CN101976691B - 一种五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片 - Google Patents

一种五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其关键是在现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池材料体系之上增加具有高禁带宽度的AlPSb材料次顶电池和更高禁带宽度的ZnSSe材料顶电池。AlPSb材料次顶电池和ZnSSe材料顶电池附加到现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池芯片之上能够扩展太阳能电池芯片的吸收谱范围，有效解决现有太阳能电池芯片对太阳辐射分布于可见光及紫外波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高多结太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片
技术领域
本发明涉及到一种太阳能光伏电池芯片结构，具体来说涉及到一种五结化合物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
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，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-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途径，它为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价昂贵的输电线路。
但是，现有太阳能电池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光电转换效率，推动、高效太阳能电池发展，进而促进这一绿色能源得以广泛应用的关键。
发明内容
为了扩展太阳能电池芯片的吸收谱范围，充分吸收太阳辐射分布于可见光及紫外波段的大量能流，提高太阳能电池的光电转换效率，本发明提供了一种以ZnSSe材料作为顶电池，AlPSb材料作为紧邻顶电池下方的次顶电池的五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片结构。
本发明的目的是由以下的技术方案实现的：
锗(Ge)单晶片1为衬底依次生长底电池(p-Ge，n-Ge)，成核层(GaAs)，缓冲层(GaInAs)，势垒层(n-GaInAs)，第一隧道结(n++AlGaAs，p++GaInAs)，势垒层(p+GaInAs)，第二结电池(p-GaInAs，n-GaInAs)，第一窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)，第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs)，第二势垒层(p+GaInP)，第三结电池(p-GaInP，n-GaInP)，第二窗口层(n+AlPSb)，第三隧道结(n++AlPSb，p++AlPSb)，第三势垒层(n+AlPSb)，第四结电池(p-AlPSb，n-AlPSb)，第三窗口层(n+AlPSb)，第四隧道结(n++ZnSSe，p++ZnSSe)，第四势垒层(n+ZnSSe)，顶电池(p-ZnSSe，n-ZnSSe)，第四窗口层(n+ZnSSe)，欧姆接触层(n+ZnSSe)。
本发明公开的五结化合物半导体太阳能光伏电池，采用半导体单晶片为衬底，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)方法生长多结太阳电池芯片，在现有Ge/GaInAs/InGaP三结太阳能电池外延材料体系之上增加生长获得AlPSb次顶电池和ZnSSe材料顶电池，充分吸收太阳辐射分布于可见光及紫外波段的大量能流，提高太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1五结化合物半导体太阳能光伏电池示意图。
图中：1、单晶片，2、底电池，3、成核层，4、缓冲层，5、第一势垒层，6、第一隧道结，7、第二势垒层，8、第二结电池，9、第一窗口层，10、第二隧道结，11、第三势垒层，12、第三结电池，13、第二窗口层，14、第三隧道结，15、第四势垒层，16、第四结电池，17、第三窗口层，18、第四隧道结，19、第五势垒层，20、顶电池，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，五结化合物半导体太阳能光伏电池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，第一势垒层(n-GaInAs)5，第一隧道结(n++AlGaAs，p++GaInAs)6，第二势垒层(p+GaInAs)7(7与5的名称重复，所以后面的第二势垒层所针对的第一就会出现指代不清的情况。)，第二结电池(p-GaInAs，n-GaInAs)8，第一窗口层(n+AlGaInP/AlInAs)9，第二隧道结(n++GaInAs，p++AlGaAs)10，第三势垒层(p+GaInP)11，第三结电池(p-GaInP，n-GaInP)12，第二窗口层(n+AlPSb)13，第三隧道结(n++AlPSb，p++AlPSb)14，第四势垒层(n+AlPSb)15，第四结电池(p-AlPSb，n-AlPSb)16，第三窗口层(n+AlPSb)17，第四隧道结(n++ZnSSe，p++ZnSSe)18，第五势垒层(n+ZnSSe)19，顶电池(p-ZnSSe，n-ZnSSe)20，第四窗口层(n+ZnSSe)21，欧姆接触层(n+ZnSSe)22。在生长具有AlPSb和ZnSSe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。
本发明五结化合物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ZnSSe材料顶电池，AlPSb材料次顶电池，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及紫外波段的大量能流无法充分吸收的问题，提高多结太阳能电池芯片的光电转换效率。

Claims (2)

1.一种五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其特征在于：在锗(Ge)单晶片为衬底依次生长由p-Ge，n-Ge组成的底电池，由GaAs组成的成核层，由GaInAs组成的缓冲层，由n-GaInAs组成的势垒层，由n++AlGaAs，p++GaInAs组成的第一隧道结，由p+GaInAs组成的势垒层，由p-GaInAs，n-GaInAs组成的第二结电池，由n+AlGaInP/AlInAs组成的第一窗口层，由n++GaInAs，p++AlGaAs组成的第二隧道结，由p+GaInP组成的第二势垒层，由p-GaInP，n-GaInP组成的第三结电池，由n+AlPSb组成的第二窗口层，由n++AlPSb，p++AlPSb组成的第三隧道结，由n+AlPSb组成的第三势垒层，由p-AlPSb，n-AlPSb组成的第四结电池，由n+AlPSb组成的第三窗口层，由n++ZnSSe，p++ZnSSe组成的第四隧道结，由n+ZnSSe组成的第四势垒层，由p-ZnSSe，n-ZnSSe组成的顶电池，由n+ZnSSe组成的第四窗口层，由n+ZnSSe组成的欧姆接触层。
2.一种五结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其特征是：采用半导体单晶片为衬底，采用金属有机化学气相沉积MOCVD或分子束外延MBE方法生长多结太阳电池芯片。
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