生成所述三结叠层太阳能电池10，能够有效克服反向晶格失配带来的微区缺陷问题。同时，通过将所述CIGS子电池12与所述GaInP/GaAs双结子电池11键合生成所述三结叠层太阳能电池10，制备工艺简单，成本低，且制备出的所述三结叠层太阳能电池10结构稳定。第二，本实施例所述方法制备的所述三结叠层太阳能电池10抗辐照性能高于InP系、GaAs系和Si系太阳能电池。因此，本实施例提供的所述方法形成的三结叠层太阳能电池10具有较高的抗辐照能力。第三，本实施例所述方法制备的所述三结叠层太阳能电池10，所述底电池100的禁带宽度随着Ga含量的不同，可以在1.02eV-1.67eV的范围内调整。因此，能够满足所述GaInP/GaAs双结子电池11对禁带宽度的范围要求，从而提高所述三结叠层太阳能电池10的光电转换效率。第四，剥离的所述GaInP/GaAs双结子电池11的衬底可以重复利用，显著降低了电池的制备成本。
请参见图9，在一个实施例中，S10包括：
S110，在GaAs衬底111表面依次外延生长GaAs缓冲层112、AlAs牺牲层113、GaInP腐蚀停止层114、GaInP顶电池115、第二隧穿结500、GaAs中间电池116、第一隧穿结400，形成所述GaInP/GaAs双结子电池11。其中，所述GaInP腐蚀停止层114和所述GaInP顶电池115之间还包括n型掺杂GaAs帽层117。
在一个实施例中，所述第一隧穿结400包括隧穿层410和键合层420。所述隧穿层410包括第一p型AlGaAs层411和第一n型GaInP层412。所述键合层420为GaAs材料制成。
所述GaInP/GaAs双结子电池11的具体生成步骤如下：
选用n型掺杂所述GaAs衬底111为衬底，所述GaAs衬底111的厚度可以为300um-600um，所述GaAs衬底111的掺杂浓度可以为1×1017-1×1018cm-3。在一个实施例中，所述GaAs衬底111的掺杂浓度为1×1018cm-3。
将n型掺杂所述GaAs衬底111置于MOCVD(金属有机物化学气相沉积)操作室，在所述GaAs衬底111表面依次外延反向生长所述GaAs缓冲层112、所述AlAs牺牲层113、所述GaInP腐蚀停止层114、所述n型掺杂GaAs帽层117、所述GaInP顶电池115、所述第二隧穿结500、所述GaAs中间电池116、所述隧穿层410和所述键合层420。外延反向生长温度可以设置为500℃-800℃。所述GaAs缓冲层112是作为生长GaAs基材料的成核层。所述GaAs缓冲层112的厚度可以为0.1um﹣0.3um。所述AlAs牺牲层113是用于实现剥离外延生长衬底的被刻蚀层。所述AlAs牺牲层113的厚度可以为0.1um﹣0.3um。所述GaInP腐蚀停止层114是作为剥离外延生长衬底的腐蚀控制层。所述GaInP腐蚀停止层114的厚度可以为0.1um﹣0.3um。所述n型掺杂GaAs帽层117为重掺杂外延层。所述n型掺杂GaAs帽层117与金属电极形成欧姆接触。所述n型掺杂GaAs帽层117的厚度可以为100nm﹣500nm。所述n型掺杂GaAs帽层117的掺杂浓度可以为1×1018-1×1019cm-3。所述键合层420的厚度可以为50nm﹣100nm。
所述GaInP顶电池115可以包括自下至上依次叠层设置的p型掺杂AlGaInP背场层310、p型掺杂GaInP基区320、n型掺杂GaInP发射区330和n型掺杂AlInP窗口层340。其中，所述p型掺杂AlGaInP背场层310的厚度可为100nm-200nm；所述p型掺杂GaInP基区320的厚度可以为500nm-1000nm；所述n型掺杂GaInP发射区330的厚度可以为50nm-100nm；所述n型掺杂AlInP窗口层340的厚度可以为30nm-100nm。所述p型掺杂AlGaInP背场层310的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述p型掺杂GaInP基区320的掺杂浓度可以为1×1016-1×1017cm-3；所述n型掺杂GaInP发射区330的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述n型掺杂AlInP窗口层340的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3。所述GaInP顶电池115的禁带宽度约为1.86eV。
所述GaAs中间电池116可以包括自下至上依次叠层设置的p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210、p型掺杂GaAs基区220、n型掺杂GaAs发射区230和n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240。其中，所述p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210的厚度可以为100nm-200nm；所述p型掺杂GaAs基区220的厚度可以为1000nm-2000nm；所述n型掺杂GaAs发射区230的厚度可以为50nm-200nm；所述n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240的厚度可以为30nm-100nm。所述p型掺杂AlxGa1-xAs背场层210的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述p型掺杂GaAs基区的掺杂浓度可以为1×1016-1×1017cm-3；所述n型掺杂GaAs发射区的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3；所述n型掺杂AlxGa1-xAs窗口层240的掺杂浓度可以为1×1017-1×1019cm-3。其中，0.3≤x≤0.5。所述GaAs中间电池116的禁带宽度约为1.4eV。
本实施例中，所述方法通过在GaAs衬底111表面依次外延生长GaAs缓冲层112、AlAs牺牲层113、GaInP腐蚀停止层114、GaInP顶电池115、第二隧穿结500、GaAs中间电池116、第一隧穿结400，形成所述GaInP/GaAs双结子电池11，生长工艺简单。且生成的所述GaInP/GaAs双结子电池11与所述CIGS子电池12键合形成的所述三结叠层太阳能电池10的光电转换效率高。同时，与传统技术相比，通过键合实现所述GaInP/GaAs双结子电池11与所述CIGS子电池12的连接，能够有效克服反向晶格失配带来的微区缺陷问题。
请参见图10，在一个实施例中，S30包括：
S310，抛光所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12表面。
通过化学机械抛光(CMP)工艺对所述GaInP/GaAs双结子电池11的所述键合层420和所述CIGS子电池12的所述n型ZnO:Al窗口层160进行表面处理，使得所述键合层420和所述n型ZnO:Al窗口层160的表面粗糙度降至1nm以内。
S320，对抛光后的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12表面进行活化处理，并进行贴合。
将抛光后的所述键合层420和所述n型ZnO:Al窗口层160表面进行清洗，并用等离子体进行表面活化处理。然后将所述键合层420和所述n型ZnO:Al窗口层160进行贴合。所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12通过范德华力贴合在一起。
S330，将贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12进行低温键合。
将贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12置入键合机的键合腔。键合腔内充满N2。将键合腔的温度升至80℃-120℃，对贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12进行60秒-120秒的预热。然后给贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12施加1KN-5KN的键合压力，以15℃/min的升温速度将键合腔内温度提升到150℃-250℃。接着保持恒温，进行1小时-2小时的键合。最后，以3℃/min的降温速度将键合腔内温度降到室温，实现低温键合。
本实施例中，通过对所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12进行表面抛光处理，然后对抛光后的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12表面进行活化处理，并进行贴合，再将贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12进行低温键合。通过本实施例提供的所述方法实现所述GaInP/GaAs双结子电池11和所述CIGS子电池12的键合，键合方法简单易操作，且键合结果稳定，提高了所述三结叠层太阳能电池10的稳定性。
请参见图11和图12，在一个实施例中，S40包括：
S410，腐蚀所述AlAs牺牲层113。
使用腐蚀液腐蚀所述AlAs牺牲层113。
S420，剥离所述GaAs衬底111和所述GaAs缓冲层112。
腐蚀所述AlAs牺牲层113后，所述GaAs衬底111和所述GaAs缓冲层112即可从所述GaInP/GaAs/CIGS电池13中剥离。剥离后的所述GaAs衬底111能够重复利用，降低所述三结叠层太阳能电池10的制备成本。
S430，腐蚀剥离所述GaInP腐蚀停止层114。
用HCl：H2O＝1：1的腐蚀液腐蚀所述GaInP腐蚀停止层114，将所述GaInP腐蚀停止层114从所述GaInP/GaAs/CIGS电池13中剥离掉，完成衬底剥离。最后再用去离子水超声清洗完成剥离的电池，得到如图12所示的所述三结叠层太阳能电池10。
本实施例中，通过腐蚀所述AlAs牺牲层113、剥离所述GaAs衬底111和所述GaAs缓冲层112，再腐蚀剥离所述GaInP腐蚀停止层114。本实施例提供的所述方法操作方法简单，且剥离出的所述GaAs衬底111能够重复利用，降低制备成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种三结叠层太阳能电池，其特征在于，包括依次叠层设置的底电池(100)、中间电池(200)和顶电池(300)，所述底电池(100)和所述中间电池(200)通过第一隧穿结(400)连接，所述中间电池(200)和所述顶电池(300)通过第二隧穿结(500)连接，其中，所述底电池(100)为CIGS太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的三结叠层太阳能电池，其特征在于，所述中间电池(200)为GaAs太阳能电池。
3.根据权利要求2所述的三结叠层太阳能电池，其特征在于，所述顶电池(300)为GaInP太阳能电池。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的三结叠层太阳能电池，其特征在于，所述第一隧穿结(400)包括叠层设置的隧穿层(410)和键合层(420)，所述隧穿层(410)与所述中间电池(200)连接，所述键合层(420)与所述底电池(100)连接。
5.根据权利要求4所述的三结叠层太阳能电池，其特征在于，所述隧穿层(410)包括叠层设置的第一p型AlGaAs层(411)和第一n型GaInP层(412)，所述第一n型GaInP层(412)与所述键合层(420)连接。
6.根据权利要求5所述的三结叠层太阳能电池，其特征在于，所述键合层(420)为GaAs材料制成。
7.一种三结叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
S10，外延生长制备GaInP/GaAs双结子电池(11)；
S20，制备CIGS子电池(12)；
S30，将所述GaInP/GaAs双结子电池(11)和所述CIGS子电池(12)键合，生成GaInP/GaAs/CIGS电池(13)；
S40，剥离所述GaInP/GaAs/CIGS电池(13)中所述GaInP/GaAs双结子电池(11)的衬底，形成三结叠层太阳能电池(10)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，S10包括：
S110，在GaAs衬底(111)表面依次外延生长GaAs缓冲层(112)、AlAs牺牲层(113)、GaInP腐蚀停止层(114)、GaInP顶电池(115)、第二隧穿结(500)、GaAs中间电池(116)、第一隧穿结(400)，形成所述GaInP/GaAs双结子电池(11)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一隧穿结(400)包括叠层设置的隧穿层(410)和键合层(420)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，S40包括：
S410，腐蚀所述AlAs牺牲层(113)；
S420，剥离所述GaAs衬底(111)和所述GaAs缓冲层(112)；
S430，腐蚀剥离所述GaInP腐蚀停止层(114)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，S30包括：
S310，对所述GaInP/GaAs双结子电池(11)和所述CIGS子电池(12)进行表面抛光处理；
S320，对抛光后的所述GaInP/GaAs双结子电池(11)和所述CIGS子电池(12)表面进行活化处理，并进行贴合；
S330，将贴合的所述GaInP/GaAs双结子电池(11)和所述CIGS子电池(12)进行低温键合。
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