CN212011000U - 一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片 - Google Patents

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徐培强
林晓珊
张银桥
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Abstract

本实用新型公开了一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，包括Ge衬底，所述Ge衬底上方依次设置有AlGaInP成核层、GaAs/GaInAs缓冲层、GaAs隧穿结层、GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层、中电池、GaInP/AlGaAs隧穿结层、顶电池和欧姆接触层，本实用新型通过通过在顶电池和中电池的基区和发射区中增加一层一定厚度高掺杂层结构，降低了中电池和顶电池中的PN结反向饱和电流，同时通过优化高掺杂厚度和掺杂，克服了高掺杂层对PN结耗尽层厚度和载流子迁移率的影响，增强了PN结内建电场强度，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的整体光电转化效率。

Description

一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片
技术领域
本实用新型涉及电池外延片技术领域，具体为一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片。
背景技术
GaAs太阳能电池相比其他太阳能电池如Si、CuInGaSe等，具有抗辐照性能强、耐高温、转化效率高、比功率大等特点，是空间航天器最主要的动力来源。GaAs空间太阳能电池最常用的结构为晶格匹配的三结GaInP/GaInAs/Ge电池，相比失配和倒装等结构，此结构工艺简单，成本较低，但缺点是光电转化效率只能达到30％左右，远远低于理论的45％左右的光电转化效率，因此光电转化效率还有一定的提升空间。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，包括Ge衬底、中电池、顶电池和欧姆接触层，所述Ge衬底上方依次设置有AlGaInP成核层、GaAs/GaInAs缓冲层、GaAs隧穿结层、中电池、GaInP/AlGaAs隧穿结层、顶电池和欧姆接触层，所述AlGaInP成核层位于Ge衬底上方，所述GaAs/GaInAs缓冲层位于AlGaInP成核层上方，所述GaAs隧穿结层位于GaAs/GaInAs缓冲层上方，所述中电池位于GaAs隧穿结层上方，所述GaInP/AlGaAs隧穿结层位于中电池上方，所述顶电池位于GaInP/AlGaAs隧穿结层上方，所述欧姆接触层位于顶电池上方，所述中电池包括GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层、AlGaInAs背面场层、p型GaInAs高掺层、GaInAs基区层、GaInAs发射区层、n型GaInAs高掺层和AlInP窗口层，所述顶电池包括AlGaInP背面场层、p型GaInP高掺层、GaInP基区层、GaInP发射区层、n型GaInP高掺层和n-AlInP窗口层。
作为本实用新型再进一步的方案：所述AlGaInAs背面场层位于GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层上方，所述p型GaInAs高掺层位于AlGaInAs背面场层上方，所述GaInAs基区层位于p型GaInAs高掺层上方，所述GaInAs发射区层位于GaInAs基区层上方，所述n型GaInAs高掺层位于GaInAs发射区层上方，所述AlInP窗口层位于n型GaInAs高掺层上方。
作为本实用新型再进一步的方案：所述p型GaInP高掺层位于AlGaInP背面场层上方，所述GaInP基区层位于p型GaInP高掺层上方，所述GaInP发射区层位于GaInP基区层上方，所述n型GaInP高掺层位于GaInP发射区层上方，所述n-AlInP窗口层位于n型GaInP高掺层上方。
作为本实用新型再进一步的方案：所述p型GaInAs高掺层厚度为0.015～0.02μm，掺杂CCl4源，掺杂浓度为5×1018～1×1019cm-3，所述n型GaInAs高掺层，厚度为0.015～0.02μm，掺杂SiH4源，掺杂浓度≥5×1018cm-3。
作为本实用新型再进一步的方案：所述p型GaInP高掺层厚度0.015～0.02μm，掺杂CCl4源，掺杂浓度为5×1018～1×1019cm-3，所述n型GaInP高掺层，沉积厚度0.015～0.02μm，掺杂SiH4源，掺杂浓度≥5×1018cm-3。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过在顶电池和中电池的基区和发射区中增加一层一定厚度高掺杂层结构，降低了中电池和顶电池PN结反向饱和电流，同时通过优化高掺杂厚度和掺杂，克服了高掺杂层对PN结耗尽层厚度和载流子迁移率的影响，增强了PN结内建电场强度，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的整体光电转化效率。
附图说明
图1为一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片的结构示意图；
图2为一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片的中电池结构示意图；
图3为一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片的顶电池结构示意图。
附图标记：Ge衬底1、AlGaInP成核层2、GaAs/GaInAs缓冲层3、GaAs隧穿结层4、中电池5、GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层51、AlGaInAs背面场层52、p型GaInAs高掺层53、GaInAs基区层54、GaInAs发射区层55、n型GaInAs高掺层56、AlInP窗口层57、GaInP/AlGaAs隧穿结层6、顶电池7、AlGaInP背面场层71、p型GaInP高掺层72、GaInP基区层73、GaInP发射区层74、n型GaInP高掺层75、n-AlInP窗口层76和欧姆接触层8。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，如附图1～3所示，一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，包括Ge衬底1、中电池5、顶电池7和欧姆接触层8，所述Ge衬底1上方依次设置有AlGaInP成核层2、GaAs/GaInAs缓冲层3、GaAs隧穿结层4、中电池5、GaInP/AlGaAs隧穿结层6、顶电池7和欧姆接触层8，所述AlGaInP成核层2位于Ge衬底1上方，所述GaAs/GaInAs缓冲层3位于AlGaInP成核层2上方，所述GaAs隧穿结层4位于GaAs/GaInAs缓冲层3上方，所述中电池5位于GaAs隧穿结层4上方，所述GaInP/AlGaAs隧穿结层6位于中电池5上方，所述顶电池7位于GaInP/AlGaAs隧穿结层6上方，所述欧姆接触层8位于顶电池7上方，所述中电池5包括GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层51、AlGaInAs背面场层52、p型GaInAs高掺层53、GaInAs基区层54、GaInAs发射区层55、n型GaInAs高掺层56和AlInP窗口层57，所述顶电池7包括AlGaInP背面场层71、p型GaInP高掺层72、GaInP基区层73、GaInP发射区层74、n型GaInP高掺层75和n-AlInP窗口层76。
作为本实用新型再进一步的方案：所述AlGaInAs背面场层52位于GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层51上方，所述p型GaInAs高掺层53位于AlGaInAs背面场层52上方，所述GaInAs基区层54位于p型GaInAs高掺层53上方，所述GaInAs发射区层55位于GaInAs基区层54上方，所述n型GaInAs高掺层56位于GaInAs发射区层55上方，所述AlInP窗口层57位于n型GaInAs高掺层56上方。
作为本实用新型再进一步的方案：所述p型GaInP高掺层72位于AlGaInP背面场层71上方，所述GaInP基区层73位于p型GaInP高掺层72上方，所述GaInP发射区层74位于GaInP基区层73上方，所述n型GaInP高掺层75位于GaInP发射区层74上方，所述n-AlInP窗口层76位于n型GaInP高掺层75上方。
作为本实用新型再进一步的方案：所述p型GaInAs高掺层53厚度为0.015～0.02μm，掺杂CCl4源，掺杂浓度为5×1018～1×1019cm-3，所述n型GaInAs高掺层56，厚度为0.015～0.02μm，掺杂SiH4源，掺杂浓度≥5×1018cm-3。
作为本实用新型再进一步的方案：所述p型GaInP高掺层72厚度0.015～0.02μm，掺杂CCl4源，掺杂浓度为5×1018～1×1019cm-3，所述n型GaInP高掺层75，沉积厚度0.015～0.02μm，掺杂SiH4源，掺杂浓度≥5×1018cm-3。
本实用新型的工作原理是：通过在顶电池7和中电池5的基区和发射区中增加一层一定厚度高掺杂层结构，降低了中电池5和顶电池7中的PN结反向饱和电流，同时通过优化高掺杂厚度和掺杂，克服了高掺杂层对PN结耗尽层厚度和载流子迁移率的影响，增强了PN结内建电场强度，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池的整体光电转化效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，包括Ge衬底(1)、中电池(5)、顶电池(7)和欧姆接触层(8)，其特征在于：所述Ge衬底(1)上方依次设置有AlGaInP成核层(2)、GaAs/GaInAs缓冲层(3)、GaAs隧穿结层(4)、中电池(5)、GaInP/AlGaAs隧穿结层(6)、顶电池(7)和欧姆接触层(8)，所述AlGaInP成核层(2)位于Ge衬底(1)上方，所述GaAs/GaInAs缓冲层(3)位于AlGaInP成核层(2)上方，所述GaAs隧穿结层(4)位于GaAs/GaInAs缓冲层(3)上方，所述中电池(5)位于GaAs隧穿结层(4)上方，所述GaInP/AlGaAs隧穿结层(6)位于中电池(5)上方，所述顶电池(7)位于GaInP/AlGaAs隧穿结层(6)上方，所述欧姆接触层(8)位于顶电池(7)上方，所述中电池(5)包括GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层(51)、AlGaInAs背面场层(52)、p型GaInAs高掺层(53)、GaInAs基区层(54)、GaInAs发射区层(55)、n型GaInAs高掺层(56)和AlInP窗口层(57)，所述顶电池(7)包括AlGaInP背面场层(71)、p型GaInP高掺层(72)、GaInP基区层(73)、GaInP发射区层(74)、n型GaInP高掺层(75)和n-AlInP窗口层(76)。
2.根据权利要求1所述的一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，其特征在于：所述AlGaInAs背面场层(52)位于GaInAs/AlGaInAs(DBR)反射层(51)上方，所述p型GaInAs高掺层(53)位于AlGaInAs背面场层(52)上方，所述GaInAs基区层(54)位于p型GaInAs高掺层(53)上方，所述GaInAs发射区层(55)位于GaInAs基区层(54)上方，所述n型GaInAs高掺层(56)位于GaInAs发射区层(55)上方，所述AlInP窗口层(57)位于n型GaInAs高掺层(56)上方。
3.根据权利要求1所述的一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，其特征在于：所述p型GaInP高掺层(72)位于AlGaInP背面场层(71)上方，所述GaInP基区层(73)位于p型GaInP高掺层(72)上方，所述GaInP发射区层(74)位于GaInP基区层(73)上方，所述n型GaInP高掺层(75)位于GaInP发射区层(74)上方，所述n-AlInP窗口层(76)位于n型GaInP高掺层(75)上方。
4.根据权利要求1所述的一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，其特征在于：所述p型GaInAs高掺层(53)厚度为0.015～0.02μm，所述n型GaInAs高掺层(56)，厚度为0.015～0.02μm。
5.根据权利要求1所述的一种提升空间太阳能电池光电转化效率的外延片，其特征在于：所述p型GaInP高掺层(72)厚度0.015～0.02μm，所述n型GaInP高掺层(75)，沉积厚度0.015～0.02μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115863466A (zh) * 2023-03-02 2023-03-28 南昌凯迅光电股份有限公司 一种砷化镓太阳电池芯片及其制备方法

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