CN101976689B - 一种五结半导体太阳能光伏电池芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，属于半导体光电子技术领域。本发明在现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池芯片外延材料体系之上增加生长获得AlInAs材料次顶电池芯片和ZnSCdSe材料顶电池芯片，充分吸收太阳辐射分布于紫外波段的大量能流，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。

Description

一种五结半导体太阳能光伏电池芯片
技术领域
本发明涉及到一种五结半导体太阳能光伏电池芯片结构，属于半导体光电子技术领域。
背景技术
随着化石类能源短缺和环境污染的日益严重，可再生能源的利用引起各国政府的重视太阳能以其取之不尽、用之不竭和零污染的特性而受到特别关注。从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光一电转换装置的发明，结合各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池将是人类利用太阳辐射能最为切实可行的方法，为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。目前，可以预见太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。
但是，现有太阳能电池芯片光电转换效率相对较低制约了其进一步广泛应用于实际工作、生活中，这是由于太阳辐射能流非对称分布于以500nm左右波长为峰值的，从紫外200nm波段到远红外2600nm波段的较宽光谱范围内，特别是在我国西藏、新疆等高海拔或高纬度地区，太阳辐照能流更是大量集中于短波长可见光及紫外光波段部分。而目前多结太阳能电池芯片中顶电池芯片禁带宽度限制在1.9ev左右，对应吸收波长为650nm左右，当短波部分波长远离该吸收波长后，吸收效率下降导致太阳辐射能流中位于可见光及紫外波段内部包含的大量能量未能获得有效吸收、利用。因此如何提高太阳能电池芯片对太阳可见光、紫外光谱中尚未获得充分利用的能量吸收成为提高现有太阳能电池芯片光电转换效率，推动、高效太阳能电池芯片发展，进而促进这一绿色能源得以广泛应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种以ZnSCdSe材料作为顶电池芯片，AlInAs材料作为紧邻顶电池芯片下方的次顶电池芯片的多结太阳电池芯片，扩展太阳能电池芯片芯片的吸收谱范围，充分吸收太阳辐射分布于可见光及紫外波段的大量能流，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。
本发明的目的是由以下的技术方案实现的：
以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池(p-Ge，n-Ge)2，成核层(GaAs)3，缓冲层(GaInAs)4，势垒层(n-GaInAs)5，隧道结(n++AlGaAs，p++GaInAs)6，势垒层(p+GaInAs)7，第二节电池(p-GaInAs，n-GaInAs)8，窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)9，第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs)10，第二势垒层(p+GaInP)11，第三节电池(p-GaInP，n-GaInP)12，第二窗口层(n+AlInP)13，第三隧道结(n++AlInAs，p++AlInAs)14，第三势垒层(n+AlInAs)15，顶电池(p-AlInAs，n-AlInAs)16，第三窗口层(n+AlInAs)17，第四隧道结(n++ZnSCdSe，p++ZnSCdSe)18，第四势垒层(n+ZnSCdSe)19，顶电池(p-ZnSCdSe，n-ZnSCdSe)20，第四窗口层(n+ZnSCdSe)21，欧姆接触层(n+ZnSCdSe)22。
一种五结半导体太阳能光伏电池芯片采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法或分子来外延(MBE)方法制得。
本发明公开的一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，采用半导体单晶片为衬底采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子来外延(MBE)方法生长多结太阳电池芯片芯片，在现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池芯片外延材料体系之上增加生长获得AlInAs材料次顶电池芯片和ZnSCdSe材料顶电池芯片，充分吸收太阳辐射分布于紫外波段的大量能流，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。
附图说明
图1一种五结半导体太阳能光伏电池芯片示意图。
图中：1、锗(Ge)单晶片，2、底电池，3、成核层，4、缓冲层，5、势垒层，6、隧道结，7、势垒层，8、第二节电池，9、窗口层，10、第二隧道结，11、第二势垒层，12、第三节电池，13、第二窗口层，14、第三隧道结，15、第三势垒层，16、顶电池，17、第三窗口层，18、第四隧道结，19、第四势垒层，20、顶电池芯片，21、第四窗口层，22、欧姆接触层。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。如图1所示，一种五结半导体太阳能光伏电池芯片采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法，以锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池(p-Ge，n-Ge)2，成核层(GaAs)3，缓冲层(GaInAs)4，势垒层(n-GaInAs)5，隧道结(n++AlGaAs，p++GaInAs)6，势垒层(p+GaInAs)7，第二节电池(p-GaInAs，n-GaInAs)8，窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)9，第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs)10，第二势垒层(p+GaInP)11，第三节电池(p-GaInP，n-GaInP)12，第二窗口层(n+AlInP)13，第三隧道结(n++AlInAs，p++AlInAs)14，第三势垒层(n+AlInAs)15，顶电池(p-AlInAs，n-AlInAs)16，第三窗口层(n+AlInAs)17，第四隧道结(n++ZnSCdSe，p++ZnSCdSe)18，第四势垒层(n+ZnSCdSe)19，顶电池(p-ZnSCdSe，n-ZnSCdSe)20，第四窗口层(n+ZnSCdSe)21，欧姆接触层(n+ZnSCdSe)22。在生长具有AlInAs次顶电池芯片和ZnSCdSe顶电池芯片的五结太阳电池芯片之后。采用常规的光刻、镀膜和划片工艺制成太阳电池芯片。
本发明一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，其关键是在现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池芯片材料体系之上增加了具有高禁带宽度的AlInAs材料次顶电池芯片和ZnSCdSe材料顶电池芯片实现太阳能电池芯片的吸收谱范围的扩展，有效解决现有太阳能电池芯片对太阳辐射分布于可见光、紫外波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高太阳能电池芯片的光电转换效率。

Claims (2)

1.一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于：以锗Ge单晶片为衬底依次生长底电池芯片p-Ge，n-Ge、成核层GaAs、缓冲层GaInAs、势垒层n-GaInAs、隧道结n++AlGaAs，p++GaInAs、势垒层p+GaInAs、第二节电池芯片p-GaInAs，n-GaInAs、窗口层n+AlGaInP/AlInAs、第二隧道结n++GaInAs，p++AlGaAs、第二势垒层p+GaInP、第三节电池芯片p-GaInP，n-GaInP、第二窗口层n+AlInP、第三隧道结n++AlInAs，p++AlInAs、第三势垒层n+AlInAs、顶电池芯片p-AlInAs，n-AlInAs、第三窗口层n+AlInAs、第四隧道结n++ZnSCdSe，p++ZnSCdSe、第四势垒层n+ZnSCdSe、顶电池芯片p-ZnSCdSe，n-ZnSCdSe、第四窗口层n+ZnSCdSe、欧姆接触层n+ZnSCdSe。
2.如权利要求1所述的一种五结半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于：所述五结半导体太阳能光伏电池芯片采用金属有机化学气相沉积MOCVD方法或分子束外延MBE方法制得。
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