CN109755340A - 一种正向晶格失配三结太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正向晶格失配三结太阳电池,属于太阳能电池技术领域,自下而上依次包括:锗衬底、Ga0.5In0.5P成核层、Ga0.99In0.01As缓冲层、第一隧道结、晶格渐变缓冲层、Ga1‑xInxAs电池、第二隧道结、(AlGa)1‑yInyP电池和帽层;晶格渐变缓冲层为(AlGa)1‑xInxAs/(AlGa)1‑xInxAs DBR,In的组分从0.01渐变到x;Ga1‑xInxAs电池包括n型掺杂的Ga1‑yInyP发射区和p型掺杂的Ga1‑xInxAs基区;(AlGa)1‑yInyP电池包括n型掺杂的(AlGa)1‑yInyP发射区和p型掺杂的(AlGa)1‑yInyP基区。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域,尤其涉及一种正向晶格失配三结太阳电池。
背景技术
空间高效太阳能电池主要使用GaInP/GaInAs/Ge晶格匹配三结太阳能电池结构,其光电转换效率可达到30%,已接近理论极限。制约其性能的主要因素是带隙组合和太阳光谱的不匹配,为了进一步提高光电转换效率,需对太阳能电池的带隙组合进行重新设计,一种可行的方法是采用晶格失配结构,更加精细地分配和利用太阳光谱,从而减少光子的吸收损失以及光生载流子的热化损失,提高整体太阳能电池的性能,下表1为不同带隙组合的正向晶格失配三结电池的理论效率。
表1不同带隙组合的正向晶格失配三结电池的理论效率
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供一种正向晶格失配三结太阳电池,该正向晶格失配三结太阳电池的光电转换效率高、产量大、电池工作稳定性高,并可作为完整的电池直接应用。
本发明所采用的具体技术方案为:
本专利的发明目的是提供一种正向晶格失配三结太阳电池,自下而上依次包括:锗衬底、Ga0.5In0.5P成核层、Ga0.99In0.01As缓冲层、第一隧道结、晶格渐变缓冲层、Ga1-xInxAs电池、第二隧道结、(AlGa)1-yInyP电池和帽层;其中:
所述晶格渐变缓冲层为(AlGa)1-xInxAs/(AlGa)1-xInxAs DBR,In的组分从0.01渐变到x,其中0.01≤x≤0.5,使用p型掺杂剂,掺杂浓度为1×1017~1×1019cm-3,厚度范围为1000nm~4000nm,周期数的范围为10~30个,每个周期中,(AlGa)1-xInxAs的厚度范围为30nm~300nm;
所述Ga1-xInxAs电池包括n型掺杂的Ga1-yInyP发射区和p型掺杂的Ga1-xInxAs基区,其中0.01≤x≤0.5和0.4≤y≤1,掺杂浓度为1×1016~1×1019cm-3,厚度范围为30nm~3000nm;
所述(AlGa)1-yInyP电池包括n型掺杂的(AlGa)1-yInyP发射区和p型掺杂的(AlGa)1- yInyP基区,其中0.4≤y≤1,掺杂浓度为1×1016~1×1019cm-3,厚度范围为10nm~1000nm。
进一步:所述第一隧道结包括n型掺杂的GaAs层和p型掺杂的AlGaAs层,掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3,厚度范围为5nm~50nm;所述第二隧道结,包括n型掺杂的n(AlGa)1- yInyP层和p型掺杂的(AlGa)1-xInxAs层,其中0.4≤y≤1和0.01≤x≤0.5,掺杂浓度为1×1019~1×1021cm-3,厚度范围为5nm~50nm。
更进一步:所述帽层为n型掺杂的Ga1-xInxAs层,其中0.01≤x≤0.5,掺杂浓度为1×1018~1×1021cm-3,厚度范围为50nm~500nm。
本发明的优点及积极效果为:
1、采用DBR和晶格渐变缓冲层相结合的方式,在提高抗辐照能力和晶体质量的同时,减少了生长时间。
2、通过调整DBR中心波长的位置,可以将原属于锗电池的一部分光谱(光谱能量介于硅电池与中间电池的带隙之间)反射给硅电池,从而提升整体太阳电池组件的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明一种正向晶格失配三结太阳电池结构示意图。
图中:1、锗衬底;2、Ga0.5In0.5P成核层;3、Ga0.99In0.01As缓冲层;4、第一隧道结;5、晶格渐变缓冲层;6、Ga1-xInxAs电池;7、第二隧道结;8、(AlGa)1-yInyP电池;9、帽层。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参阅图1:一种正向晶格失配三结太阳电池,包括锗衬底,其上依次为Ga0.5In0.5P成核层、Ga0.99In0.01As缓冲层、第一隧道结、(AlGa)1-xInxAs/(AlGa)1-xInxAs DBR(晶格渐变缓冲层)、Ga1-xInxAs电池、第二隧道结、(AlGa)1-yInyP电池和帽层。其制作过程为:
采用MOCVD即金属有机化学气相沉积技术在锗衬底1上面依次生长Ga0.5In0.5P成核层2、Ga0.99In0.01As缓冲层3、第一隧道结4、(AlGa)1-xInxAs/(AlGa)1-xInxAs DBR(晶格渐变缓冲层)5、Ga1-xInxAs电池6、第二隧道结7、(AlGa)1-yInyP电池8、帽层9,具体制作过程为:
Ga0.5In0.5P成核层,其n型掺杂剂为Si、Se或Te,生长温度为550–700℃,厚度范围为50-500nm,通过本层中磷原子的扩散形成n-Ge层,从而形成锗电池;
Ga0.99In0.01As缓冲层,其n型掺杂剂为Si、Se或Te,生长温度为600–750℃,厚度范围为200-2000nm;
第一隧道结,包括n型掺杂的GaAs层和p型掺杂的AlGaAs层,其中GaAs层的掺杂剂为Si、Se或Te,掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3,厚度范围为5nm-50nm,生长温度为550–700℃;其中AlGaAs层的掺杂剂为Zn、Mg或C,掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3,厚度范围为5nm-50nm,生长温度为550–700℃;
所述(AlGa)1-xInxAs/(AlGa)1-xInxAs DBR(晶格渐变缓冲层),In的组分从0.01渐变到x,其中0.01≤x≤0.5,使用Zn、Mg或C作为p型掺杂剂,掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3,厚度范围为1000nm-4000nm,周期数的范围为10-30个,每个周期中,(AlGa)1-xInxAs的厚度范围为30nm-300nm,可以反射透过Ga1-xInxAs电池的光子,可以被该结子电池重吸收,从而提高了量子效率和抗辐照能力,与此同时减少了由于晶格失配造成的穿透位错对电池有源区的影响。
Ga1-xInxAs电池,包括n型掺杂的Ga1-yInyP发射区和p型掺杂的Ga1-xInxAs基区,其中0.01≤x≤0.5和0.4≤y≤1;其中所述Ga1-yInyP发射区的掺杂剂为Si、Se或Te,掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3,厚度范围为30nm-300nm,生长温度为600–750℃;所述Ga1-xInxAs基区的掺杂剂为Zn、Mg或C,掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3,厚度范围为300nm-3000nm,生长温度为600–750℃;
第二隧道结,包括n型掺杂的(AlGa)1-yInyP层和p型掺杂的(AlGa)1-xInxAs层,其中所述(AlGa)1-yInyP层中,0.4≤y≤1,掺杂剂为Si、Se或Te,掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3,厚度范围为5nm-50nm,生长温度为550–700℃;所述(AlGa)1-xInxAs层,0.01≤x≤0.5,掺杂剂为Zn、Mg或C,掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3,厚度范围为5nm-50nm,生长温度为550–700℃;
(AlGa)1-yInyP电池,包括n型掺杂的(AlGa)1-yInyP发射区和p型掺杂的(AlGa)1- yInyP基区,其中0.4≤y≤1;其中所述(AlGa)1-yInyP发射区的掺杂剂为Si、Se或Te,掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3,厚度范围为10nm-100nm;所述(AlGa)1-yInyP基区的掺杂剂为Zn、Mg或C,掺杂浓度为1×1016-1×1018cm-3,厚度范围为100nm-1000nm;
帽层为n型掺杂的Ga1-xInxAs,其中0.01≤x≤0.5,掺杂剂为Si、Se或Te,掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3,厚度范围为50nm-500nm,生长温度为550–700℃。
上述各层材料生长之后,总时间为2-6小时,之后的器件工序和正向晶格匹配三结太阳电池完全相同,是公知的技术。
通过以上步骤的实施,完成本发明AlGaInP/GaInAs/Ge正向晶格失配三结太阳电池的制作过程。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种正向晶格失配三结太阳电池,其特征在于:自下而上依次包括:锗衬底、Ga0.5In0.5P成核层、Ga0.99In0.01As缓冲层、第一隧道结、晶格渐变缓冲层、Ga1-xInxAs电池、第二隧道结、(AlGa)1-yInyP电池和帽层;其中:
所述晶格渐变缓冲层为(AlGa)1-xInxAs/(AlGa)1-xInxAs DBR,In的组分从0.01渐变到x,其中0.01≤x≤0.5,使用p型掺杂剂,掺杂浓度为1×1017~1×1019cm-3,厚度范围为1000nm~4000nm,周期数的范围为10~30个,每个周期中,(AlGa)1-xInxAs的厚度范围为30nm~300nm;
所述Ga1-xInxAs电池包括n型掺杂的Ga1-yInyP发射区和p型掺杂的Ga1-xInxAs基区,其中0.01≤x≤0.5和0.4≤y≤1,掺杂浓度为1×1016~1×1019cm-3,厚度范围为30nm~3000nm;
所述(AlGa)1-yInyP电池包括n型掺杂的(AlGa)1-yInyP发射区和p型掺杂的(AlGa)1-yInyP基区,其中0.4≤y≤1,掺杂浓度为1×1016~1×1019cm-3,厚度范围为10nm~1000nm。
2.根据权利要求1所述的正向晶格失配三结太阳电池,其特征在于:所述第一隧道结包括n型掺杂的GaAs层和p型掺杂的AlGaAs层,掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3,厚度范围为5nm~50nm;所述第二隧道结,包括n型掺杂的n(AlGa)1-yInyP层和p型掺杂的(AlGa)1-xInxAs层,其中0.4≤y≤1和0.01≤x≤0.5,掺杂浓度为1×1019~1×1021cm-3,厚度范围为5nm~50nm。
3.根据权利要求1或2所述的正向晶格失配三结太阳电池,其特征在于:所述帽层为n型掺杂的Ga1-xInxAs层,其中0.01≤x≤0.5,掺杂浓度为1×1018~1×1021cm-3,厚度范围为50nm~500nm。
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