基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池及其制作方法，包括以下步驟：GaAs襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、犧牲層以及太陽(yáng)能電池層制作出外延片，太陽(yáng)能電池層包括N型接觸層、GaInP頂電池、隧道結(jié)I、GaInAs中電池、隧道結(jié)II、InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池和P型接觸層，GaInP頂電池禁帶寬度為1.80-1.92eV，GaInAs中電池禁帶寬度為1.38-1.42eV，InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池禁帶寬度為1.0-1.3eV；利用外延片制作基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。與傳統(tǒng)多結(jié)太陽(yáng)能電池相比，其器件結(jié)構(gòu)與聚光系統(tǒng)簡(jiǎn)單，具有柔性，且制作工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低。
【專利說(shuō)明】基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)，是一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以煤、石油和天然氣為代表的傳統(tǒng)能源會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)為代表的可再生潔凈能源受到普遍重視并取得快速發(fā)展。目前在光伏市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位的單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池組件的轉(zhuǎn)換效率分別為18%和15%左右。由于硅材料和砷化鎵((?^)分別是間接帶隙和直接帶隙半導(dǎo)體材料，硅太陽(yáng)能電池的理論光電轉(zhuǎn)換效率(23% )遠(yuǎn)低于砷化鎵太陽(yáng)能電池，其中單結(jié)的砷化鎵電池的理論效率為27%，多結(jié)的砷化鎵電池的理論效率高于50%。娃電池的最大優(yōu)勢(shì)在于娃材料的價(jià)格低廉且制作工藝成熟，因此砷化鎵電池需要在保持高效率的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，通過(guò)引入新型的器件結(jié)構(gòu)和工藝，降低成本，贏得市場(chǎng)。
[0003]據(jù)理論預(yù)測(cè)，最優(yōu)設(shè)計(jì)的中間帶太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在高倍聚光情況下分別可達(dá) 63 % (見(jiàn)八.1叫116 811(1 181-1:1, 1^6^.1.61:1:.78, 5014 (1997)) 0 中間帶(1111:61-1116(1181:6-8811(1, 18)太陽(yáng)能電池是利用能級(jí)處于II型和？型半導(dǎo)體禁帶寬度之間的半導(dǎo)體材料來(lái)吸收亞禁帶(511)3-82111(18?))能量的光子，實(shí)現(xiàn)光生電子從價(jià)帶(犯)到中間帶(即78-18)以及中間帶到導(dǎo)帶(⑶(即18-(?)的躍遷。中間帶太陽(yáng)能電池是通過(guò)接力式地吸收了兩個(gè)或者多個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)光子，實(shí)現(xiàn)吸收低能量光子而產(chǎn)生高輸出電壓的高效光伏技術(shù)。例如，優(yōu)化中間帶太陽(yáng)能電池的能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以分別吸收能量為0.70電子伏特(說(shuō)和1.25?的光子，激發(fā)禁帶寬度為1.95?的半導(dǎo)體材料的價(jià)帶電子實(shí)現(xiàn)78-18和18-08躍遷，使電池的開路電壓達(dá)到1.55伏⑴左右。
[0004]以為代表的III；族半導(dǎo)體量子點(diǎn)的密度、尺寸和禁帶寬度可以通過(guò)變化其組分與生長(zhǎng)溫度來(lái)調(diào)節(jié)，能夠設(shè)計(jì)出吸收光譜與太陽(yáng)能光譜匹配的半導(dǎo)體量子點(diǎn)活性層[￡17610，實(shí)現(xiàn)高效率量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池?；贗II八8/(?八8量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)的中間帶太陽(yáng)能電池的吸收光譜可以拓展到紅外波段(0.8-2.0^0),而且光電流會(huì)明顯增強(qiáng)，分別在八1 1.56單倍和兩倍太陽(yáng)光照條件下，實(shí)現(xiàn)18.7%和19.4%的效率(見(jiàn)1(.13,113)06 6七 &1，八卯 1.戶匕#.[一七七 100，193905 (2012))。
[0005]傳統(tǒng)的多結(jié)III；族半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池一般是在鍺((?)襯底上外延生長(zhǎng)(^1^8和半導(dǎo)體材料組成的三對(duì)『II結(jié)以及重?fù)诫s的隧道結(jié)疊層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中(^、(--八8和6^111？的禁帶寬度為0.67，1.4和1.9電子伏特⑷。三結(jié)III；族半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的理論效率達(dá)到52.4%，在高倍聚光條件下，其實(shí)驗(yàn)室最高效率已經(jīng)達(dá)到44.4%，保持著太陽(yáng)能電池效率的世界紀(jì)錄。襯底上生長(zhǎng)的三結(jié)太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)與上述三結(jié)太陽(yáng)能電池不同，先外延生長(zhǎng)和太陽(yáng)能電池，然后需要生長(zhǎng)5微米左右、組分漸變的緩沖層來(lái)消除晶格失配引起的應(yīng)力與缺陷后，再外延生長(zhǎng)禁帶寬度為1.的電池。(?基和基多結(jié)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配套的聚光光伏系統(tǒng)的制作工藝繁瑣，生產(chǎn)成本很高，價(jià)格昂貴，因此難以進(jìn)入民用市場(chǎng)?，F(xiàn)有技術(shù)存在的主要問(wèn)題在于如何制作出可以替代￠6基太陽(yáng)能電池同時(shí)具有0.676乂、1’ 06^,1.46乂和1.禁帶寬度的高效多結(jié)太陽(yáng)能電池，其不僅器件結(jié)構(gòu)與聚光系統(tǒng)簡(jiǎn)單，且制作工藝簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)成本低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于傳統(tǒng)的多結(jié)1114族半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池一般是在鍺((?)襯底上外延生長(zhǎng)和半導(dǎo)體材料組成的三對(duì)『II結(jié)以及重?fù)诫s的隧道結(jié)疊層結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種(?基多結(jié)太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)與聚光系統(tǒng)復(fù)雜、制作工藝繁瑣而且生產(chǎn)成本高昂。從而提出一種能夠接力式地吸收1.0-1.36乂和0丨6-0.96乂光子的中間帶量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，代替￠6電池然后再與和仏1！1？外延層結(jié)合成具有
1.0-1.3，1.4和1.禁帶寬度的三結(jié)太陽(yáng)能電池。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0008]一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，包括以下步驟:
[0009]51:在襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、犧牲層以及太陽(yáng)能電池層制作出太陽(yáng)能電池外延片，太陽(yáng)能電池層包括~型接觸層、頂電池、隧道結(jié)1、中電池、隧道結(jié)量子點(diǎn)底電池和？型接觸層，頂電池的禁帶寬度為1.80-1.92?，
中電池的禁帶寬度為1.38-1.42?，量子點(diǎn)底電池的禁帶寬度為
1.0-1.36、；
[0010]82:在太陽(yáng)能電池外延片的？型接觸層表面沉積金屬背電極層并黏貼在柔性載體上，腐蝕掉犧牲層，太陽(yáng)能電池層與襯底無(wú)損分離后，在~型接觸層表面沉積上電極和減反射膜，制作出基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。
[0011]作為優(yōu)化，1=(?八8/(?八8量子點(diǎn)底電池包括量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)以及分設(shè)在量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基極和發(fā)射極，量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)包括至少一層量子點(diǎn)層、以及設(shè)置在八8量子點(diǎn)層之間的6^1八8間隔層，其中量子點(diǎn)層中的III組分
0.0 ^ X ^ 1.0。
[0012]作為優(yōu)化，步驟51還包括:優(yōu)化量子點(diǎn)層的組分以及生長(zhǎng)參數(shù)使其禁帶寬度為1.0-1.3?，量子點(diǎn)層的III組分為0.4彡X彡1.0、沉積速率為0.01-1.0單層每秒、生長(zhǎng)溫度為450-5401、厚度為1.8-10.0單層。
[0013]作為優(yōu)化，步驟51還包括:在間隔層和丨或量子點(diǎn)層中摻雜施主硅原子來(lái)增強(qiáng)量子點(diǎn)底電池的電流密度和轉(zhuǎn)換效率，硅原子濃度為1.0^10^-1.0^1018^^
[0014]作為優(yōu)化，6^8間隔層厚度為5-10011111。
[0015]作為優(yōu)化，111,68^/8量子點(diǎn)層設(shè)置1-100層，6^8間隔層相應(yīng)設(shè)置1-100層。
[0016]作為優(yōu)化，基極為？型基極，發(fā)射極為~型發(fā)射極，6^111？的晶格常數(shù)為0.56-0.57111禁帶寬度為1.80-1.926^, ？型(^匕？基極的厚度為0.5-3.0^111, X型6^111？發(fā)射極的厚度為50-30011111。
[0017]作為優(yōu)化，步驟52中在腐蝕掉犧牲層，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池層與襯底的無(wú)損分離后包括:
[0018]將剝離后的太陽(yáng)能電池層分割為獨(dú)立的電池單元；
[0019]在~型接觸層上沉積減反射膜和上電極；
[0020]移去柔性載體；
[0021]根據(jù)用電設(shè)備的輸入電壓和輸入電流的要求，將多個(gè)移去柔性載體的電池單元串聯(lián)和/或并聯(lián)后與控制芯片連接，制作出基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。
[0022]一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池，包括控制芯片、以及與控制芯片連接的多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的電池單元，電池單元從上至下依次包括金屬背電極層、？型接觸層、量子點(diǎn)底電池、隧道結(jié)I1、中電池、隧道結(jié)頂電池』型接觸層，頂電池的禁帶寬度為1.80-1.9267,(^11^8中電池的禁帶寬度為1.38-1.426乂，1116^8/6^8量子點(diǎn)底電池的禁帶寬度為1.0-1.36乂。
[0023]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]雖然量子點(diǎn)是由于1—8與之間因晶格失配而自組織性能三維納米島狀結(jié)構(gòu)，但是中的應(yīng)力在形成量子點(diǎn)后應(yīng)力幾乎完全釋放，與間隔層之間的界面沒(méi)有缺陷。以31:1^1181^1 1(1-881:8110? (8-1()模式自組織外延生長(zhǎng)的1=(?八8/(?八8量子點(diǎn)的尺寸呈高斯型分布，其發(fā)光和吸收光譜具有20-100毫電子伏特011^)的不均勻展寬。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)層的組分、生長(zhǎng)參數(shù)和尺寸，設(shè)計(jì)出能夠接力式地吸收1.0-1.和0.6-0.9^光子的中間帶量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，然后再與(^1^8和(^匕？外延層結(jié)合成基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的三結(jié)太陽(yáng)能電池。以替代一般由和組成的66基多結(jié)太陽(yáng)能電池以及由反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的&1111？、和63111八8半導(dǎo)體材料組成的(?八8基多結(jié)III；族半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。半導(dǎo)體量子點(diǎn)基三結(jié)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中省去了厚度達(dá)5微米的緩沖層以及價(jià)格昂貴而且易碎的(?襯底，可以結(jié)合外延層剝離技術(shù)制備柔性高效的多結(jié)太陽(yáng)能電池。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池的工作原理示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種太陽(yáng)能電池外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種設(shè)置了金屬背電極層和柔性載體的太陽(yáng)能電池外延片的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中附圖標(biāo)記表示為頂電池，6-隧道結(jié)中電池，8-隧道結(jié)量子點(diǎn)底電池，10-？型接觸層，11-金屬背電極層，12-柔性載體，13-上電極，14-減反射膜。

【具體實(shí)施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例提供了一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，
[0034]包括以下步驟:
[0035]步驟31:在襯底1上依次外延生長(zhǎng)緩沖層2、犧牲層3以及太陽(yáng)能電池層制作出太陽(yáng)能電池外延片，太陽(yáng)能電池層包括~型接觸層4、頂電池5、隧道結(jié)16、
中電池7、隧道結(jié)量子點(diǎn)底電池9和？型接觸層10,(^111？頂電池5的禁帶寬度為1.80-1.926乂，(--八8中電池7的禁帶寬度為1.38-1.426乂，1116^3/6^8量子點(diǎn)底電池9的禁帶寬度為1.0-1.3?。具體地，1116^8/6^8量子點(diǎn)底電池9包括量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)以及分設(shè)在量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基極和發(fā)射極，量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)包括至少一層量子點(diǎn)層、以及設(shè)置在量子點(diǎn)層之間的(^8間隔層。量子點(diǎn)層設(shè)置1-100層，相應(yīng)地，6^8間隔層需設(shè)置1-100層。量子點(diǎn)層優(yōu)選設(shè)置5-50層，相應(yīng)地，間隔層優(yōu)選設(shè)置5-50層。優(yōu)化量子點(diǎn)層的組分以及生長(zhǎng)參數(shù)使其禁帶寬度為1.0-1.量子點(diǎn)層的III組分為0.4彡X彡1.0，八8
量子點(diǎn)層的沉積速率為0.01-1.0單層每秒、生長(zhǎng)溫度為450-5401、厚度為1.8-10.0單層，其中，11144-48量子點(diǎn)層的III組分優(yōu)選為0.5 ? X ? 1.0，其沉積速率優(yōu)選為0.05-0.5單層每秒，具體可為0.2單層每秒，其生長(zhǎng)溫度優(yōu)選為470-5001，而其厚度優(yōu)選為1.8-6.0單層。基極為？型基極，發(fā)射極為~型發(fā)射極，的晶格常數(shù)為0.56-0.5711111、禁帶寬度為1.80-1.92^,基極和發(fā)射極分別優(yōu)選為適當(dāng)摻雜的？型6^511%49？和~型⑶。.511%49？，其禁帶寬度為1.967。？型^1111？基極的厚度為0.5-3.0 9 III，優(yōu)選為1-2 9 111。?型發(fā)射極的厚度為50-30011111，優(yōu)選為100-15011111。具體地，緩沖層2優(yōu)選緩沖層，犧牲層3優(yōu)選為高八1組分的八1^1八8，八1的組分比至少為60%，？型接觸層10優(yōu)選6^8材料，^型接觸層4優(yōu)選III組分僅為1-2%的材料。
[0036]步驟52:在太陽(yáng)能電池外延片的？型接觸層10表面沉積金屬背電極層11并黏貼在柔性載體12上，高選擇性地腐蝕掉犧牲層3，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池層與襯底1的無(wú)損分離后，反轉(zhuǎn)設(shè)置了金屬背電極層11和柔性載體12的太陽(yáng)能電池層并在其~型接觸層表面沉積上電極13和減反射膜14，制作出基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。
[0037]量子點(diǎn)中III組分X增加到0.5-1.0情況下，量子點(diǎn)的禁帶寬度在0.8-1.之間可調(diào)，本實(shí)施例選為1.0-1.3?，量子點(diǎn)層中的量子點(diǎn)價(jià)帶中電子能夠吸收能量為1.0-1.3^的光子，躍遷到中間帶(微帶)中，這些電子能夠吸收能量為0.6-0.的光子再躍遷到發(fā)射極和基極的導(dǎo)帶上，形成中間帶量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。
[0038]優(yōu)化地，步驟31還包括:在6—8間隔層和/或量子點(diǎn)層中摻雜施主硅原子來(lái)增強(qiáng)量子點(diǎn)底電池9的電流密度和轉(zhuǎn)換效率，硅原子濃度為
1.0父 1017-1 0父 1018。111—3，優(yōu)選為 1.0^10^-5.0^1017^^ 而 6^8 間隔層厚度為 5-100咖，優(yōu)選為 10-5011111。
[0039]步驟52的過(guò)程具體包括:
[0040]821.切割并利用化學(xué)方法清洗太陽(yáng)能電池外延片；
[0041]822.在其？型接觸層表面沉積鈦(11)、鎳(附)、金(八11)、銀(?)、鋁(八1)和銅(“)等金屬薄膜形成金屬背電極層11 ；
[0042]823.將柔性載體12附著在電池的金屬背電極層11上；
[0043]824.采用氫氟酸等溶液高選擇性地腐蝕掉采用高八1組分的八材料的犧牲層3，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池層與襯底1的無(wú)損分離；
[0044]825.翻轉(zhuǎn)與犧牲層3分離的并設(shè)置了金屬背電極層11和柔性載體的太陽(yáng)能電池層，利用光刻、濕法或干法腐蝕方法將其分割成電池單元；
[0045]826.在重?fù)诫s的?型&11—8接觸層上沉積作為上電極13的鎳(附)、鍺((?)、金(八4、銀(仏)和銅(“)等金屬材料以及作為減反射膜14的氟化鎂與硫化鋅(2113)的復(fù)合膜等材料；
[0046]827.移去柔性載體12。
[0047]828.根據(jù)用電設(shè)備的輸入電壓和輸入電流的要求，將多個(gè)移去柔性載體12的電池單元串聯(lián)和/或并聯(lián)后與控制芯片連接，制作出基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。
[0048]實(shí)施例2
[0049]如圖5所示，本實(shí)施例提供了一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池，包括控制芯片、以及與控制芯片連接的多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的電池單元，其特征在于，電池單元從上至下依次包括金屬背電極層11、？型接觸層10、1^8/6^8量子點(diǎn)底電池9、隧道結(jié)
中電池7、隧道結(jié)頂電池5、?型接觸層4。還包括設(shè)置在X型(^1^8接觸層上的減反射膜14和上電極13。
[0050]具體地，1=(?八8/(?八8量子點(diǎn)底電池9包括量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)以及分設(shè)在量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基極和發(fā)射極，量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)包括至少一層量子點(diǎn)層、以及設(shè)置在量子點(diǎn)層之間的6^1八8間隔層。量子點(diǎn)層設(shè)置1-100層，相應(yīng)地，間隔層需設(shè)置1-100層。量子點(diǎn)層優(yōu)選設(shè)置5-50層，相應(yīng)地，間隔層優(yōu)選設(shè)置5-50層。量子點(diǎn)層的III組分為0.4彡X彡1.0、厚度為1.8-10.0單層，其中，八8量子點(diǎn)層的III組分優(yōu)選為0.5彡X彡1.0，而其厚度優(yōu)選為1.8-6.0單層?；鶚O為？型基極，發(fā)射極為~型發(fā)射極，的晶格常數(shù)為0.56-0.5711111、禁帶寬度為1.80-1.92^,基極和發(fā)射極分別優(yōu)選為適當(dāng)摻雜的？型6^511%49？和~型^^511%49？，其禁帶寬度為 1.967。？型9^型發(fā)射極的厚度為50-30011111，優(yōu)選為100-15011111。具體地，緩沖層2優(yōu)選緩沖層，犧牲層3優(yōu)選為高八1組分的八，八1的組分比至少為60%，？型接觸層10優(yōu)選材料，^型接觸層4優(yōu)選III組分僅為1-2%的材料。
[0051]優(yōu)化地，在6?八8間隔層和/或八8量子點(diǎn)層中摻雜施主娃原子來(lái)增強(qiáng)量子點(diǎn)底電池9的電流密度和轉(zhuǎn)換效率，硅原子濃度為
1.0父 1017-1 0父 1018。111—3，優(yōu)選為 1.0^10^-5.0^1017^^ 而 6^8 間隔層厚度為 5-100咖，優(yōu)選為 10-5011111。
[0052]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:在GaAs襯底上依次外延生長(zhǎng)緩沖層、犧牲層以及太陽(yáng)能電池層制作出太陽(yáng)能電池外延片，所述太陽(yáng)能電池層包括N型接觸層、GaInP頂電池、隧道結(jié)1、GaInAs中電池、隧道結(jié)I1、InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池和P型接觸層，所述GaInP頂電池的禁帶寬度為1.80-1.92eV，所述GaInAs中電池的禁帶寬度為1.38-1.42eV，所述InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池的禁帶寬度為1.0-1.3eV ； 52:在所述太陽(yáng)能電池外延片的P型接觸層表面沉積金屬背電極層并黏貼在柔性載體上，腐蝕掉所述犧牲層，所述太陽(yáng)能電池層與所述GaAs襯底無(wú)損分離后，在所述N型接觸層表面沉積上電極和減反射膜，制作出基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。
2.如權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，所述InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池包括量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)以及分設(shè)在所述量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基極和發(fā)射極，所述量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)包括至少一層InxGahAs量子點(diǎn)層、以及設(shè)置在InxGahAs量子點(diǎn)層之間的GaAs間隔層，其中InxGahAs量子點(diǎn)層中的In組分0.0 ^ X ^ 1.0。
3.如權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，步驟SI還包括:優(yōu)化所述InxGahAs量子點(diǎn)層的組分以及生長(zhǎng)參數(shù)使其禁帶寬度為1.0-1.3eV，所述InxGahAs量子點(diǎn)層的In組分為0.4彡x彡1.0、沉積速率為0.01-1.0單層每秒、生長(zhǎng)溫度為450-540°C、厚度為1.8-10.0單層。
4.如權(quán)利要求2或3所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，步驟SI還包括:在所述GaAs間隔層和/或InxGahAs量子點(diǎn)層中摻雜施主硅原子來(lái)增強(qiáng)所述InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池的電流密度和轉(zhuǎn)換效率，硅原子濃度為1.0XlO17-1.0XlO1W3O
5.如權(quán)利要求2或4所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，所述GaAs間隔層厚度為5-100nm。
6.如權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，所述InxGahAs量子點(diǎn)層設(shè)置1-100層，所述GaAs間隔層相應(yīng)設(shè)置1-100層。
7.如權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，所述基極為P型GaInP基極，所述發(fā)射極為N型GaInP發(fā)射極，GaInP的晶格常數(shù)為0.56-0.57nm、禁帶寬度為1.80-1.92eV，所述P型GaInP基極的厚度為0.5-3.0ym,所述N型GaInP發(fā)射極的厚度為50_300nm。
8.如權(quán)利要求1或2所述的基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作方法，其特征在于，步驟S2中在腐蝕掉犧牲層，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池層與GaAs襯底的無(wú)損分離后包括: 將剝離后的太陽(yáng)能電池層分割為獨(dú)立的電池單元； 在N型接觸層上沉積減反射膜和上電極； 移去柔性載體； 根據(jù)用電設(shè)備的輸入電壓和輸入電流的要求，將多個(gè)所述移去柔性載體的電池單元串聯(lián)和/或并聯(lián)后與控制芯片連接，制作出基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池。
9.一種基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的多結(jié)太陽(yáng)能電池，包括控制芯片、以及與控制芯片連接的多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的電池單元，其特征在于，所述電池單元從上至下依次包括金屬背電極層、P型接觸層、InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池、隧道結(jié)I1、GaInAs中電池、隧道結(jié)1、GaInP頂電池、N型接觸層，GalnP頂電池的禁帶寬度為1.80-1.92eV，GalnAs中電池的禁帶寬度為1.38-1.42eV，InGaAs/GaAs量子點(diǎn)底電池的禁帶寬度為1.0-1.3eV。
【文檔編號(hào)】H01L31/0352GK104393098SQ201410525803
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】楊曉杰, 葉繼春, 劉鳳全 申請(qǐng)人:蘇州強(qiáng)明光電有限公司