直接键合的三结太阳能电池研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014)178801直接键合的三结太阳能电池研究木彭红玲)张玮2)孙利杰2)马绍栋)石岩)渠红伟)张冶金)郑婉华)十1(中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室，北京100083)2(中国航天科技集团公司上海空间电源研究所，上海200245)(2013年12月26日收到；2014年5月1日收到修改稿)本文研制了直接键合的三结GaInP／GaA8／InGaAsP太阳电池．直接键合技术可以减少晶格不匹配的材料在外延生长过程中产生的线位错和面缺陷，将缺陷限制在界面几十纳米的薄层而不向内扩散，是未来实现高效多结

2、电池的发展趋势之一．此类电池国内鲜有报道．本文键合三结电池的键合界面采用p+GaAs／n+InP结构，得到电池开路电压3．0V，在电池结构没有优化的情况下获得效率24％，表面未做减反膜．开路电压表明三结电池实现了串联，为单片集成的高效多结电池提供了新的途径．对实验结果进行了分析并给出了改进措施．关键词：键合，多结太阳电池，晶格失配PACS：88．40．Jp，88．40．J一，88．40．hjDOI：10．7498／aps．63．178801入到子电池内部，可获得与太阳光谱匹配的多结电1引言池而得到极高的电池效率，电池的节数不受材料晶格失配的限帝0．随着空间科学和技术的发展

3、，对空间电源提出目前各国很多研究单位致力于键合太阳电池了更高的要求．相比于较早的应用于空间的Si电方面的研究，例如2007年美国加州Anoex公司和池，GaAs电池具有更高的转换效率、抗辐照性更加州理工大学等将InGaAs太阳电池制作在InP／Si强、寿命长、可靠性好、能在较高温度(100—150。C)衬底上，而InP／Si衬底是通过键合技术将InP薄层环境中可靠地工作等优点，因此被广泛应用在空转移到Si衬底上制备得到[3】．他们将GaInP／GaAs间电源中．提高效率是空间电池发展的重中之重，双结电池外延生长在Ge／Si衬底上，获得了15％的为实现高效多结电池，越来越多

4、的研究者将目光转换效率，这就使得在Si衬底上生长超过4节的太转向晶片键合fwafer—bonding)和异变外延fmeta—阳能电池成为可能[4】．德国Fraunhofer研究所把键morphic)技术两者都是为了克服晶格失配材合技术和外延层转移技术应用在GaAs与Si缓冲料外延生长带来的位错缺陷等问题，而分别采用键衬底上(GaAs与Si之间为SiO2键合层)，之后外合或metamorphic技术得到与太阳光谱匹配的多延生长高效多结太阳电池[5】_2009年美国Boeing—结太阳电池材料，并且可通过smartcut或者liftofSpectrolab研究人员获得了效率较

5、高的5结键合技术将衬底进行反复使用，提高效率、降低电池成电池[6】1电池效率(1sun，AM0)为31．7％，开路本【2J．晶片的metamorphic生长对外延生长技术有电压4．7v，短路电流密度l1．7mA／cm2，电池面较高的要求，比较难获得缺陷较小的外延材料；而积lam2，填充因子(FF因子)0．79．2011年他们又键合技术比较简单易行，将晶格失配的材料以表面获得了效率为33．5％f1SUn，AM0)的4结键合电原子键连接起来，缺陷只存在于界面薄层而不会深池[7】．2012年日本的KatsuakiTanabe等报道了键中国科学院知识创新工程重要方向项目(批准号：

6、09JA041001)资助的课题t通讯作者．E—mail：whzheng@semi．aC．ca，@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp：／／wulixb．iphy．ac．c他178801—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014)178801合的Si衬底上的(界面为GaAs与Si直接键合)A1一键合光电器件，如1310nmVCSEL，8601700IlInGaAs电池【8J_2014年Spectrolab实验室获得了效InGaAs／SiAPD，SOI上的1550Dm激光器)，在不率37．8％(1sun，AM

7、1．5G)的5结太阳电池，其在久的将来获得Si上的四结、五结高效电池．f1sun，AM0)条件下效率为35．1％【9j_国内很多研究单位对多结电池进行了研究[10-13J，但基于键合的多结电池很少有报道，2键合太阳电池工作原理及实验2013年Zhang等人报道了研制的倒装三结电池，为了获得高效太阳电池，各子电池材料光学带将倒装GaInP／GaAs／In0．3Ga0．7As(1．06V)三结隙需要尽量与太阳光谱相匹配．本组对与太阳光谱太阳电池材料键合在Si衬底上_14_，其开路电压达匹配的子电池材料做过模拟分析【12J，最佳带隙