« Изобретение относитс к полупроводниковым приборам, в частности к фотоэлектрическим преобразовател м энергии солнечного излучени в элек рическую. Известны солнечные фотоэлементы на основе полупроводника с р -ti-neРвходом ClX Известны также полупроводниковые солнечные фотоэлементы на основе структуры с п-р-гетеропереходом в системе алюминийгалий-мышь к , . В этих фотоэлементах увеличение КПД преобразовани солнечной энергии по сравнению с фотоэлементами на основе гомо р-п-п реходов достигаетс за счет создани широкозонного окна из твердого раствора с шириной запрещенной зоны . эВ, что обеспечивает близкий к единице коэффициент разделени неосновных носителей, генерированных фотонами с энергией от 1,4 до 2 эВ, Эти фотоэлементы характеризуютс поглощением вблизи поверхности прибора излучени с эне гией большей 2 эВ, что не дает возможности использовать эту часть солнечного спектра дл фотоэлектрического преобразовани . Известны также фотоэлементы, в которых дл использовани части излучени , поглощаемого вблизи поверхности, создано т нущее электрическое поле за счет градиента концентрации алюмини в направлен.ии, перпендикул рном к плоскости гетероперехода Однако этот фотоэлемент не обеспечи вает значителтьного увеличени КПД вследствие большой скорости поверхностной рекомбинации носителей тока генерированных коротковолновой част спектра солнца. При типичном значен скорости поверхностной рекомбинации см/с т нущее электрическо поле обеспечивает прирост фототока лишь при толщине твердого раствора меньше 1 мкм, что делает приборы непригодными дл эксплуатации из-за большого сопротивлени растекани , Кроме того, при столь малом рассто нии р-п-перехода от облучаемой поверхности не обеспечиваетс надеж на за1цита р-п-перехода. Целью изобретени вл етс увели чение ЮВД преобразовани солнечной энергии. В описываемом фотоэлементе это достигаетс тем, что в нем на поверхности структуры выполнен допо 0 нительный слой толщиной не более длины поглощени в этом слое коротковолновой части солнечного излучени , изотипный по отношению к твердому раствору с концентрацией арсенида алюмини в этом слое не менее 80 мол,%, ширина запрещенной зоны которого более, чем на 3 КТ превьшает максимальное значение ширины запрещенной зоны твердого раствора, где К - посто нна Больцмана, Т - рабоча температура, Дополнительный слой может быть выполнен из арсенида алюмини толщиной 0,3-1 мкм. На фиг. 1 схематически изображено распределение алюмини по толщине структуры; на фиг, 2 - структура фотоэлемента . Фотоэлемент выполнен на основе структуры, имеющей слой 1-п(р)арсенид галли , толщина которого (100-300 мкм) выбираетс из услови обеспечени механической прочности фотоэлемента, эпитаксиальный слой 2 с плавным уменьшением концентрации арсенида алюмини от облучаемоц поверхности; ширина запрещенной зоны в этом слое уменьшаетс от Е2 до Е ; тип проводимости этого сло противоположен типу проводимости подложки, а максимальна концентраци арсенида алюмини в том слое Xj установлена не более 50 мол,%, и дополнительный слой 3, изотопный по отношен1да к слою 2, с концентрацией арсенида алюмини более 80 мол,% с толщиной о1 не более длины поглощени в этом слое коротковолновой части солнечного излучени ; ширина запрещенной зоны этого сло Е э,, а также защитную пленку 4 из окиси алюмини , предохран ющую дополнительньй слой от эрозии во влажной среде, защитна пленка нанесена в местах, свободных от токоотвод щих контактов 5, I При облучении фотоэлемента светом с энергией, меньшей ширины 3arrpei;ieHной зоны сло 2 (hi) -i ,) , фотоносители генерируютс в указанном п(р) арсениде галли и полностью раздел ютс полем р-п-перехода. Кванты света с энергией больше Е, , но меньше Е.генерируют фотоносители в слое 2 и за счет т нущего пол градиента ширины запрещенной зоны также почти полностью раздел ютс полем р-п-перехода. Кванты света с энергией больше Ej, но меньше- E.i, проход т через слой 3 без поглощени поскольку их энерги меньше ширины з-апрещенной зоны дополнительного сло . Кванты света с энергией большей ЕЗ(коротковолнова часть солнечного спектра) проход т через слой 3 почти без поглощени при тол щине этого сло не более 0,5-1 мкм Энергетический зазор Ер между пр мым минимумом зоны проводимости и краем валентной зоны в слое с концентрацией арсенида алюмини более 80 мол.% равен 2,7-2,9 эВ. Дл света с энергией меньше Е слой 3 полностью прозрачен, поскольку коэф фициент поглощени дл этого света меньше 10 см . Дл света с дакньй слой будет почти прозрачен при толщине последнего не более 0,5-1 мкм (коэффициент поглощени дл этого света пор дка 10 см ). Свет с , прошедший через сло 3, поглощаетс в слое 2 на границе его по сло м 3 и генерирует фотоносители . Поскольку поверхность сло запщщена слоем 3 с шириной запрещен ной зоны Е 7 Ej , скорость поверхностной рекомбинации дл генерированных электроннодырочных пар на три-четыре пор дка ниже скорости рекомбинации на свободной поверхности кристалла. Дл того, чтобы носители, генерированные в слое 2, не могли попасть на поверхность структуры и там рекомбинировать, разница ширины запрещенных зон Ej - 2 должна быть больше 3 КТ, где К - посто нн Больцмана, а Т - рабоча температура . Величина Е, - Е 0,15 эВ обеспечиваетс выполнением сло 3 концентрацией арсенида алюмини не менее 80 мол.% и сло 2 с максимал ной концентрацией арсенида алюмини не более 50 мол.%. При этом рабоча температура может бьпъ больше 200 С Отсутствие поверхностной рекомби нации позвол ет обеспечивать почти полное разделение носитрлеи, генерированных светом, с энергией больШей Е, что в свою очередь увеличивает КПД фотоэлемента. При этом толщина сло 2 может быть установлена более 5 мкм, а градиент концентрации арсенида алюмини не более 10 мол.% на 1 мкм, т.е. при т нущих пол х не более 10 В/см. Возможность увеличени в описываемом фотоэлементе рассто ни от облучаемой поверхности до р-п-перехода облегчает технологию изготовлени и уменьшает деградацию прибора. Фотоэлемент может быть выполнен на основе структуры, содержащей слой 1 - арсенид галли р-типа ( р 10 ) толщиной-100 мкм: слой 2 - твердого раствора п-типа ( п 10 ) с плавным увеличением концентрации арсенида алюмини от 5 до 35 мол.%: слой 3 - из частого арсенида алюмини п-типа ( п - 10 см ) толщиной 0,4 мкм; пленку 4, состо щую из окислов алюмини и мышь ка толщиной 0,1 мкм. Рассто ние между контактами 5 в готовом фотоэлементе равно 1 мм, размер фотоэлемента 5 мм . Такой фотоэлемент обеспечивает спектральную область чувствительности до области энергий больше 3 эВ, полностью захватьгеает практически полезную коротковолновую часть солнечного излучени , а такое смещение коротковолнового кра чувствительности обеспечивает увеличение КПД солнечного фотоэлемента в космических услови х до величины пор дка 25%, что приблизительно на 10% Bbmie значени КПД, получаемого при использовании фотоэлементов известных конструкций. Таким образом, описываемый солнечный фотоэлемент за счет pacшиpeнIi спектральной области чувствительности в коротковолновую область спектра позвол ет увеличить КПД.The invention relates to semiconductor devices, in particular, to photoelectric converters of solar radiation into electrical energy. Solar cells based on a semiconductor with a p-ti ne ClX input are known. Semiconductor solar cells based on a structure with a p-p heterojunction in the aluminum-mouse system are also known. In these photocells, an increase in the efficiency of solar energy conversion compared to photocells based on homo pnp transitions is achieved by creating a wide-gap window from a solid solution with a forbidden gap width. eV, which provides a close to unity separation factor for minority carriers generated by photons with energies from 1.4 to 2 eV. These photocells are characterized by absorbing radiation with an energy greater than 2 eV near the surface of the device, which makes it impossible to use this part of the solar spectrum for photoelectric transform. Photocells are also known in which to use part of the radiation absorbed near the surface, a driving electric field is created due to an aluminum concentration gradient in a direction perpendicular to the plane of the heterojunction. However, this photocell does not provide a significant increase in efficiency due to the high rate of carrier surface recombination current generated by the shortwave part of the spectrum of the sun. With a typical surface recombination rate of cm / s, the lower electric field provides an increase in the photocurrent only when the thickness of the solid solution is less than 1 µm, which makes the devices unsuitable for operation due to the large spreading resistance. Moreover, with such a small p-p- distance the transition from the irradiated surface is not ensured at the zaicite pn junction. The aim of the invention is to increase the UVR conversion of solar energy. In the photocell described, this is achieved by the fact that an additional layer with a thickness not exceeding the absorption length in this layer of the shortwave part of solar radiation is made on the surface of the structure, isotype with respect to solid solution with an aluminum arsenide concentration in this layer of at least 80 mol% whose band gap more than 3 KT exceeds the maximum value of the band gap of the solid solution, where K is the Boltzmann constant, T is the operating temperature, the additional layer can be made of arsenide and aluminum with a thickness of 0.3-1 microns. FIG. 1 shows schematically the distribution of aluminum through the thickness of the structure; Fig 2 - the structure of the photocell. The photocell is made on the basis of a structure having a 1-p (p) layer of gallium arsenide, whose thickness (100-300 µm) is chosen based on the mechanical strength of the photocell, epitaxial layer 2 with a gradual decrease in the concentration of aluminum arsenide from the irradiated surface; the band gap in this layer decreases from E2 to E; The type of conductivity of this layer is opposite to the type of conductivity of the substrate, and the maximum concentration of aluminum arsenide in that layer Xj is set to not more than 50 mol,%, and an additional layer 3, isotopic in relation to layer 2, with an concentration of aluminum arsenide more than 80 mol,% with thickness o1 no more than the absorption length in this layer of the shortwave part of solar radiation; The width of the band gap of this layer E e ,, as well as the protective film 4 of alumina, which protects the additional layer from erosion in a moist environment, the protective film is applied in places free from current-conducting contacts 5, I When the photocell is irradiated with light with energy less than 3arrpei; ieH widths of the layer 2 (hi) -i,), photocarriers are generated in the indicated n (p) gallium arsenide and are completely separated by the pn-junction field. Light quanta with energies greater than E, but less than E. generate photocarriers in layer 2 and due to the thicker field of the gradient of the band gap are also almost completely separated by the pn junction field. Light quanta with energy greater than Ej but less than E.i pass through layer 3 without absorption because their energy is less than the width of the 3-forbidden zone of the additional layer. Light quanta with energy greater than E3 (short-wave part of the solar spectrum) pass through layer 3 with almost no absorption at a thickness of this layer of no more than 0.5-1 µm. The energy gap Ер between the direct minimum of the conduction band and the edge of the valence band in the layer with concentration aluminum arsenide more than 80 mol.% equal to 2.7-2.9 eV. For light with an energy less than E, layer 3 is completely transparent, since the absorption coefficient for this light is less than 10 cm. For light, the layer will be almost transparent when the thickness of the latter is no more than 0.5-1 µm (the absorption coefficient for this light is about 10 cm). Light c, transmitted through layer 3, is absorbed in layer 2 at its boundary by layer m 3 and generates photocarriers. Since the surface of the layer is pressed with layer 3 with an E 7 Ej band gap, the surface recombination rate for the generated electron – hole pairs is three to four orders of magnitude lower than the recombination rate on the free surface of the crystal. In order for the carriers generated in layer 2 to not get to the surface of the structure and recombine there, the difference in the band gap Ej - 2 must be greater than 3 QDs, where K is Boltzmann constant and T is the operating temperature. The value of E, -E 0.15 eV is provided by making layer 3 with an aluminum arsenide concentration of at least 80 mol.% And layer 2 with a maximum concentration of aluminum arsenide of no more than 50 mol.%. At the same time, the working temperature can be greater than 200 ° C. The absence of surface recombination makes it possible to ensure an almost complete separation of the carrier generated by light with an energy higher than E, which in turn increases the photocell efficiency. The thickness of layer 2 can be set to more than 5 microns, and the concentration gradient of aluminum arsenide is not more than 10 mol.% Per 1 micron, i.e. with tons of dry floors x not more than 10 V / cm. The possibility of increasing the distance from the irradiated surface to the pn-junction in the photocell described here facilitates the manufacturing technology and reduces the degradation of the device. The photocell can be made on the basis of the structure containing layer p-type gallium arsenide (p 10) with a thickness of 100 microns: layer 2 - p-type solid solution (p 10) with a gradual increase in the concentration of aluminum arsenide from 5 to 35 mol. %: layer 3 - from frequent n-type aluminum arsenide (n - 10 cm) with a thickness of 0.4 μm; film 4 consisting of aluminum oxides and a mouse 0.1 microns thick. The distance between the contacts 5 in the finished photocell is 1 mm, the size of the photocell is 5 mm. Such a photocell provides a spectral range of sensitivity up to an energy region greater than 3 eV, completely capturing the practically useful shortwave part of solar radiation, and such a shift of the shortwave edge of sensitivity provides an increase in the efficiency of the solar photocell under cosmic conditions up to about 25%, which is approximately 10% Bbmie the efficiency values obtained using photovoltaic cells of known structures. Thus, the described solar photocell, due to the enhancement of the spectral sensitivity region to the shortwave spectral region, allows an increase in the efficiency.
Толщина струнт(/рыString thickness (/ ry
Фиг1 Fig1
1one
I I