CN106611805A - 光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池 - Google Patents

光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池 Download PDF

Info

Publication number
CN106611805A
CN106611805A CN201510689932.6A CN201510689932A CN106611805A CN 106611805 A CN106611805 A CN 106611805A CN 201510689932 A CN201510689932 A CN 201510689932A CN 106611805 A CN106611805 A CN 106611805A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gaas
sub
batteries
substrate
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510689932.6A
Other languages
English (en)
Inventor
何洋
宋焱
董建荣
孙玉润
赵勇明
于淑珍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS filed Critical Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority to CN201510689932.6A priority Critical patent/CN106611805A/zh
Publication of CN106611805A publication Critical patent/CN106611805A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0725—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明属于光伏器件领域，尤其公开了一种多结GaAs叠层激光光伏电池，包括：衬底、在衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池、以及设置于两相邻GaAs子电池之间的遂穿结。所述多结GaAs叠层激光光伏电池利用遂穿结将若干GaAs子电池相串联，无需刻蚀隔离槽，采用引线的方式串联，增大了多结GaAs叠层激光光伏电池的有效受光面积，从而获得了较高的输出电压；同时避免了刻蚀工艺和填充工艺。该多结GaAs叠层激光光伏电池采用导电衬底，可有效改善散热，降低工作温度。本发明还公开了具有上述多结GaAs叠层激光光伏电池的光伏器件及其制备方法。本发明的光伏器件可减小该光伏器件的串联电阻，提高填充因子。

Description

光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池
技术领域
本发明属于光伏器件领域，具体地讲，涉及一种多结GaAs叠层激光光伏电池，还涉及具有上述多结GaAs叠层激光光伏电池的光伏器件及其制备方法。
背景技术
激光供能系统是一个创新的能量传递系统，凭借这个系统，激光光源发出的光通过光纤输送到激光光伏电池上，即可以提供稳定的电源输出。相比传统的金属线或同轴电缆传输电力的技术，光纤传导光继而转化为电的技术具有更多的优点，其可以应用在需要消除电磁干扰或需要将电子器件与周围环境隔离的情况下；因此，其在无线电通信，工业传感器，国防，航空，医药、能源等方向具有重要的应用价值。激光光伏电池主要针对单色光源，因此可以获得更高的光电转换效率。与太阳能电池不同的是，激光光伏电池以适合光纤传输的波长为790nm～850nm之间的激光为光源。
GaAs是III/V族化合物半导体材料，其在室温下的禁带宽度Eg为1.428eV，GaAs的PN结电池可以用于将波长为808nm～830nm之间的激光的能量转换为电能，其可用作激光供能系统中的激光电池。但是GaAs电池的开路电压只有1V，不能够直接用于电子器件电路的电源。为了获得更高的输出电压，现有技术中的激光光伏电池是通过将多个单结电池串联的方式来实现；具体来说，通过刻蚀隔离槽的方式将电池芯片进行隔离，再通过引线将几个子电池单元串联以获得高电压输出。但是，激光光伏电池的受光面应与激光光斑的大小一致，隔离槽的个数越多将会导致电池的有效受光面积越小，不利于提高输出电压。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种光伏器件及其制备方法、以及一种多结GaAs叠层激光光伏电池，该光伏器件中的光伏电池为多结GaAs叠层激光光伏电池(至少为双结)，从而可获得较高的输出电压；同时，该多结GaAs叠层激光光伏电池在其制备过程中，无需刻蚀隔离槽，增大了有效受光面积。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种多结GaAs叠层激光光伏电池，包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结。
进一步地，所述衬底为导电GaAs。
进一步地，所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。
进一步地，所述遂穿结包括依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。
进一步地，所述GaAs子电池的数目为2～6个。
本发明的另一目的在于提供一种光伏器件，包括：多结GaAs叠层激光光伏电池，所述多结GaAs叠层激光光伏电池包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结；GaAs接触层，设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；以及，正电极和负电极，分别对应设置在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方。
进一步地，所述衬底为导电GaAs衬底；所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。
进一步地，所述遂穿结包括按照远离或靠近所述衬底的方向依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。
进一步地，所述光伏器件还包括减反射层，所述减反射层设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；其中，所述减反射层的材料选自ZnSe/MgF减反射膜或TiO2/SiO2减反射膜中的任意一种；所述正电极和负电极的材料均包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的AuGe/Ni/Au材料层、Ag材料层和Au材料层。
本发明的另一目的还在于提供一种光伏器件的制备方法，包括：第一GaAs子电池的制备：采用MOCVD或MBE法在衬底上生长第一GaAs子电池；第一隧道结的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第一GaAs子电池上生长第一隧道结；第二GaAs子电池的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第一隧道结上生长第二GaAs子电池；依次重复所述第一隧道结的制备和所述第二GaAs子电池的制备m次，m为自然数；直至获得第Ψ隧道结及位于其上的第ΦGaAs子电池；所述Φ＝m+2，所述Ψ＝m+1；GaAs接触层的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第ΦGaAs子电池上生长GaAs接触层作欧姆接触；减反射层的制备：采用化学气相沉积技术或镀膜机在所述GaAs接触层上形成减反射层；正电极和负电极的制备：采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射的方法分别对应在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方形成正电极和负电极。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的多结GaAs叠层激光光伏电池通过在衬底上叠层制备若干GaAs子电池(至少两结)，并利用遂穿结将所述若干GaAs子电池串联起来，即可获得较高的输出电压；也就是说，根据需要获得的输出电压的大小，可以确定该多结GaAs叠层激光光伏电池的结数，即其中GaAs子电池的个数；而无需通过刻蚀隔离槽的方式来获得较高的输出电压，因此，不仅在制备过程中避免了隔离槽的刻蚀和填充工艺，有效简化了制备工艺，而且增大了该多结GaAs叠层激光光伏电池的有效受光面积，可以提高输出电压；
(2)本发明的多结GaAs叠层激光光伏电池所采用的衬底为导电GaAs衬底，一方面所述导电衬底可以改善该多结GaAs叠层激光光伏电池的散热，继而降低其在工作时的温度；另一方面，相比于现有技术中在非导电衬底上制备子电池的方案，本发明通过采用导电衬底，可在所述衬底上直接制备子电池，而无需预先制备导电层或遂穿结等其他结构，因此避免了导电层或遂穿结等其他结构的制备过程，工艺更为简单、成本更加低廉；
(3)本发明的光伏器件中的负电极直接制备在多结GaAs叠层激光光伏电池的衬底之下，与制备在GaAs接触层之上的正电极分别位于衬底不同的两侧，可大幅增加衬底与负电极之间的接触面积；与现有技术中具有半绝缘衬底的光伏器件中正、负电极制作在衬底同侧的情形相比，本发明的光伏器件有利于减小串联电阻，提高填充因子；填充因子作为该光伏器件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，其值越高，表明该光伏器件的光电转换效率就越高。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例1的光伏器件的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例1的多结GaAs叠层激光光伏电池的结构示意图；
图3是根据本发明的实施例1的第一GaAs子电池的结构示意图；
图4是根据本发明的实施例1的第一遂穿结的结构示意图；
图5是根据本发明的实施例1的光伏器件的制备方法的步骤流程图；
图6是根据本发明的实施例2的多结GaAs叠层激光光伏电池的结构示意图；
图7是根据本发明的实施例2的第一遂穿结的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。
实施例1
图1是根据本发明的实施例1的光伏器件的结构示意图。
参照图1所示，根据本发明的实施例1的光伏器件包括多结GaAs叠层激光光伏电池1，设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池1上的GaAs接触层21、减反射层22，以及对应分别设置在GaAs接触层21的裸露表面上的正电极31和设置在该多结GaAs叠层激光光伏电池1的裸露表面下的负电极32。在本实施例中，所述多结GaAs叠层激光光伏电池1为双结GaAs叠层激光光伏电池。
具体地，参照图2中多结GaAs叠层激光光伏电池的结构示意图。本实施例中的双结GaAs叠层激光光伏电池包括在衬底11上依次叠层设置的第一GaAs子电池121、第一遂穿结131以及第二GaAs子电池122。所述GaAs接触层21和减反射层22即设置在第二GaAs子电池122远离所述衬底11的表面上。也就是说，在本实施例中，第一GaAs子电池121是直接设置在所述衬底11上的，但本发明并不限制于此，在衬底11和第一GaAs子电池121之间还可设置有其他导电的结构层。
在本实施例中，衬底11的材料为N型GaAs，其为一导电衬底。该导电的衬底11有助于改善该双结GaAs叠层激光光伏电池的散热，继而降低该光伏器件在工作时的温度；与此同时，本实施例通过采用导电的衬底11，即可将第一GaAs子电池121直接设置在所述衬底11上，而无需在其之间先制备导电层或遂穿结等其他结构，避免了导电层或遂穿结等其他结构的制备过程，可简化制备工艺、降低制备成本。
更为具体地，第一GaAs子电池121和第二GaAs子电池122均包括按照远离所述衬底11的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；也就是说，参照图3所示，第一GaAs子电池121包括在衬底11上依次叠层设置的第一背场层1211、第一基区1212、第一发射区1213和第一窗口层1214，第二GaAs子电池122包括在第一遂穿结131上依次叠层设置的第二背场层、第二基区、第二发射区和第二窗口层。参照图4所示，第一遂穿结131包括在第一GaAs子电池121上依次叠层设置的第一AlGaAs层1311、第一Ga0.51In0.49P层1312和第一势垒层1313。
第一背场层1211和第二背场层的材料均为N型AlGaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的S；第一基区1212和第二基区的材料均为N型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Si；第一发射区1213和第二发射区的材料均为P型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的C；第一窗口层1214和第二窗口层的材料均为P型AlxGa1-xAs(0.2≤x＜1，本实施例中x的值优选为0.5)，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Zn。第一窗口层1214可以阻止与其同位于第一GaAs子电池121中的第一基区1212中的光生电子向正电极31扩散。
第一AlGaAs层1311的材料为P+型AlGaAs，其中掺杂有浓度大于1×1019cm-3的C；第一Ga0.51In0.49P层1312的材料为N+型Ga0.51In0.49P，其中掺杂有浓度约为1×1019cm-3的S；第一势垒层1313的材料为N型AlGaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Si。
GaAs接触层21的材料为P型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1019cm-3的C，其用作欧姆接触；减反射层22的材料为ZnSe/MgF减反射膜。
正电极31和负电极32的材料均包括依次叠层的厚度为35nm/10nm/100nm的AuGe/Ni/Au材料层、厚度为1μm的Ag材料层和厚度为100nm的Au材料层；也就是说，在正电极31中，AuGe/Ni/Au材料层、Ag材料层和Au材料层依次叠层于GaAs接触层21的裸露表面上方；而在负电极32中，AuGe/Ni/Au材料层、Ag材料层和Au材料层依次叠层于该双结GaAs叠层激光光伏电池的衬底11的裸露表面下方。
以下将参照图5对本实施例中的光伏器件的制备方法进行详细的描述。
参照图5所示，根据本发明的实施例1的光伏器件的制备方法包括如下步骤：
在步骤110中，在衬底11上制备第一GaAs子电池121。
具体地，在以导电的N型GaAs为材料的衬底11上逐层制备第一背场层1211、第一基区1212、第一发射区1213和第一窗口层1214，以形成第一GaAs子电池121。更为具体地，第一背场层1211的材料为N型AlGaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的S；第一基区1212的材料为N型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Si；第一发射区1213的材料为P型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的C；第一窗口层1214的材料为P型AlxGa1-xAs(0.2≤x＜1，本实施例中x的值优选为0.5)，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Zn。导电的衬底11可起到改善整个双结GaAs叠层激光光伏电池的散热的作用，继而可降低包括该双结GaAs叠层激光光伏电池的光伏器件在工作时的温度；而第一窗口层1214起到了阻止第一基区1212中的光生电子向正电极31扩散的作用。
在步骤120中，在第一GaAs子电池121上制备第一遂穿结131。
具体地，在第一窗口层1214上逐层制备第一AlGaAs层1311、第一Ga0.51In0.49P层1312和第一势垒层1313。更为具体地，第一AlGaAs层1311的材料为P+型AlGaAs，其中掺杂有浓度大于1×1019cm-3的C；第一Ga0.51In0.49P层1312的材料为N+型Ga0.51In0.49P，其中掺杂有浓度约为1×1019cm-3的S；第一势垒层1313的材料为N型AlGaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Si。
在步骤130中，在第一遂穿结131上制备第二GaAs子电池122。
具体地，参照步骤110中第一GaAs子电池121的制备方法，在第一势垒层1313上逐层制备第二背场层、第二基区、第二发射区和第二窗口层，以形成第二GaAs子电池122。在第二GaAs子电池122中，第二背场层、第二基区、第二发射区和第二窗口层的材料均分别与第一背场层1211、第一基区1212、第一发射区1213和第一窗口层1214对应相同。
如此，经上述步骤110-130中在衬底11上依次进行的第一GaAs子电池121、第一遂穿结131以及第二GaAs子电池122的制备，即形成了双结GaAs叠层激光光伏电池。
在步骤140中，在第二GaAs子电池122上制备GaAs接触层21、减反射层22。
具体地，首先在第二窗口层上制备以P型高掺杂GaAs(其中掺杂有浓度约为1×1019cm-3的C)为材料的GaAs接触层21；然后采用干法刻蚀在GaAs接触层21的裸露表面的指定区域进行刻蚀，直至露出第二窗口层；最后通过化学气相沉积技术在第二窗口层的裸露表面上制备以ZnSe/MgF减反射膜为材料的减反射层22。
在上述第一GaAs子电池121、第一遂穿结131、第二GaAs子电池122以及GaAs接触层21的制备过程中，均采用金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)的方法。当采用此方法时，各N型材料中的掺杂原子还可以是Se或Te，而各P型材料中的掺杂原子还可以是Mg。
在步骤150中，分别在GaAs接触层21上和衬底11下制备正电极31和负电极32。
具体地，采用电子束蒸发法分别在GaAs接触层21的裸露表面上和衬底11的裸露表面下逐层沉积厚度为35nm/10nm/100nm的AuGe/Ni/Au材料层、厚度为1μm的Ag材料层和厚度为100nm的Au材料层，以分别形成正电极31和负电极32。
本实施例通过利用第一遂穿结131将位于衬底11上的第一GaAs子电池121和第二GaAs子电池122进行串联，形成双结GaAs叠层激光光伏电池；并在该双结GaAs叠层激光光伏电池上设置GaAs接触层21、减反射层22，以及正电极31和负电极32，即获得了具有近似2V的输出电压的光伏器件。相比于现有技术中通过刻蚀隔离槽来获得较高的输出电压的方法，本实施例的光伏器件在制备过程中无需刻蚀隔离槽，因此不仅增大了其中两结GaAs叠层激光光伏电池的有效受光面积，继而提高输出电压；而且在制备过程中还避免了隔离槽的刻蚀和填充工艺，有效简化了制备工艺。与此同时，本实施例的光伏器件中的负电极32直接制备在该双结GaAs叠层激光光伏电池的衬底11之下，其与GaAs接触层21上的正电极31分别位于衬底11不同的两侧，不仅可大幅增加衬底11与负电极32之间的接触面积，还有利于减小该光伏器件的串联电阻，提高填充因子，继而提高其光电转换效率。
实施例2
在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。具体参照图6，实施例2中的光伏器件与实施例1中的光伏器件的不同之处在于，本实施例中的多结GaAs叠层激光光伏电池1包括六个GaAs子电池和位于其之间的五个遂穿结；也就是说，本实施例中的多结GaAs叠层激光光伏电池1为六结GaAs叠层激光光伏电池，相比实施例1中的双结GaAs叠层激光光伏电池，还包括在第二GaAs子电池122上依次叠层设置的第二遂穿结132、第三GaAs子电池123、第三遂穿结133、第四GaAs子电池124、第四遂穿结134、第五GaAs子电池125、第五遂穿结135以及第六GaAs子电池126。其中，本实施例中的衬底11的材料为P型GaAs。
相应地，GaAs接触层21、减反射层22即设置在所述第六GaAs子电池126的裸露表面上。
与实施例1相类似的，在本实施例中，第一GaAs子电池121也是直接设置在所述衬底11上的，但本发明并不限制于此，在衬底11和第一GaAs子电池121之间还可设置有其他导电的结构层。
本实施例的以P型GaAs为材料的衬底11仍为一导电衬底，该导电衬底有助于改善该六结GaAs叠层激光光伏电池的散热，继而降低该光伏器件在工作时的温度；与此同时，本实施例所采用的导电的衬底11，仍可保证将第一GaAs子电池121直接设置在所述衬底11上，而无需在其之间先制备导电层或遂穿结等其他结构，避免了导电层或遂穿结等其他结构的制备过程，可简化制备工艺、降低制备成本。
具体地，与第一GaAs子电池121和第二GaAs子电池122相类似的，第三GaAs子电池123、第四GaAs子电池124、第五GaAs子电池125以及第六GaAs子电池126均包括按照远离所述衬底11的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层。也就是说，第三GaAs子电池123包括在第二遂穿结132上依次叠层设置的第三背场层、第三基区、第三发射区和第三窗口层；第四GaAs子电池124包括在第三遂穿结133上依次叠层设置的第四背场层、第四基区、第四发射区和第四窗口层；第五GaAs子电池125包括在第四遂穿结134上依次叠层设置的第五背场层、第五基区、第五发射区和第五窗口层；第六GaAs子电池126包括在第五遂穿结135上依次叠层设置的第六背场层、第六基区、第六发射区和第六窗口层。
第一背场层1211、第二背场层、第三背场层、第四背场层、第五背场层以及第六背场层的材料均为P型(Al)GaInP，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的C，本实施例中的(Al)GaInP均指AlGaInP或GaInP；第一基区1212、第二基区、第三基区、第四基区、第五基区以及第六基区的材料均为P型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Mg；第一发射区1213、第二发射区、第三发射区、第四发射区、第五发射区以及第六发射区的材料均为N型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Si；第一窗口层1214、第二窗口层、第三窗口层、第四窗口层、第五窗口层以及第六窗口层的材料均为N型(Al)GaInP，其中掺杂有浓度约为1×1018cm-3的Se，本实施例中的(Al)GaInP均指AlGaInP或GaInP。值得注意的是，每一窗口层均可以阻止与其位于同一GaAs子电池中的基区中的光生电子向正电极31扩散；也就是说，第一窗口层1214可以阻止第一基区1212中的光生电子向正电极31扩散，第二窗口层可以阻止第二基区中的光生电子向正电极31扩散，而第三窗口层也可以阻止第三基区的光生电子向正电极31扩散，第四窗口层以及第五窗口层同理。
第二遂穿结132、第三遂穿结133、第四遂穿结134以及第五遂穿结135的结构均与第一遂穿结131的结构相类似，均包括依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；即第一遂穿结131包括依次叠层设置的第一AlGaAs层1311、第一Ga0.51In0.49P层1312和第一势垒层1313，第二遂穿结132包括依次叠层设置的第二AlGaAs层、第二Ga0.51In0.49P层和第二势垒层，第三遂穿结133包括依次叠层设置的第三AlGaAs层、第三Ga0.51In0.49P层和第三势垒层，第四遂穿结134包括依次叠层设置的第四AlGaAs层、第四Ga0.51In0.49P层和第四势垒层，第五遂穿结135包括依次叠层设置的第五AlGaAs层、第五Ga0.51In0.49P层和第五势垒层。但值得注意的是，当衬底11的材料为P型GaAs时，相比实施例1中的第一遂穿结131与第一GaAs子电池121之间的连接方式，本实施例中的第一遂穿结131、第二遂穿结132、第三遂穿结133、第四遂穿结134以及第五遂穿结135均呈反向连接。也就是说，具体参照图7所示，第一势垒层1313、第一Ga0.51In0.49P层1312和第一AlGaAs层1311依次叠层设置在第一GaAs子电池121上；而第二势垒层、第二Ga0.51In0.49P层和第二AlGaAs层依次叠层设置在第二GaAs子电池122上；第三遂穿结133、第四遂穿结134以及第五遂穿结135分别与位于其下方的相应的第三GaAs子电池123、第四GaAs子电池124以及第五GaAs子电池125的连接方式与此相类似。
本实施例中的第一势垒层1313、第二势垒层、第三势垒层、第四势垒层以及第五势垒层的材料均为N型Al(Ga)InP。本实施例中的第一AlGaAs层1311、第二AlGaAs层、第三AlGaAs层、第四AlGaAs层以及第五AlGaAs层的材料均与实施例1中的第一AlGaAs层1311的材料相同；第一Ga0.51In0.49P层1312、第二Ga0.51In0.49P层、第三Ga0.51In0.49P层、第四Ga0.51In0.49P层以及第五Ga0.51In0.49P层的材料均与实施例1中的第一Ga0.51In0.49P层1312的材料相同。
GaAs接触层21的材料为N型GaAs，其中掺杂有浓度约为1×1019cm-3的Si，其用作欧姆接触；减反射层22的材料为TiO2/SiO2减反射膜。
在本实施例中的第一GaAs子电池121、第一遂穿结131、第二GaAs子电池122、第二遂穿结132、第三GaAs子电池123、第三遂穿结133、第四GaAs子电池124、第四遂穿结134、第五GaAs子电池125、第五遂穿结135、第六GaAs子电池126以及GaAs接触层21的制备过程中，均采用分子束外延(MBE)的方法。其余参照实施例1中的制备方法，按照本实施例中的光伏器件的结构及材料的要求，逐层制备即可。
也就是说，本发明的光伏器件中多结GaAs叠层激光光伏电池的制备方法为：步骤一，在衬底11上制备第一GaAs子电池121；步骤二，在第一GaAs子电池121上制备第一遂穿结131；步骤三，在第一遂穿结131上制备第二GaAs子电池122；依次重复步骤二和步骤三m次，m为自然数(0、1、2、3、……)，直至得到第Ψ隧道结及位于其上的第ΦGaAs子电池；所述Φ＝m+2，所述Ψ＝m+1。在本实施例中，m的取值为4，则制备直至获得第五隧道结135及位于其上的第六GaAs子电池126，也就是该多结GaAs叠层激光光伏电池1为六结GaAs叠层激光光伏电池。
当多结GaAs叠层激光光伏电池1中各结构层以及GaAs接触层21采用本实施例中所述方法进行制备时，各N型材料中的掺杂原子还可以是Te，而各P型材料中的掺杂原子还可以是Be。
值得说明的是，在制备本实施例的光伏器件时，为保证激光光能的充分利用，并且满足各GaAs子电池中产生的光电流相同的要求，需预先设计各GaAs子电池中吸收层的厚度，也就是各GaAs子电池中基区与发射区的总厚度。吸收层的厚度满足下式：
其中，n为2、3、……、N，N为GaAs子电池的个数；dn表示按照远离衬底1方向的第(N+1-n)个GaAs子电池中吸收层的厚度。例如在本实施例中，d6即第一GaAs子电池121中吸收层的厚度，d5即第二GaAs子电池122中吸收层的厚度，依次类推，d1为第六GaAs子电池126中吸收层的厚度。X表示该光伏器件所吸收的入射光的百分比；α表示吸收层所用材料的吸收系数，在本实施例中，α＝1μm-1。
在保证该光伏器件吸收98％的入射光的前提下，可预先计算出各GaAs子电池中吸收层的近似厚度，结果如表1所示。
表1 各GaAs子电池中吸收层的近似厚度
在表1中，GaAs子电池的顺序为按照远离衬底11的方向排序，即“第1个”表示第一GaAs子电池121，以此类推。
在本实施例的光伏器件的制备过层中，采用湿法刻蚀在GaAs接触层21的裸露表面的指定区域进行刻蚀，直至露出第六窗口层；再通过溅射方法在第六窗口层的裸露表面上制备减反射层22。而正电极31和负电极32的制备方法均采用热蒸发法。但本发明并不限制于此，减反射层22的制备方法还可以是蒸发法等其他方法，而正电极31和负电极32的制备方法还可以是磁控溅射等其他方法。
本实施例的光伏器件中包含利用五个遂穿结将在衬底11上的六个GaAs子电池进行串联形成的六结GaAs叠层激光光伏电池，获得了近似6V的输出电压；相比于现有技术中通过刻蚀隔离槽来获得较高的输出电压的方法，本实施例的光伏器件在制备过程中无需刻蚀隔离槽，因此不仅增大了该六结GaAs叠层激光光伏电池的有效受光面积，继而提高了输出电压；而且在制备过程中还避免了隔离槽的刻蚀和填充工艺，有效简化了制备工艺。与此同时，本实施例的光伏器件中的负电极22直接制备在该六结GaAs叠层激光光伏电池的衬底11之下，其与GaAs接触层21上的正电极31分别位于衬底11不同的两侧，不仅可大幅增加衬底11与负电极32之间的接触面积，还有利于减小该六结GaAs叠层激光光伏电池的串联电阻，提高填充因子，继而提高其光电转换效率。
值得注意的是，当多结GaAs叠层激光光伏电池1中的衬底11的材料选自N型GaAs或P型GaAs时，相应地，每个GaAs子电池中的背场层、基区、发射区以及窗口层的材料的N型或P型需进行相应的调整；同时，每个遂穿结中的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层以及势垒层的叠层顺序也需进行相应的调整。当衬底11的材料为N型GaAs时，每个GaAs子电池中各结构层的材料选择以及每个遂穿结中各结构层的叠层顺序参照实施例1中所述；而当衬底11的材料为P型GaAs时，每个GaAs子电池中各结构层的材料选择以及每个遂穿结中各结构层的叠层顺序参照实施例2中所述。
当然，本发明的光伏器件中的多结GaAs叠层激光光伏电池1并不限于实施例1和实施例2中的双结和六结，其至少为双结，在制备该光伏器件的过程中，可根据实际使用中所需要的输出电压的大小，来确定多结GaAs叠层激光光伏电池1的具体结数，即该多结GaAs叠层激光光伏电池1中GaAs子电池的个数。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，包括：
衬底；
在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；
以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结。
2.根据权利要求1所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述衬底为导电GaAs。
3.根据权利要求1或2所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。
4.根据权利要求3所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述遂穿结包括依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述GaAs子电池的数目为2～6个。
6.一种光伏器件，其特征在于，包括：
多结GaAs叠层激光光伏电池，所述多结GaAs叠层激光光伏电池包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结；
GaAs接触层，设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；
以及，正电极和负电极，分别对应设置在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方。
7.根据权利要求6所述的光伏器件，其特征在于，所述衬底为导电GaAs；所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。
8.根据权利要求6或7所述的光伏器件，其特征在于，所述遂穿结包括依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。
9.根据权利要求6所述的光伏器件，其特征在于，所述光伏器件还包括减反射层，所述减反射层设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；其中，所述减反射层的材料选自ZnSe/MgF减反射膜或TiO2/SiO2减反射膜中的任意一种；所述正电极和负电极的材料均包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的AuGe/Ni/Au材料层、Ag材料层和Au材料层。
10.一种光伏器件的制备方法，其特征在于，包括：
第一GaAs子电池的制备：采用MOCVD或MBE法在衬底上生长第一GaAs子电池；
第一隧道结的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第一GaAs子电池上生长第一隧道结；
第二GaAs子电池的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第一隧道结上生长第二GaAs子电池；
依次重复所述第一隧道结的制备和所述第二GaAs子电池的制备m次，m为自然数；直至获得第Ψ隧道结及位于其上的第ΦGaAs子电池；所述Φ＝m+2，所述Ψ＝m+1；
GaAs接触层的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第ΦGaAs子电池上生长GaAs接触层作欧姆接触；
减反射层的制备：采用化学气相沉积技术或镀膜机在所述GaAs接触层上形成减反射层；
正电极和负电极的制备：采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射的方法分别对应在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方形成正电极和负电极。
CN201510689932.6A 2015-10-22 2015-10-22 光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池 Pending CN106611805A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510689932.6A CN106611805A (zh) 2015-10-22 2015-10-22 光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510689932.6A CN106611805A (zh) 2015-10-22 2015-10-22 光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106611805A true CN106611805A (zh) 2017-05-03

Family

ID=58611476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510689932.6A Pending CN106611805A (zh) 2015-10-22 2015-10-22 光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106611805A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098273A (zh) * 2019-04-17 2019-08-06 上海空间电源研究所 多结砷化镓太阳电池单体集成内联组件的制备方法
CN114744070A (zh) * 2022-04-11 2022-07-12 扬州乾照光电有限公司 一种多结叠层激光光伏电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060048811A1 (en) * 2004-09-09 2006-03-09 Krut Dimitri D Multijunction laser power converter
US20110114163A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-19 Solar Junction Corporation Multijunction solar cells formed on n-doped substrates
CN102651416A (zh) * 2012-05-18 2012-08-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法
WO2013042525A1 (ja) * 2011-09-21 2013-03-28 ソニー株式会社 多接合型太陽電池、化合物半導体デバイス、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060048811A1 (en) * 2004-09-09 2006-03-09 Krut Dimitri D Multijunction laser power converter
US20110114163A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-19 Solar Junction Corporation Multijunction solar cells formed on n-doped substrates
WO2013042525A1 (ja) * 2011-09-21 2013-03-28 ソニー株式会社 多接合型太陽電池、化合物半導体デバイス、光電変換素子及び化合物半導体層・積層構造体
CN102651416A (zh) * 2012-05-18 2012-08-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098273A (zh) * 2019-04-17 2019-08-06 上海空间电源研究所 多结砷化镓太阳电池单体集成内联组件的制备方法
CN110098273B (zh) * 2019-04-17 2021-08-10 上海空间电源研究所 多结砷化镓太阳电池单体集成内联组件的制备方法
CN114744070A (zh) * 2022-04-11 2022-07-12 扬州乾照光电有限公司 一种多结叠层激光光伏电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102184999B (zh) 基于npn结构的激光光伏电池及其制备工艺
CN103441155B (zh) 集成旁路二极管的太阳电池及其制备方法
CN106653887A (zh) 一种背结背接触太阳能电池
CN102651416A (zh) 三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法
TW201251042A (en) Window structure for solar cell
CN106653950A (zh) 一种砷化镓‑硅多结高效太阳电池的制备方法
CN102651420A (zh) 双结GaAs叠层激光光伏电池及其制备方法
CN106684160A (zh) 一种背结背接触太阳能电池
KR20150063449A (ko) 무기 태양 전지 효율을 증가시키기 위한 엑시톤 에너지 전달
CN103247635B (zh) Pnp结构的激光光伏电池及其制备方法
Huang et al. Four-junction AlGaAs/GaAs laser power converter
US10256362B2 (en) Flexible silicon infrared emitter
JP2023507176A (ja) 両面タンデム太陽電池とモジュール
CN105514207A (zh) 一种多结太阳能电池的集成旁路二极管的制备方法
CN106252451B (zh) 一种五结叠层太阳电池及其制备方法
JP5626847B2 (ja) ナノ構造体およびその製造方法
CN102244151A (zh) 一种太阳能电池的制作方法
CN106611805A (zh) 光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池
CN104009046B (zh) 倒装结构的激光光伏电池及其制作方法
CN103123923B (zh) 一种激光光伏电池及其制作方法
CN108735848A (zh) 多结叠层激光光伏电池及其制作方法
Li et al. > 35% 5-junction space solar cells based on the direct bonding technique
CN103117286B (zh) 激光光伏电池及其制作方法
CN103268893B (zh) Npn结构的激光光伏电池及其制备方法
CN105742374B (zh) 光伏器件及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170503

RJ01 Rejection of invention patent application after publication