CN101980367B - 一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片 - Google Patents

一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，属于半导体光电子技术领域。本发明的关键是在现有多结太阳能电池芯片材料体系之上增加具有高禁带宽度的AlInAs材料顶电池。AlInAs材料作为顶电池附加到现有多结太阳能电池材料体系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。

Description

一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片
技术领域
本发明涉及一种四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。越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。从长远来看，随着太阳能电池芯片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，太阳能电池芯片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，推动新型、高效太阳能电池芯片发展，进而促进这一新型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AlInAs材料作为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、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：
一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，以锗Ge单晶片1为衬底依次生长由p-Ge，n-Ge构成的底电池2，由GaAs构成的成核层3，由GaInAs构成的缓冲层4，由n-GaInAs构成的势垒层5，由n++AlGaAs，p++GaInAs构成的隧道结6，由p+GaInAs构成的势垒层7，由p-GaInAs，n-GaInAs构成的第二结电池8，由n+AlGaInP/AlInAs窗口层9，由n++GaInAs，p++AlGaAs构成的第二隧道结10，由p+GaInP构成的第二势垒层11，由p-GaInP，n- GaInP构成的第三结电池12，由n+AlInP构成的第二窗口层13，由n++ AlInAs，p++ AlInAs构成的第三隧道结14，由n+ AlInAs构成的第三势垒层15，由p- AlInAs，n- AlInAs构成的顶电池16，由n+ AlInAs构成的第三窗口层17，由n+ AlInAs构成的欧姆接触层18。
本发明四结化合物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。
本发明在现有多结太阳能电池芯片外延材料体系之上增加生长获得AlInAs顶电池芯片，能够扩展太阳能电池芯片芯片的吸收谱范围，有效解决现有太阳能电池芯片芯片对太阳辐射分布于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。
附图说明
图1一种四结化合物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、第二结电池，9、窗口层，10、第二隧道结，11、第二势垒层，12、第三结电池，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、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，四结化合物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芯片(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，第二结电池(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，第三结电池(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，欧姆接触层(n+ AlInAs)18。在生长具有AlInAs的多结太阳电池芯片芯片之后。采用常规的光刻、镀膜和划片工艺制成太阳电池芯片芯片。
本发明四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其关键是在现有多结太阳能电池芯片材料体系之上增加了一层具有高禁带宽度的AlInAs材料作为顶电池芯片。AlInAs材料作为顶电池芯片附加到现有多结太阳能电池芯片材料体系之上能够扩展太阳能电池芯片芯片的吸收谱范围，有效解决现有太阳能电池芯片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，提高多结太阳能电池芯片的光电转换效率。

Claims (2)

1.一种四结化合物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由p-Ge，n-Ge构成的底电池，由GaAs构成的成核层，由GaInAs构成的缓冲层，由n-GaInAs构成的势垒层，由n++AlGaAs，p++GaInAs构成的隧道结，由p+GaInAs构成的势垒层，由p-GaInAs，n-GaInAs构成的第二结电池，由n+AlGaInP/AlInAs构成的窗口层，由n++GaInAs，p++AlGaAs构成的第二隧道结，由p+GaInP构成的第二势垒层，由p-GaInP，n-GaInP构成的第三结电池芯片，由n+AlInP构成的第二窗口层，由n++AlInAs，p++AlInAs构成的第三隧道结，由n+AlInAs构成的第三势垒层，由p-AlInAs，n-AlInAs构成的顶电池芯片，由n+AlInAs构成的第三窗口层，由n+AlInAs构成的欧姆接触层。
2.根据权利要求1所述的一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片，其特征是：采用锗Ge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方法生长四结太阳电池芯片。
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