RU2605839C2

RU2605839C2 - Photoelectric converter

Info

Publication number: RU2605839C2
Application number: RU2015107377/28A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Андреев; Роман Викторович Левин; Борис Васильевич Пушный
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-12-27
Also published as: RU2015107377A

Abstract

FIELD: electronic equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering and specifically to photoelectric converters of solar energy. Photoelectric converter based on graded-gap isotype heterostructure of semiconductor compounds A3B5 and/or A2B6 comprises a semiconductor substrate and substrate isotype photoactive layer, antireflection layer and ohmic contacts. Band gap in photoactive layer decreases in direction from illuminated surface to substrate by changing composition of photoactive layer of material, resulting in a change of band gap gradient from 0.8 eV/m to 1.2 eV/mm, which provides a pulling gradient of electric field in photoactive layer in range of 0.8-1.2 V/m.

EFFECT: photoelectric converter according to invention has high efficiency.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фотоэлектрическим преобразователям солнечной энергии.The invention relates to electronic equipment, namely to photovoltaic converters of solar energy.

Преобразование энергии света в ток полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями основано на рождении электронов и дырок при поглощении фотонов с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны материала фотоэлектрического преобразователя, с последующим разделением их электрическим полем p-n перехода. На данный момент широко используют фотоэлектрические преобразователи с p-n переходом на основе кремния, но кремний имеет неоптимальную спектральную чувствительность. Значительное увеличение КПД фотоэлектрического преобразователя возможно только при использовании структур, максимально преобразующих солнечное излучение, из которых наиболее перспективными являются многопереходные гетероструктурные фотоэлектрические преобразователи на основе соединений A³B⁵. В таких фотоэлектрические преобразователях каждый из p-n переходов изготовлен из материалов, ширина запрещенной зоны у которых убывает в направлении от светочувствительной поверхности к подложке, а все p-n переходы соединены последовательно.The conversion of light energy into current by semiconductor photoelectric converters is based on the creation of electrons and holes during the absorption of photons with energy exceeding the band gap of the material of the photoelectric converter, followed by their separation by the pn junction electric field. At the moment, silicon photoelectric converters are widely used, but silicon has a non-optimal spectral sensitivity. A significant increase in the efficiency of the photoelectric converter is possible only when using structures that maximize the conversion of solar radiation, of which the most promising are multi-junction heterostructured photoelectric converters based on A ³ B ⁵ compounds. In such photoelectric converters, each of the pn junctions is made of materials, the band gap of which decreases in the direction from the photosensitive surface to the substrate, and all pn junctions are connected in series.

Известен многопереходный фотоэлектрический преобразователь (см. патент RU 2382439, МПК H01L 31/0304, опубликован 20.02.2010), содержащий эпитаксиальную структуру, тыльный металлический контакт и лицевую металлическую контактную сетку, а также антиотражающее покрытие. Эпитаксиальная структура включает последовательно выращиваемые методом МОС-гидридной эпитаксии на подложке p-Ge нуклеационный слой n-Ga_0,51In_0,49P толщиной 170-180 нм, буферный слой Ga_0,99In_0,01As толщиной не менее 0,5 мкм, нижний туннельный диод, включающий слой n-Al_0,53In_0,47P или n-AlGaInP толщиной 30-50 нм, слой n⁺⁺-GaAs толщиной 20-30 нм, p⁺⁺-AlGaAs слой толщиной 20-30 нм и широкозонный слой p-Al_0,53In_0,47P толщиной 20-50 нм или n-AlGaInP толщиной 30-50 нм, средний p-n переход, включающий слой тыльного потенциального барьера, осаждаемые при температуре 595-605°C, базовый p-Ga_0,99In_0,01As и эмиттерный слой из n-Ga_0,99In_0,01As и слой широкозонного окна из n-AlGaAs или n-Ga_0,51In_0,49P толщиной 30-120 нм, верхний туннельный диод, включающий слой n⁺⁺-Ga_0,51In_0,01P или n⁺⁺-GaAs толщиной 10-20 нм и слой p⁺⁺-AlGaAs толщиной 10-20 нм, верхний p-n переход, выращиваемый при температуре 720-730°C и включающий p⁺-слой тыльного потенциального барьера, базовый p-слой толщиной 0,35-0,70 мкм, эмиттерный n-слой, выполненные из Ga_0,51In_0,49P, и n-слой широкозонного окна, а также n⁺-контактный слой.Known multi-junction photoelectric Converter (see patent RU 2382439, IPC H01L 31/0304, published 02/20/2010) containing an epitaxial structure, a back metal contact and a front metal contact grid, as well as an antireflection coating. The epitaxial structure includes sequentially grown by the method of MOS hydride epitaxy on a p-Ge substrate, an n-Ga _0.51 In _0.49 P nucleation layer 170-180 nm thick, a Ga buffer layer _0.99 In _0.01 As at least 0 thick. 5 microns, the bottom tunnel diode comprising a layer of n-Al _0,53 In _0,47 P or n-AlGaInP 30-50 nm thick layer of n ⁺⁺ -GaAs 20-30 nm thick, p ⁺⁺ -AlGaAs layer thickness of 20 -30 nm and a wide-gap p-Al layer of _0.53 In _0.47 P with a thickness of 20-50 nm or n-AlGaInP with a thickness of 30-50 nm, an average pn junction, including a layer of the back potential barrier, deposited at a temperature of 595-605 ° C , base p-Ga _0,99 In _0,01 As emitter and th layer of n-Ga _0,99 In _0,01 As and a layer of a wide window of n-AlGaAs or n-Ga _0,51 In _0,49 P 30-120 nm thick, the upper tunnel diode comprising a layer of n ⁺⁺ - Ga _0.51 In _0.01 P or n ⁺⁺ -GaAs with a thickness of 10-20 nm and a p ⁺⁺ -AlGaAs layer with a thickness of 10-20 nm, the upper pn junction grown at a temperature of 720-730 ° C and including p ⁺ - layer of the back potential barrier, base p-layer 0.35-0.70 μm thick, emitter n-layer made of Ga _0.51 In _0.49 P, and n-layer wide-gap window, as well as n ⁺ -contact layer .

Недостатком известного многопереходного фотоэлектрического преобразователя является сложность технологии изготовления, необходимость использовать сильно легированные слои (туннельные переходы) для последовательного соединения каскадов и значительные рекомбинационные потери на границе раздела гетероперехода GaInP/GaInAs и в n-Ge эмиттерном слое.A disadvantage of the known multi-junction photoelectric converter is the complexity of manufacturing technology, the need to use heavily doped layers (tunnel junctions) for cascading in series, and significant recombination losses at the GaInP / GaInAs heterojunction interface and in the n-Ge emitter layer.

Известен фотоэлектрический преобразователь (см. патент RU 2080690, МПК H01L 31/04, опубликован 27.05.1997), содержащий p-n переход, образованный широкозонными полупроводниками p- и n-типа проводимости, и омические контакты, при этом на поверхности широкозонного полупроводника p-типа проводимости последовательно выполнены варизонный слой p-типа проводимости и сильно легированный слой p-типа проводимости, на поверхности широкозонного полупроводника n-типа проводимости последовательно выполнены варизонный слой n-типа проводимости, слой полупроводника n-типа проводимости, более узкозонный, чем используемый для формирования p-n перехода полупроводник n-типа проводимости, и слой сильнолегированного полупроводника n-типа проводимости. Оба варизонных слоя и p-n переход выполнены так, что обедненная область заходит в варизонные слои на глубину 0,1-0,2 от суммарной толщины слоев, образующих p-n переход.A known photoelectric converter (see patent RU 2080690, IPC H01L 31/04, published May 27, 1997) containing a pn junction formed by wide-gap semiconductors of p- and n-type conductivity, and ohmic contacts, while on the surface of a wide-gap p-type semiconductor of the conductivity, a graded-gap p-type conductivity layer and a heavily doped p-type conductivity layer are sequentially made; on the surface of an n-type wide-gap semiconductor, a graded-gap n-type conductivity layer is successively made, the nth semiconductor layer and conductivity, more narrow bandgap than that used for forming the p-n transition semiconductor n-type conductivity, and highly-doped semiconductor layer of n-type conductivity. Both graded-gap layers and the p-n junction are made so that the depletion region enters the graded-gap layers to a depth of 0.1-0.2 of the total thickness of the layers forming the p-n junction.

К недостаткам известного фотоэлектрического преобразователя следует отнести наличие p-n перехода, сложность технологии изготовления и контроля интерфейса на границе A³B⁵-A²B⁶, нестабильность и дефектность интерфейса A³B⁵-A²B⁶ в предложенном решении.The disadvantages of the known photoelectric converter include the presence of pn junction, the complexity of the manufacturing technology and control of the interface at the border A ³ B ⁵ -A ² B ⁶ , the instability and imperfection of the interface A ³ B ⁵ -A ² B ⁶ in the proposed solution.

Известен фотоэлектрический преобразователь (см. патент RU 2432640, МПК H01L 31/042, опубликован 27.10.2011), содержащий p-n переход глубиной 250-1000 нм с легирующей примесью в n-слое или в p-слое 5·10¹⁹ см^-3 соответственно, металлические наночастицы размером порядка 100 нм из металлов на лицевой поверхности между микроконтактами и изолирующий слой между наночастицами. Поверх всей структуры нанесено просветляющее покрытие, при этом конфигурация и площадь изотипного p-p⁺ (n-n⁺) перехода совпадает с конфигурацией и площадью участков с n⁺-p (p⁺-n) переходами под электродами приемной стороны и тыльной поверхности.A known photoelectric converter (see patent RU 2432640, IPC H01L 31/042, published October 27, 2011) containing a pn junction with a depth of 250-1000 nm with a dopant in the n-layer or in the p-layer 5 · 10 ¹⁹ cm ^-3, respectively , metal nanoparticles of about 100 nm in size from metals on the front surface between the microcontacts and an insulating layer between the nanoparticles. An antireflection coating is applied over the entire structure, and the configuration and area of the isotype pp ⁺ (nn ⁺ ) junction coincides with the configuration and area of the sites with n ⁺ -p (p ⁺ -n) junctions under the electrodes of the receiving side and the back surface.

Недостатками известного фотоэлектрического преобразователя являются наличие p-n перехода, необходимость использовать сильно легированные слои до 5·10¹⁹ см^-3 и, как следствие, значительные рекомбинационные потери в материале с предельно высокими уровнями легирования.The disadvantages of the known photoelectric converter are the presence of a pn junction, the need to use heavily doped layers up to 5 · 10 ¹⁹ cm ^-3 and, as a result, significant recombination losses in the material with extremely high doping levels.

Известен фотоэлектрический преобразователь, совпадающий с настоящим решением по совокупности существенных признаков и принятый за прототип (см. патент RU 344781, МПК H01L 31/02, опубликован 06.04.1972). Фотоэлектрический преобразователь выполнен на основе гетероперехода n-GaAs-p-AlGaAs и включает подложку GaAs n-типа проводимости, фотоактивный слой AlGaAs p-типа проводимости, просветляющий слой и омические контакты. Фотоактивный слой имеет градиент концентрации алюминия в направлении, перпендикулярном плоскости гетероперехода от 0 до 50 ат. % на 1 мкм толщины. Это позволило увеличить коэффициент полезного действия преобразования солнечной энергии в электрическую.A known photoelectric converter, which coincides with this decision on the set of essential features and adopted as a prototype (see patent RU 344781, IPC H01L 31/02, published on 04/06/1972). The photoelectric converter is based on an n-GaAs-p-AlGaAs heterojunction and includes an n-type GaAs substrate, an p-type AlGaAs photoactive layer, an antireflection layer, and ohmic contacts. The photoactive layer has a concentration gradient of aluminum in the direction perpendicular to the plane of the heterojunction from 0 to 50 at. % per 1 micron of thickness. This allowed us to increase the efficiency of the conversion of solar energy into electrical energy.

В фотоэлектрическом преобразователе-прототипа имеет место неполное преобразование излучения солнечного спектра, связанное с характеристиками материала гетероструктуры, и необходимость изготовления p-n перехода для разделения носителей тока. Разделение носителей тока происходит в поле p-n перехода, а дополнительное электрическое поле в эмиттерах, обусловленное градиентом E_g, позволяет только увеличить сбор носителей, увеличив их скорость диффузии к p-n переходу. В преобразователе-прототипе для разделения генерированных носителей тока (электронов и дырок) используют электрическое поле p-n перехода, образующееся в месте контакта областей разного типа проводимости. Но генерированные светом носители тока рождаются в эмиттерах, и не все носители тока достигают области объемного заряда p-n перехода, поскольку имеют равную вероятность движения во всех направлениях. По пути к p-n переходу носители могут рекомбинировать между собой или просто терять часть своей энергии в результате соударений с кристаллической решеткой, то есть термализоваться. Для изготовления p-n перехода используются разные материалы легирования, и происходит совместное легирование фотоактивного материала (n- и p-примесями), что снижает его квантовую эффективность.In the photovoltaic converter of the prototype, there is an incomplete conversion of the radiation of the solar spectrum associated with the characteristics of the material of the heterostructure, and the need to manufacture a pn junction to separate current carriers. The separation of current carriers occurs in the pn junction field, and the additional electric field in the emitters, due to the gradient of E _g , can only increase the collection of carriers, increasing their diffusion rate to the pn junction. In the prototype converter, for separating the generated current carriers (electrons and holes), an electric field pn of the junction is used, which is formed at the junction of regions of different types of conductivity. But light carriers generated by light are born in emitters, and not all current carriers reach the space charge region pn of the junction, since they have an equal probability of movement in all directions. On the way to the pn junction, carriers can recombine with each other or simply lose some of their energy as a result of collisions with the crystal lattice, i.e., become thermalized. For the manufacture of the pn junction, different doping materials are used, and the photoactive material is co-doped (with n- and p-impurities), which reduces its quantum efficiency.

Задачей настоящего изобретения является создание фотоэлектрического преобразователя, имеющего повышенный КПД за счет более полного использования солнечного излучения и исключение каскадов p-n переходов, что существенно упрощает технологию изготовления.The objective of the present invention is to provide a photovoltaic converter having increased efficiency due to more complete use of solar radiation and the exclusion of cascades of p-n junctions, which greatly simplifies the manufacturing technology.

Поставленная задача решается тем, что фотоэлектрический преобразователь на основе изотипной варизонной гетероструктуры, на основе полупроводниковых соединений A3B5 и/или A2B6, содержит полупроводниковую подложку и изотипный с подложкой фотоактивный слой, просветляющий слой и омические контакты, при этом ширина запрещенной зоны в фотоактивном слое уменьшается в направлении от освещаемой поверхности к подложке за счет изменения состава материала фотоактивного слоя, приводящего к изменению ширины запрещенной зоны с градиентом 0,8-1,2 эВ/мкм, что обеспечивает градиент тянущего электрического поля в фотоактивном слое 0,8-1,2 В/мкм.The problem is solved in that a photoelectric converter based on an isotypic graded-gap heterostructure, based on semiconductor compounds A3B5 and / or A2B6, contains a semiconductor substrate and a photoactive layer isotypic with a substrate, an antireflection layer and ohmic contacts, while the band gap in the photoactive layer decreases by the direction from the illuminated surface to the substrate due to a change in the composition of the material of the photoactive layer, leading to a change in the band gap with a gradient of 0.8-1.2 eV / μm, which provides a gradient of the pulling electric field in the photoactive layer of 0.8-1.2 V / μm.

Фотоактивнй слой может быть выполнен из Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y и может иметь градиент концентраций элементов к освещаемой поверхности в диапазонах: In от 25 ат. % до 0 ат. %, Al от 0 ат. % до 60 ат. %, As от 0 ат. % до 25 ат. %.The photoactive layer can be made of Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y and can have a concentration gradient of elements to the illuminated surface in the ranges: In from 25 at. % to 0 at. %, Al from 0 at. % to 60 at. %, As from 0 at. % up to 25 at. %

Полупроводниковая подложка и фотоактивный слой могут иметь n-тип проводимости или p-тип проводимости.The semiconductor substrate and the photoactive layer may have n-type conductivity or p-type conductivity.

В настоящем фотоэлектрическом преобразователе плавное уменьшение ширины запрещенной зоны от освещаемой поверхности к подложке обеспечивает поглощение фотонов во всем диапазоне спектра без потерь, а электрическое поле, обусловленное оптимальным изменением ширины запрещенной зоны от освещаемой поверхности к подложке, позволяет отказаться от p-n перехода и увеличить коэффициент полезного действия преобразования солнечной энергии в электрическую за счет эффективного разделения и сбора генерированных светом носителей, уменьшая потери на термализацию и рекомбинацию, за счет того, что носители тока генерируются в области поглощения и находятся в электрическом поле, созданном изменением ширины запрещенной зоны, и сразу разделяются, что уменьшает вероятность рекомбинации, и имеют вектор направленного движения к контактам, при этом уменьшаются потери на термализацию. В настоящем фотоэлектрическом преобразователе отсутствуют каскады p-n переходов и элементы соединения этих каскадов (туннельные переходы), а следовательно, и отсутствуют потери на туннельных переходах и их деградация со временем. Минимальное значение градиента тянущего электрического поля 0,8 В/мкм, необходимое для разделения фотогенерированных носителей заряда, соответствует величине электрического поля, сравнимого с электрическим полем p-n перехода.In the present photoelectric converter, a smooth decrease in the band gap from the illuminated surface to the substrate ensures lossless photons in the entire spectrum range, and the electric field due to the optimal change in the band gap from the illuminated surface to the substrate allows us to reject the pn junction and increase the efficiency conversion of solar energy into electrical energy through efficient separation and collection of light-generated carriers, reducing losses thermalization and recombination, due to the fact that current carriers are generated in the absorption region and are in an electric field created by a change in the band gap, and are immediately separated, which reduces the probability of recombination, and have a directional motion vector to the contacts, while reducing losses by thermalization. In this photoelectric converter there are no cascades of p-n junctions and elements of the connection of these cascades (tunnel junctions), and, consequently, there are no losses at the tunnel junctions and their degradation with time. The minimum value of the gradient of the pulling electric field of 0.8 V / μm, necessary for the separation of photogenerated charge carriers, corresponds to the magnitude of the electric field comparable to the electric field of the p-n junction.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 схематически изображен в поперечном разрезе настоящий фотоэлектрический преобразователь;in FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a true photoelectric converter;

на фиг. 2 показана зонная диаграмма настоящего фотоэлектрического преобразователя, изготовленного по примерам 1 и 2.in FIG. 2 shows a zone diagram of a real photoelectric converter manufactured according to examples 1 and 2.

Настоящий фотоэлектрический преобразователь, в котором отсутствует p-n переход (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит подложку 1, например, из GaSb, фотоактивный слой 2 толщиной, например, не менее 0,9 мкм, с постоянным или увеличивающимся к освещаемой поверхности уровнем легирования 10¹⁷-10¹⁸ см^-3, выращенный, например, методом эпитаксии из металлоорганических соединений на основе твердых растворов Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y, путем последовательного, непрерывного изменения состава (для увеличения ширины запрещенной зоны Eg от подложки 1 к освещаемой поверхности) от Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0, 0,25>u>0, 0,22>y>0) с Eg~0,45 эВ до Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (0<x<0,6, u=0, 0<y<0,07) с Eg~1,5 эВ; контактный слой 3, например, из GaSb толщиной, например, 0,2-0,5 мкм, с уровнем легирования 10¹⁸ см^-3; верхний омический контакт 4 и просветляющее покрытие 5. С тыльной стороны подложки сформирован тыльный омический контакт 6. Подложка 1, фотоактивный слой 2 и контактный слой 3 имеют одинаковый тип проводимости (n- или p-типа проводимость).A real photoelectric converter in which there is no pn junction (see Fig. 1, Fig. 2) contains a substrate 1, for example, of GaSb, a photoactive layer 2 with a thickness of, for example, at least 0.9 μm, with a constant or increasing to the illuminated surface doping level 10 ¹⁷ -10 ¹⁸ cm ^-3 , grown, for example, by epitaxy from organometallic compounds based on Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solutions, by sequential, continuous composition change (to increase the forbidden width zone Eg from the substrate 1 to the illuminated surface) from Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y (x = 0, 0.25>u> 0, 0.22>y> 0) with Eg ~ 0.45 eV to Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y (0 <x <0.6, u = 0, 0 <y <0.07) with Eg ~ 1.5 eV; the contact layer 3, for example, of GaSb with a thickness of, for example, 0.2-0.5 μm, with a doping level of 10 ¹⁸ cm ^-3 ; the upper ohmic contact 4 and the antireflection coating 5. On the back side of the substrate, the rear ohmic contact 6. The substrate 1, the photoactive layer 2 and the contact layer 3 have the same type of conductivity (n- or p-type conductivity).

Пример 1. Был изготовлен фотоэлектрический преобразователь методом газофазной эпитаксии из металлоогранических соединений (МОСГФЭ) на подложках n-GaSb методом ГФЭМОС. Температура роста составляла 550-650°C, давление в реакторе - 100 мбар. Поток газа носителя (H₂) составлял - F_c=5,5 л/мин. Источником мышьяка (As) для получаемых твердых растворов служил арсин (AsH₃), источником сурьмы (Sb) являлась триметилсурьма (TMSb). Источником Ga служил триэтилгаллий (TEGa), источником In служил TMIn, источником Al служил триметилалюминий (TMAl). В качестве источника легирующей примеси использовали для n-типа проводимости - диэтилтеллур (DETe). Скорость роста составляла 1 мкм/час. Изготовление преобразователя начиналось с роста твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0, u=0,25, y=0,22) с Eg~0,45 эВ, изменение градиента обеспечивалось за счет непрерывного изменения состава со скоростью изменения градиента 0,02 эВ/мин путем последовательного изменения потоков элементов до Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0.6, u=0, y=0.07) с Eg~1,5 эВ. Рост твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y осуществляли с неизменным типом проводимости во всей структуре и концентрацией электронов 10¹⁷ см^-3. Общая толщина твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y составляла 1,1 мкм. Затем выращивали контактный слой GaSb толщиной 0,2 мкм, с уровнем легирования 10¹⁸ см^-3, необходимый для формирования надежного металлического омического контакта. Далее были сформированы тыльный и фронтальный омические контакты. Подложка, буферный слой, фотоактивный слой и контактный слой имели n-тип проводимостиExample 1. A photoelectric converter was produced by gas phase epitaxy from metal-organic compounds (MOSHFE) on n-GaSb substrates by the HFEMOS method. The growth temperature was 550-650 ° C, the pressure in the reactor was 100 mbar. The carrier gas flow (H ₂ ) was F _c = 5.5 L / min. Arsine (AsH ₃ ) served as the source of arsenic (As) for the obtained solid solutions; trimethylantimony (TMSb) was the source of antimony (Sb). The source of Ga was triethyl gallium (TEGa), the source of In was TMIn, and the source of Al was trimethylaluminum (TMAl). As a source of dopant, we used diethyltellurium (DETe) for n-type conductivity. The growth rate was 1 μm / hour. The manufacture of the converter began with the growth of an Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution (x = 0, u = 0.25, y = 0.22) with Eg ~ 0.45 eV, a gradient change was ensured for due to a continuous change in composition with a gradient change rate of 0.02 eV / min by sequentially changing the element fluxes to Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y (x = 0.6, u = 0, y = 0.07) with Eg ~ 1.5 eV. The growth of the Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution was carried out with an unchanged conductivity type in the whole structure and an electron concentration of 10 ¹⁷ cm ^-3 . The total thickness of the Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution was 1.1 μm. Then a GaSb contact layer was grown with a thickness of 0.2 μm, with a doping level of 10 ¹⁸ cm ^-3 , necessary for the formation of a reliable metallic ohmic contact. Then the rear and frontal ohmic contacts were formed. The substrate, buffer layer, photoactive layer and contact layer had n-type conductivity

Пример 2. Был изготовлен фотоэлектрический преобразователь методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МОСГФЭ) на подложках p-GaSb методом ГФЭМОС. Температура роста составляла 550-650°C. Величина давления в реакторе составляла 100 мбар. Источником мышьяка (As) для получаемых твердых растворов служил арсин (AsH₃), источником сурьмы (Sb) служила триметилсурьма (TMSb). Источником Ga служил - триэтилгаллий (TEGa), источником In служил - TMIn, источником Al служил триметилалюминий (TMAl). В качестве источника легирующей примеси использовали для p-типа проводимости силан (SiH₄). Скорость роста составляла 1,5 мкм/ч. Изготовление фотоэлектрического преобразователя без p-n перехода начиналось с роста твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0, u=0.25, y=0.22) с Eg~0,45 эВ, изменение градиента обеспечивалось за счет непрерывного изменения состава со скоростью изменения градиента 0,015 эВ/мин, путем последовательного изменения потоков элементов до Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0,6, u=0, y=0,07) с Eg~1,5 эВ. Рост твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y осуществляли с неизменным типом проводимости во всей структуре и концентрацией дырок 10¹⁸ см^-3. Общая толщина твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y составляла 0,88 мкм. Затем выращивали контактный слой GaSb (n или p типа проводимости) толщиной 0,5 мкм, с уровнем легирования 10¹⁸ см^-3, необходимый для формирования надежного металлического контакта. Далее были сформированы тыльный и фронтальный омические контакты. Подложка, фотоактивный слой и контактный слой имели p-тип проводимости.Example 2. A photoelectric converter was produced by gas phase epitaxy from organometallic compounds (MOSHFE) on p-GaSb substrates by the HFEMOS method. The growth temperature was 550-650 ° C. The pressure in the reactor was 100 mbar. Arsine (AsH ₃ ) served as the source of arsenic (As) for the obtained solid solutions; trimethylantimony (TMSb) served as the source of antimony (Sb). The source of Ga was triethyl gallium (TEGa), the source of In was TMIn, and the source of Al was trimethylaluminum (TMAl). Silane (SiH ₄ ) was used as a source of dopant for the p-type conductivity. The growth rate was 1.5 μm / h. The fabrication of a photoelectric converter without a pn junction began with the growth of an Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution (x = 0, u = 0.25, y = 0.22) with Eg ~ 0.45 eV, a gradient change was ensured for due to a continuous change in composition with a gradient change rate of 0.015 eV / min, by successively changing the fluxes of elements to Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y (x = 0.6, u = 0, y = 0.07) with Eg ~ 1.5 eV. The growth of the Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution was carried out with an invariable type of conductivity in the entire structure and hole concentration of 10 ¹⁸ cm ^-3 . The total thickness of the Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution was 0.88 μm. Then a GaSb contact layer (n or p type of conductivity) was grown with a thickness of 0.5 μm, with a doping level of 10 ¹⁸ cm ^-3 , necessary for the formation of a reliable metal contact. Then the rear and frontal ohmic contacts were formed. The substrate, photoactive layer and contact layer had p-type conductivity.

Пример 3. Фотоэлектрический преобразователь без p-n перехода был сформирован на основе твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y, согласованного по постоянной кристаллической решетки с подложкой InAs. Вначале на подложке InAs был сформирован твердый раствор Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0, u=0.23, y=0.17) с Eg~0,45 эВ с дальнейшим изменением ширины запрещенной зоны за счет непрерывного градиента состава со скоростью изменения градиента 0,014 эВ/мин путем последовательного изменения потоков элементов до Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y (x=0,5, u=0, y=0,13) с Eg~1,4 эВ. Получение твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y осуществляли с неизменным типом проводимости во всей структуре и концентрацией носителей 10¹⁸ см^-3. Общая толщина твердого раствора Al_xIn_uGa_1-x-uAs_ySb_1-y составляла 0,8 мкм. Затем выращивали контактный слой InAs (n- или p-типа проводимости) толщиной 0,5 мкм, с уровнем легирования 10¹⁸ см^-3, необходимый для формирования надежного металлического контакта. Далее были сформированы тыльный и фронтальный омические контакты. Подложка, фотоактивный слой и контактный слой имеют n-тип проводимости.Example 3. A photoelectric converter without a pn junction was formed on the basis of an Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution matched by the lattice constant with the InAs substrate. First, an Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution (x = 0, u = 0.23, y = 0.17) with Eg ~ 0.45 eV was formed on the InAs substrate with a further change in the band gap due to continuous composition gradient with a gradient change rate of 0.014 eV / min by sequentially changing the fluxes of elements to Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y (x = 0.5, u = 0, y = 0.13) with Eg ~ 1.4 eV. The Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution was _prepared with an invariable type of conductivity in the entire structure and a carrier concentration of 10 ¹⁸ cm ^-3 . The total thickness of the Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y solid solution was 0.8 μm. Then, an InAs contact layer (n- or p-type conductivity) was grown with a thickness of 0.5 μm, with a doping level of 10 ¹⁸ cm ^-3 , necessary for the formation of a reliable metal contact. Then the rear and frontal ohmic contacts were formed. The substrate, the photoactive layer and the contact layer have n-type conductivity.

Пример 4. Фотоэлектрический преобразователь без p-n перехода на основе твердого раствора Al_xIn_yGa_1-x-yAs, согласованного по постоянной кристаллической решетки с подложкой InP. Вначале на подложке InP был сформирован твердый раствор Al_xIn_yGa_1-x-yAs (x=0, y=0.53) с Eg~0,75 эВ с дальнейшим изменением ширины запрещенной зоны за счет непрерывного градиента состава со скоростью изменения градиента 0,016 эВ/мин путем последовательного изменения потоков элементов до Al_xIn_yGa_1-x-yAs (x=0,51, y=0.49) с Eg~1,56 эВ. Получение твердого раствора Al_xIn_yGa_1-x-yAs осуществляли с неизменным типом проводимости во всей структуре и концентрацией носителей 10¹⁸ см^-3. Общая толщина твердого раствора Al_xIn_yGa_1-x-yAs составляла 0,8 мкм. Затем выращивали контактный слой InGaAs (n- или p-типа проводимости) толщиной 0,5 мкм, с уровнем легирования 10¹⁸ см^-3, необходимый для формирования надежного металлического контакта. Далее были сформированы тыльный и фронтальный омические контакты. Подложка, фотоактивный слой и контактный слой имеют n-тип проводимости.Example 4. A photoelectric converter without a pn junction based on an Al _x In _y Ga _1-xy As solid solution matched by the lattice constant with an InP substrate. First, an Al _x In _y Ga _1-xy As solid solution (x = 0, y = 0.53) with Eg ~ 0.75 eV was formed on the InP substrate with a further change in the band gap due to the continuous gradient of the composition with a gradient rate of 0.016 eV / min by sequentially changing the fluxes of elements to Al _x In _y Ga _1-xy As (x = 0.51, y = 0.49) with Eg ~ 1.56 eV. The Al _x In _y Ga _1-xy As solid solution was prepared with an invariable type of conductivity in the entire structure and carrier concentration of 10 ¹⁸ cm ^–3 . The total thickness of the Al _x In _y Ga _1-xy As solid solution was 0.8 μm. Then, an InGaAs contact layer (n- or p-type conductivity) was grown with a thickness of 0.5 μm, with a doping level of 10 ¹⁸ cm ^-3 , necessary for the formation of a reliable metal contact. Then the rear and frontal ohmic contacts were formed. The substrate, the photoactive layer and the contact layer have n-type conductivity.

Claims

1. A photovoltaic converter based on an isotype graded-gap heterostructure of semiconductor compounds A3B5 and / or A2B6, containing a semiconductor substrate and a photoactive layer isotypic with a substrate, an antireflection layer and ohmic contacts, while the band gap in the photoactive layer decreases in the direction from the illuminated surface to the substrate due to a change in the composition of the material of the photoactive layer, leading to a change in the band gap with a gradient from 0.8 eV / μm to 1.2 eV / μm, which provides a gradient t a revealing electric field in the photoactive layer in the range of 0.8-1.2 V / μm.

2. The converter according to claim 1, characterized in that the photoactive layer is made of Al _x In _u Ga _1-xu As _y Sb _1-y and has a gradient of element concentrations to the illuminated surface in the ranges: In from 25 at. % to 0 at. %, Al from 0 at. % to 60 at. %, As from 0 at. % up to 25 at. %

3. The Converter according to claim 1, characterized in that the semiconductor substrate and the photoactive layer have n-type conductivity.

4. The Converter according to claim 1, characterized in that the semiconductor substrate and the photoactive layer have p-type conductivity.