本发明属于光电材料，具体涉及一种硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层及其应用。
背景技术：
1、随着太阳能光伏发电产业和市场的迅速发展，以及在空间飞行器能源系统需求的牵引下，光伏技术不断取得重要突破：晶体硅、非晶硅、多晶硅太阳能电池、ⅲ-ⅴ族化合物半导体电池、ⅱ-ⅵ族化合物半导体电池等，越来越多的太阳能电池技术日趋成熟，同时，相应的光电转换效率不断提高，使今天的光伏技术得到了越来越广泛的应用。目前，光伏发电主要以硅(si)太阳能电池为主，得益于成熟的硅微电子产业，si太阳能电池的成本已经得到了大幅度地降低，但si电池受限于29.56％的理论效率，很难进一步提高其转换效率。而ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池具有实现高效率的潜力，并且效率每年都以约1％的速度稳步增长。然而，传统的ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池价格相对比较昂贵，生产成本较高，使得高效率的ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池只能应用到太空领域等一些高新产业，在地面上的应用很难与主流的si工艺相抗衡，所以降低ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池成本成为当前的主要任务。
2、而将高效率的ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池集成在更加便宜和大面积的si衬底上的si基ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池，通过结合ⅲ-ⅴ族材料的高效率和产量丰富且低成本si的优势，能够扩大ⅲ-ⅴ族多结太阳能电池在各领域中的应用。但是，从非极性材料si到极性ⅲ-ⅴ族化合物的转变，会在生长过程中形成结构缺陷反相畴。同时，由于si和ⅲ-ⅴ族化合物的热膨胀系数不同，生长的晶体质量较差，会形成穿透位错、孪晶和层错等缺陷，最严重的是微裂纹的产生，特别是在厚层结构的情况下更为严重。此外，ⅲ-ⅴ族砷化镓(gaas)的晶格常数比si的晶格常数大4％左右，这也是一个急需解决的问题。
3、因此，为了解决晶格失配的问题提高太阳能电池的质量，开发具有梯度的外延缓冲结构，以减少si与ⅲ-ⅴ族化合物之间的晶格失配，从而得到更高质量和优性能的ⅲ-v/si型太阳能电池就成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的第一个目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种利用gaasp作为渐变缓冲层材料，以有效减小晶格失配、增加载流子的输运效率的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层，位于si衬底和ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池层之间，所述自si衬底至ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池层之间的梯度缓冲层以gaasp为材料，p浓度逐渐减小，且相邻缓冲层间的浓度差为12.5％。
4、值得说明的是，本发明公开的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层晶格常数从si衬底到ⅲ-ⅴ族电池层呈线性变化，逐渐减小，缓解晶格失配带来的缺陷、位错。
5、进一步的，所述自si衬底至ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池层之间的梯度缓冲层依次为gaas0.125p0.875缓冲层、gaas0.25p0.75缓冲层、gaas0.375p0.625缓冲层、gaas0.5p0.5缓冲层、gaas0.625p0.375缓冲层、gaas0.75p0.25缓冲层和gaas0.875p0.125缓冲层。
6、值得说明的是，gaas1-xpx合金当p组分浓度变化时，其晶格常数随p组分增大逐渐减小，从gap的0.543nm至gaas的0.565nm，而si的晶格常数同gap相差不大，以gaas1-xpx作为梯度缓冲层能有效缓解晶格失配，改善晶体质量。
7、并且，gaas1-xpx合金当p组分浓度变化时，其带隙类型和宽度也相应发生变化。从gap的间接带隙随p组分减小向gaas的直接带隙转变，无应变时，p组分小于50％表现为直接带隙，大于等于50％表现为间接带隙；同时，受到应变的某一确定组分下gaas1-xpx带隙类型及宽度也发生变化。
8、gaas1-xpx梯度缓冲层形成后由于内应力的存在，晶格常数总体处于gaas与si之间，在接近si衬底处受到拉伸内应力，接近gaas层处受到压缩内应力，且越接近si衬底和gaas层的地方内应力越强，晶格发生的应变越大；而当p组分越大且拉伸应变越大时，gaas1-xpx表现为直接带隙，p组分越小且压缩应变越小时，gaas1-xpx表现为直接带隙。基于此，本发明公开的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层可以有效调控载流子迁移率，提高光电转换效率。
9、进一步的，gaas1-xpx梯度缓冲层的厚度在50～100nm之间，由si衬底至gaas太阳能电池层逐渐增大，且缓冲层均为直接带隙。
10、值得说明的是，本发明通过调控缓冲层的厚度，增大或减小靠近si衬底和ⅲ-ⅴ族电池层缓冲层的应变，使其始终保持直接带隙，使电池片具有良好的光吸收能力，同时调控厚度有助于优化材料使用量，降低成本。
11、考虑到本发明技术方案的完整实现，现公开一种如上所述硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层的制备方法。需要说明的是，所述制备方法的公开并不限定本发明硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层的获得方法，所有不经创造性劳动得到的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层的制备方法，均可用于制备本发明所述的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层。
12、一种硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层的制备方法，使用分子束外延技术进行生长，具体步骤包括：
13、(1)si衬底清洗，去除表面有机物和氧化物；
14、(2)si衬底除气预处理；
15、(3)si衬底脱氧化膜；
16、(4)gaas1-xpx梯度缓冲层逐层生长及退火，自si衬底开始，由下至上依次为gaas0.125p0.875缓冲层、gaas0.25p0.75缓冲层、gaas0.375p0.625缓冲层、gaas0.5p0.5缓冲层、gaas0.625p0.375缓冲层、gaas0.75p0.25缓冲层和gaas0.875p0.125缓冲层，缓冲层生长完成后整体退火；
17、(5)gaas层的生长及退火。
18、本发明的第二个目的是提供一种如上所述的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层的应用，所述梯度缓冲层在ⅲ-v/si型太阳能电池中的应用。
19、与现有技术相比，本发明在结构上优化了gaas1-xpx梯度缓冲层，通过科学控制梯度缓冲层的p组分，逐步减小由si衬底向gaas层的晶格常数，有效缓解si衬底和gaas层之间的晶格失配，使材料应力得以释放，减少材料间的缺陷、位错，有效提高电池的质量。同时，利用gaas1-xpx梯度缓冲层整体内应力造成的应变，调控缓冲层的带隙，使其整体保持直接带隙，允许电子从价带直接跃迁到导带，无需声子辅助，光吸收产生的载流子更容易被分离和输运，减少了声子跃迁产生的热损失，提高太阳能电池的整体光电转换效率，同时由于直接带隙材料的高效吸光特性，可以使用较薄的缓冲层而仍能保持良好的光吸收能力，这有助于优化材料使用量，降低成本。
1.一种硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层，位于si衬底和ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池层之间，其特征在于，所述自si衬底至ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池层之间的梯度缓冲层以gaasp为材料，p浓度逐渐减小，且相邻缓冲层间的浓度差为12.5％。
2.根据权利要求1所述的梯度缓冲层，其特征在于，所述自si衬底至ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池层之间的梯度缓冲层依次为gaas0.125p0.875缓冲层、gaas0.25p0.75缓冲层、gaas0.375p0.625缓冲层、gaas0.5p0.5缓冲层、gaas0.625p0.375缓冲层、gaas0.75p0.25缓冲层和gaas0.875p0.125缓冲层。
3.根据权利要求1所述的梯度缓冲层，其特征在于，所述gaas1-xpx梯度缓冲层的厚度在50～100nm之间，由si衬底至gaas太阳能电池层逐渐增大，且缓冲层均为直接带隙。
4.如权利要求1-3任一项所述的硅基ⅲ-ⅴ族gaas太阳能电池梯度缓冲层的应用，其特征在于，所述梯度缓冲层在ⅲ-v/si型太阳能电池中的应用。
