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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