RU2611569C1 - Metamorphic photovoltaic converter - Google Patents
Metamorphic photovoltaic converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611569C1 RU2611569C1 RU2015152559A RU2015152559A RU2611569C1 RU 2611569 C1 RU2611569 C1 RU 2611569C1 RU 2015152559 A RU2015152559 A RU 2015152559A RU 2015152559 A RU2015152559 A RU 2015152559A RU 2611569 C1 RU2611569 C1 RU 2611569C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- metamorphic
- wide
- photoconverter
- gap window
- Prior art date
Links
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
Images
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 at least one potential-jump barrier or surface barrier
- 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 at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0725—Multiple junction or tandem solar cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для создания фотопреобразователей (солнечных элементов).The invention relates to semiconductor electronics and can be used to create photoconverters (solar cells).
В последние десятилетия в мире постоянно возрастал интерес к возобновляемым источникам энергии, в частности использующим солнечную энергию. Для космических летательных аппаратов фотовольтаика (солнечная энергетика) является единственным источником энергии, что во многом обуславливает ее развитие, однако в последние годы постоянно растет и доля фотовольтаики в общем объеме энергии, генерируемой наземными электростанциями. При этом разработка полупроводниковых структур каскадных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе соединений А3В5, преобразующих концентрированное излучение, является одним из наиболее перспективных путей к достижению наивысших значений КПД фотоэлектрического преобразования. Значительное ограничение на КПД каскадных ФЭП накладывают свойства полупроводниковых материалов, из которых выполнены элементы их полупроводниковой структуры. В первую очередь, это относится к параметру кристаллической решетки. Наличие рассогласования материалов по параметру решетки приводит к накапливанию упругих напряжений, которые релаксируют при достижении определенной толщины с образованием дефектов, что особенно критично для фотопреобразующих структур ввиду большой толщины их фотоактивных слоев. Таким образом, обеспечение возможности расширения спектрального диапазона фоточувствительности субэлементов каскадного ФЭП, которое влечет за собой увеличение генерируемого ими фототока, является важной задачей для реализации потенциала КПД каскадных фотопреобразователей.In recent decades, interest in renewable energy sources, in particular using solar energy, has constantly increased in the world. For spacecraft, photovoltaics (solar energy) is the only source of energy, which largely determines its development, however, in recent years, the share of photovoltaics in the total amount of energy generated by ground-based power plants. Moreover, the development of semiconductor structures of cascade photoelectric converters (PECs) based on A 3 B 5 compounds that convert concentrated radiation is one of the most promising ways to achieve the highest values of photoelectric conversion efficiency. A significant limitation on the efficiency of cascade solar cells is imposed by the properties of semiconductor materials from which elements of their semiconductor structure are made. First of all, this refers to the crystal lattice parameter. The presence of mismatch of materials with respect to the lattice parameter leads to the accumulation of elastic stresses, which relax when a certain thickness is reached with the formation of defects, which is especially critical for photoconverting structures due to the large thickness of their photoactive layers. Thus, providing the possibility of expanding the spectral range of the photosensitivity of the subelements of the cascade photomultiplier, which entails an increase in the photocurrent generated by them, is an important task for realizing the efficiency potential of cascade photoconverters.
Известен метаморфный фотопреобразователь (см. заявка US 20140370648, МПК H01L 31/18, опубл. 18.12.2014), содержащий подложку из GaAs и три инвертированных фотоактивных p-n-перехода, один из которых выполнен из GalnAs с использованием метаморфного буферного слоя, при этом GaInAs p-n-переход включает базовый слой, эмиттерный слой и слой широкозонного окна, выполненный из GaInP.Known metamorphic photoconverter (see application US 20140370648, IPC H01L 31/18, publ. 12/18/2014) containing a GaAs substrate and three inverted photoactive pn junctions, one of which is made of GalnAs using a metamorphic buffer layer, with GaInAs The pn junction includes a base layer, an emitter layer, and a wide-gap window layer made of GaInP.
Недостатком известного метаморфного фотопреобразователя является недостаточный фототок GaInAs p-n-перехода, связанный с рекомбинацией носителей на гетерогранице эмиттерного слоя GaInAs и слоя широкозонного окна GaInP, а также с потерей носителей, фотогенерированных в слое широкозонного окна.A disadvantage of the known metamorphic photoconverter is the insufficient GaInAs pn junction photocurrent associated with carrier recombination at the heteroboundary of the GaInAs emitter layer and the GaInP wide-gap window layer, as well as with the loss of carriers photogenerated in the wide-gap window layer.
Известен метаморфный фотопреобразователь (см. заявка US 20120211068, МПК H01L 31/18, опубл. 24.09.2007), содержащий подложку из GaAs и четыре инвертированных фотоактивных p-n-перехода, два из которых выполнены из GaInAs с использованием метаморфных буферных слоев, при этом один из GaInAs p-n-переходов включает базовый слой, эмиттерный слой и слой широкозонного окна, выполненный из AlGaInAs.Known metamorphic photoconverter (see application US 20120211068, IPC H01L 31/18, published September 24, 2007) containing a GaAs substrate and four inverted photoactive pn junctions, two of which are made of GaInAs using metamorphic buffer layers, one of which of GaInAs pn junctions includes a base layer, an emitter layer and a wide-gap window layer made of AlGaInAs.
Недостатком известного метаморфного фотопреобразователя является значительное последовательное сопротивление структуры за счет большого разрыва зон на гетерогранице широкозонное окно-эмиттерный слой, связанное с наличием AlGaInAs широкозонного окна с большим содержанием алюминия.A disadvantage of the known metamorphic photoconverter is a significant series resistance of the structure due to the large gap of the zones at the heteroboundary of the wide-gap window-emitter layer associated with the presence of AlGaInAs wide-gap window with a high aluminum content.
Известен метаморфный фотопреобразователь (см. заявка ЕР 2086024, МПК H01L 31/18, опубл. 24.09.2007), содержащий подложку из GaAs и четыре инвертированных фотоактивных p-n-перехода, два из которых выполнены из GaInAs с использованием метаморфных буферных слоев, при этом один из GaInAs p-n-переходов является гетеропереходом.A metamorphic photoconverter is known (see application EP 2086024, IPC H01L 31/18, published September 24, 2007) containing a GaAs substrate and four inverted photoactive pn junctions, two of which are made of GaInAs using metamorphic buffer layers, with one of GaInAs pn junctions is a heterojunction.
Недостатками известного метаморфного фотопреобразователя являются большое последовательное сопротивление структуры, связанное с наличием AlGaInAs широкозонного окна, а также малый фототок, генерируемый метаморфными p-n-переходами в случае использования широкозонного окна GaInP.The disadvantages of the known metamorphic photoconverter are the large series resistance of the structure associated with the presence of AlGaInAs wide-gap window, as well as the small photocurrent generated by metamorphic p-n junctions in the case of using a wide-gap GaInP window.
Наиболее близким к настоящему техническому решению по совокупности существенных признаков является метаморфный фотопреобразователь (см. заявка US 20120240987, МПК H01L 31/18, опубл. 27.09.2012), принятый за прототип и включающий подложку из Ge, метаморфный буферный слой и один фотоактивный p-n-переход, выполненный из GaInAs и включающий базовый слой, эмиттерный слой и слой широкозонного окна из GaInP.The closest to this technical solution for the combination of essential features is a metamorphic photoconverter (see application US 20120240987, IPC H01L 31/18, publ. 09/27/2012), adopted as a prototype and includes a Ge substrate, a metamorphic buffer layer and one photoactive pn- a transition made of GaInAs and comprising a base layer, an emitter layer and a wide-gap window layer of GaInP.
Недостатками известного метаморфного фотопреобразователя является рекомбинация носителей на гетерогранице эмиттерного слоя из GaInAs и слоя широкозонного окна из GaInP, а также выход носителей, фотогенерированных в слое широкозонного окна за пределы фотоактивного перехода, что снижает эффективность его преобразования.The disadvantages of the known metamorphic photoconverter are the recombination of carriers at the heteroboundary of the GaInAs emitter layer and the GaInP wide-gap window layer, as well as the exit of carriers photogenerated in the wide-gap window layer beyond the photoactive transition, which reduces its conversion efficiency.
Задачей настоящего решения является создание такого метаморфного фотопреобразователя, в котором обеспечивалось бы хорошее собирание носителей, фотогенерированных в слое широкозонного окна и в эмиттерном слое, что обуславливает повышение фототока и КПД фотопреобразователя.The objective of this solution is to create such a metamorphic photoconverter in which a good collection of carriers photogenerated in the wide-gap window layer and in the emitter layer is ensured, which leads to an increase in the photocurrent and photoconverter efficiency.
Поставленная задача достигается тем, что метаморфный фотопреобразователь включает последовательно выращенные на подложке из GaAs метаморфный буферный слой и по меньшей мере одни фотоактивный p-n-переход, выполненный из InGaAs и включающий базовый слой и эмиттерный слой, а также слой широкозонного окна из In(AlxGa1-x)As, где x=0,2-0,5, и контактный субслой из InGaAs.This object is achieved in that the metamorphic photoconverter includes a metamorphic buffer layer sequentially grown on a GaAs substrate and at least one photoactive pn junction made of InGaAs and including a base layer and an emitter layer, as well as a layer of a wide-gap window made of In (Al x Ga 1-x ) As, where x = 0.2-0.5, and the contact sublayer from InGaAs.
В метаморфном фотопреобразователе p-n-переход может быть выполнен из InyGa1-yAs, где y=0,24.In a metamorphic photoconverter, the pn junction can be made of In y Ga 1-y As, where y = 0.24.
Между метаморфным буферным слоем и базовым слоем может быть включен слой тыльного потенциального барьера из In(AlGa)As.A back potential barrier layer of In (AlGa) As may be included between the metamorphic buffer layer and the base layer.
В метаморфном фотопреобразователе базовый слой может быть выполнен толщиной 3000 нм, эмиттерный слой может быть выполнен толщиной 500 нм, слой широкозонного окна может быть выполнен толщиной 50 нм, а контактный субслой может быть выполнен 300 нм.In a metamorphic photoconverter, the base layer can be made with a thickness of 3000 nm, the emitter layer can be made with a thickness of 500 nm, the wide-gap window layer can be made with a thickness of 50 nm, and the contact sublayer can be made with 300 nm.
Новым в метаморфном фотопреобразователе является выполнение слоя широкозонного окна из Inx(AlyGa1-y)1-xAs, где x=0,2-0,5, что позволяет повысить фототок, генерируемый фотопреобразователем, и сократить его последовательное сопротивление.New in the metamorphic photoconverter is the implementation of a wide-gap window layer of In x (Al y Ga 1-y ) 1-x As, where x = 0.2-0.5, which allows to increase the photocurrent generated by the photoconverter and reduce its series resistance.
В метаморфном фотопреобразователе уровень легирования базового слоя атомами кремния может составлять порядка 1⋅1017 см-3, уровень легирования эмиттерного слоя атомами цинка может составлять порядка 1⋅1018 см-3, а уровень легирования слоя широкозонного окна атомами цинка может составлять порядка 2⋅1018 см-3.In a metamorphic photoconverter, the doping level of the base layer with silicon atoms can be about 1⋅10 17 cm -3 , the doping level of the emitter layer with zinc atoms can be about 1⋅10 18 cm -3 , and the doping level of a wide-gap window layer with zinc atoms can be about 2⋅ 10 18 cm -3 .
В метаморфном фотопреобразователе уровень легирования контактного субслоя атомами цинка может составлять порядка 1⋅1019 см-3.In a metamorphic photoconverter, the doping level of the contact sublayer with zinc atoms can be about 1 × 10 19 cm -3 .
Настоящее техническое решение поясняется чертежами, гдеThis technical solution is illustrated by drawings, where
на фиг. 1 показано схематичное изображение поперечного сечения настоящего метаморфного фотопреобразователя;in FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a true metamorphic photoconverter;
на фиг. 2 представлены зонные диаграммы гетеропереходов: контактный субслой/слой широкозонного окна/эмиттер для метаморфного фотопреобразователя, включающего слой широкозонного окна, выполненный из In0.24Al0.76As (кривая 1 - зона проводимости, кривая 2 - валентная зона) и In0.24(Al0.5Ga0.5)0.76As (кривая 3 - зона проводимости, кривая 4 - валентная зона), кривая 5 - уровень Ферми;in FIG. Figure 2 shows the band diagrams of heterojunctions: a contact sublayer / wide-gap window layer / emitter for a metamorphic photoconverter including a wide-gap window layer made of In 0.24 Al 0.76 As (
на фиг. 3 представлены спектральные характеристики метаморфного фотопреобразователя, включающего слой широкозонного окна, выполненный из In0.24Al0.76As (кривая 6) и In0.24(Al0.5Ga0.5)0.76As (кривая 7);in FIG. Figure 3 shows the spectral characteristics of a metamorphic photoconverter, including a wide-gap window layer made of In 0.24 Al 0.76 As (curve 6) and In 0.24 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.76 As (curve 7);
на фиг. 4 представлены вольтамперные характеристики метаморфного фотопреобразователя, включающего слой широкозонного окна, выполненный из In0.24Al0.76As (кривая 8) и In0.24(Al0.5Ga0.5)0.76As (кривая 9).in FIG. Figure 4 shows the current-voltage characteristics of a metamorphic photoconverter, including a wide-gap window layer made of In 0.24 Al 0.76 As (curve 8) and In 0.24 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.76 As (curve 9).
Настоящий метаморфный фотопреобразователь (фиг. 1) включает подложку 1, выполненную из GaAs, метаморфный буферный слой 2 и по меньшей мере один фотоактивный p-n-переход 3, выполненный из InGaAs и включающий базовый слой 4, с толщиной, например, 3000 нм и уровнем легирования, например, атомами кремния порядка 1⋅1017 см-3, и эмиттерный слой 5, выполненный толщиной, например 500 нм и уровнем легирования, например, атомами цинка порядка 1⋅1018 см-3, слой 6 широкозонного окна, выполненный из In(AlxGa1-x)As, где x=0,2-0,5, толщиной, например, 50 нм, и уровнем легирования, например, атомами цинка порядка 2⋅1018 см-3, и контактный субслой 7, выполненный из InxGa1-xAs с толщиной, например 300 нм, и уровнем легирования, например, атомами цинка порядка 1⋅1019 см-3.The present metamorphic photoconverter (Fig. 1) includes a
В случае рассогласования подложки 1 и растущего метаморфного буферного слоя 2 в последнем будут накапливаться упругие напряжения. При накоплении критического значения упругих напряжений происходит пластическая деформация, и часть упругой энергии превращается в энергию дислокаций. Другая часть упругой энергии идет на работу, совершаемую кристаллической решеткой при расширении или сжатии объема твердой фазы после частичной релаксации упругих напряжений.In case of a mismatch between the
Метаморфный буферный слой (МБС) 2 может представлять собой набор релаксированных субслоев переменного состава, на интерфейсы которого загибаются дислокации. Профиль изменения состава может быть линейным, ступенчатым или пилообразным.A metamorphic buffer layer (MBS) 2 can be a set of relaxed sublayers of variable composition, on whose interfaces dislocations are bent. The composition change profile may be linear, stepwise, or sawtooth.
С целью увеличения собирания фотогенерированных носителей из области широкозонного окна, в настоящем изобретении были оптимизированы параметры слоя 6 широкозонного окна. Для этого предварительно был проведен численный расчет зонной диаграммы структуры ФЭП. В результате было обнаружено, что при составе слоя 6 широкозонного окна In0.24AlAs (в случае ФЭП с концентрацией In 24%), данный слой имеет энергетический максимум для дна зоны проводимости (фиг 2, кривая 1). Так как слой 6 широкозонного окна легирован акцепторной примесью, неосновными носителями заряда (ННЗ) в нем являются электроны. Подобный вид дна зоны проводимости приводит к тому, что ННЗ, рожденные в области поля, направленного к контактному субслою 7, погибнут, не дав вклада в фототок. В результате в коротковолновой области снижается внутренний квантовый выход.In order to increase the collection of photogenerated carriers from the wide-gap window region, the parameters of the wide-
Такое же поведение происходит при использовании слоя 6 широкозонного окна, выполненного из GaInP. Важно также отметить, что интерфейс между слоями GaInP слоя 6 широкозонного окна и GaInAs эмиттерного слоя 5 может характеризоваться повышенной рекомбинацией, так как эти материалы этих слоев имеют разные атомы пятой группы (мышьяк и фосфор), что будет приводить к рекомбинации носителей, фотогенерированных в эмиттерном слое 5, вблизи слоя 6 широкозонного окна.The same behavior occurs when using
При добавлении в состав слоя 6 широкозонного окна In0.24AlAs галлия, ширина запрещенной зоны снижается, что существенно изменяет вид зонной диаграммы. Оптимальным составом для слоя 6 широкозонного окна в исследованной структуре ФЭП является состав In0.24(Al0.5Ga0.5)0.76As. При данном составе в слое 6 окна оказывается встроено поле (фиг. 2, кривая 3). Направление поля способствует движению фотогенерированных электронов в сторону эмиттера, что способствует более полному собиранию ННЗ.When gallium is added to the composition of
Было дополнительно проведено сравнение спектральных характеристик квантового выхода ФЭП с различным составом широкозонного окна. Несмотря на то что уменьшение ширины запрещенной зоны слоя окна должно приводить к улучшению поглощения длинноволновых фотонов и, как следствие, являться оптическим фильтром для ФЭП, измеренная спектральная характеристика фотоэлемента с более узкозонным окном (фиг 4, кривая 7) имела более высокий внутренний квантовый выход. Это полностью подтверждает моделирование зонной диаграммы. При увеличении спектральной эффективности для коротковолнового диапазона была сохранена спектральная эффективность для длинноволнового края, тем самым увеличив суммарный вырабатываемый фототок.An additional comparison was made of the spectral characteristics of the quantum yield of the photomultiplier with different composition of the wide-gap window. Despite the fact that a decrease in the band gap of a window layer should lead to an improvement in the absorption of long-wavelength photons and, as a result, be an optical filter for a photomultiplier, the measured spectral characteristic of a solar cell with a narrower-gap window (Fig. 4, curve 7) had a higher internal quantum yield. This fully confirms the modeling of the zone diagram. With increasing spectral efficiency for the short wavelength range, the spectral efficiency for the long wavelength edge was preserved, thereby increasing the total generated photocurrent.
Оптимизация широкозонного окна также позволила значительно улучшить электрические характеристики. Это является следствием уменьшения ширины запрещенной зоны и уменьшения барьера для основных носителей заряда в слое широкозонного окна (фиг. 2, кривая 4). Действительно, в случае использования широкозонного окна In0.24AlAs в валентной зоне возникал высокий барьер, препятствующий транспорту дырок в сторону контактного подслоя (фиг. 2, кривая 2), что выражалось в повышении последовательного сопротивления и падении КПД ФЭП (фиг 4, кривая 8). В результате использования широкозонного окна, выполненного из In0.24(Al0.5Ga0.5)0.76As, удалось уменьшить последовательное сопротивление структуры и существенно увеличить фактор заполнения (фиг. 4, кривая 9), а следовательно, и КПД.The optimization of the wide-gap window also significantly improved electrical performance. This is a consequence of a decrease in the band gap and a decrease in the barrier for the main charge carriers in the wide-gap window layer (Fig. 2, curve 4). Indeed, in the case of using the wide-gap In 0.24 AlAs window, a high barrier appeared in the valence band, which impeded the transport of holes toward the contact sublayer (Fig. 2, curve 2), which was expressed in an increase in the series resistance and a decrease in the photomultiplier efficiency (Fig. 4, curve 8) . As a result of using a wide-gap window made of In 0.24 (Al 0.5 Ga 0.5 ) 0.76 As, it was possible to reduce the series resistance of the structure and significantly increase the filling factor (Fig. 4, curve 9), and therefore the efficiency.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152559A RU2611569C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Metamorphic photovoltaic converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152559A RU2611569C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Metamorphic photovoltaic converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2611569C1 true RU2611569C1 (en) | 2017-02-28 |
Family
ID=58459096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015152559A RU2611569C1 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Metamorphic photovoltaic converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611569C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2292610C1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-01-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Method for making a photo-transformer |
| EP1798777A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-06-20 | The Boeing Company | Reduced band gap absorber for solar cells |
| US20120031478A1 (en) * | 2010-08-09 | 2012-02-09 | The Boeing Company | Heterojunction Solar Cell |
| US20120211068A1 (en) * | 2007-09-24 | 2012-08-23 | Emcore Solar Power, Inc. | Inverted metamorphic multijunction solar cell with two metamorphic layers and homojunction top cell |
| US20120240987A1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | The Boeing Company | Metamorphic solar cell having improved current generation |
| US20130133730A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-05-30 | Microlink Devices, Inc. | Thin film inp-based solar cells using epitaxial lift-off |
| US20130298961A1 (en) * | 2006-08-07 | 2013-11-14 | Emcore Solar Power, Inc. | Solar power system for space vehicles or satellites using inverted metamorphic multijunction solar cells |
| RU2528277C1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | METHOD OF MAKING MULTI-STAGE SOLAR CELLS BASED ON Galnp/Galnas/Ge SEMICONDUCTOR STRUCTURE |
-
2015
- 2015-12-09 RU RU2015152559A patent/RU2611569C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2292610C1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-01-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Method for making a photo-transformer |
| EP1798777A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-06-20 | The Boeing Company | Reduced band gap absorber for solar cells |
| US20130298961A1 (en) * | 2006-08-07 | 2013-11-14 | Emcore Solar Power, Inc. | Solar power system for space vehicles or satellites using inverted metamorphic multijunction solar cells |
| US20120211068A1 (en) * | 2007-09-24 | 2012-08-23 | Emcore Solar Power, Inc. | Inverted metamorphic multijunction solar cell with two metamorphic layers and homojunction top cell |
| US20120031478A1 (en) * | 2010-08-09 | 2012-02-09 | The Boeing Company | Heterojunction Solar Cell |
| US20120240987A1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | The Boeing Company | Metamorphic solar cell having improved current generation |
| US20130133730A1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-05-30 | Microlink Devices, Inc. | Thin film inp-based solar cells using epitaxial lift-off |
| RU2528277C1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | METHOD OF MAKING MULTI-STAGE SOLAR CELLS BASED ON Galnp/Galnas/Ge SEMICONDUCTOR STRUCTURE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10355159B2 (en) | Multi-junction solar cell with dilute nitride sub-cell having graded doping | |
| TWI600173B (en) | Multijunction solar cell with low band gap absorbing layer in the middle cell and method for fabricating the same | |
| Dimroth et al. | Metamorphic GayIn1− yP/Ga1− xInxAs tandem solar cells for space and for terrestrial concentrator applications at C> 1000 suns | |
| US20170338357A1 (en) | Exponential doping in lattice-matched dilute nitride photovoltaic cells | |
| Özen et al. | Performance evaluation of a GaInP/GaAs solar cell structure with the integration of AlGaAs tunnel junction | |
| US20130228216A1 (en) | Solar cell with gradation in doping in the window layer | |
| EP3533086B1 (en) | Photovoltaic device | |
| US20140090700A1 (en) | High-concentration multi-junction solar cell and method for fabricating same | |
| EP2573825B1 (en) | Multi-layer back surface field layer in a solar cell structure | |
| RU2539102C1 (en) | Multijunction solar cell | |
| US10109758B2 (en) | Photovoltaic cell with variable band gap | |
| US20190288147A1 (en) | Dilute nitride optical absorption layers having graded doping | |
| Salem et al. | Performance optimization of the InGaP/GaAs dual-junction solar cell using SILVACO TCAD | |
| Kudryashov et al. | Design of multijunction GaPNAs/Si heterostructure solar cells by computer simulation | |
| US20150083204A1 (en) | Cell arrangement | |
| RU2442242C1 (en) | The multistage converters | |
| RU2611569C1 (en) | Metamorphic photovoltaic converter | |
| TWI409959B (en) | Solar cells and apparatus comprising the same | |
| Ataşer et al. | Effects of band gap alignment and temperature on device performance of GaInP/Ga (In) As monolithic tandem solar cells | |
| RU2364007C1 (en) | Multi-layer photo converter | |
| Kudryashov et al. | Simulation of characteristics of double-junction solar cells based on ZnSiP 2 heterostructures on silicon substrate | |
| Hemmani et al. | Optimization of the emitter’s bandgap and thickness of AlxGa1-xAs/GaAs Multi-junction solar cell | |
| RU2515210C1 (en) | Concentrator multistage photoconverter | |
| RU138028U1 (en) | PHOTOELECTRIC INFRARED CASCADE BASED ON InAs / GaAsN NANOGETEROSTRUCTURE ON THE GALLIUM ARSENIDE SUBSTRATE | |
| RU2624831C2 (en) | Photoelectric converter based on semiconductor compounds a2b4c5 2 formed on silicon substrate |