新型三结砷化镓太阳电池制造技术

本发明专利技术涉及一种新型三结砷化镓太阳电池，所述中电池本征区的总厚度为0.1～2.4微米且由多个周期的量子点层/应变补偿层相互叠加构成；每周期的量子点层/应变补偿层中位于下部的量子点层的材料为InxGa1-xAs，厚度为1～6个亚单层，位于量子点层上方的应变补偿层的材料为GaNyAs1-y，厚度为0.02～0.04微米，所述0.4≤x≤1，0.001≤y≤0.5。本发明专利技术中，在中电池本征区中引入量子点结构，形成中间带，利用应变补偿层，使量子点层上的量子点密度达到1011每平方厘米，整体尺寸均匀，可以有效的利用不同波段的太阳光，使太阳电池的整体电流密度显著增加，提高了电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳电池
，尤其是一种新型三结砷化镓太阳电池。
技术介绍
太阳能具有清洁环保的优点，是一种可再生的能源，光电之间地转换由太阳电池完成，目前较常采用的hfe(Al)PAnGaAS/Ge三结砷化镓太阳电池在聚光或非聚光条件下，都获得了较高的光电转换效率。三结砷化镓太阳电池的结构如图1所示 包括由 AlInP (n+, 35nm) /InGa (Al) P (η/ρ, 520nm) /AlInP (ρ+, 40nm)构成的顶电池、由 AlInP (n+，50nm)/InGaAs (η/ρ，3. 5um) /AlGaAs (ρ+, IOOnm)构成的中电池和由 InGa(Al) P (n+, IOOnm) /Ge (η+, IOOnm) /Ge (ρ+, 170um)构成的底电池；三个电池之间的隧穿结分别由 AlGaAs (p++) -InGa (Al)P (η++)和 GaAs (ρ++) -GaAs (η++)构成。三结砷化镓太阳电池的光谱响应性和转化效率均较高，耐温性也较好，但是 ^!(^(ADPAnGaAs/Ge三结叠层太阳电池为电学串联结构，该结构中的顶电池和中电池短路电流匹配出现矛盾，总电流会受到子电池最小电流的限制，而且现有的太阳电池的整体成本很高，限制了其应用，导致三结砷化镓太阳电池的研制进展越发困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能有效提高转换效率的新型三结砷化镓太阳电池。本专利技术采取的技术方案是一种新型三结砷化镓太阳电池，包括顶电池、中电池和底电池，在顶电池和中电池之间以及中电池和底电池之间分别设有一隧穿结，中电池由中电池窗口层、中电池发射区、 中电池本征区、中电池基区和中电池背场层构成，其特征在于所述中电池本征区的总厚度为0. 1 2. 4微米且由多个周期的量子点层/应变补偿层相互叠加构成；每周期的量子点层/应变补偿层中位于下部的量子点层的材料*hxGai_xAs，厚度为1 6个亚单层，位于量子点层上方的应变补偿层的材料为GaNyASl_y，厚度为0. 02 0. 04 微米，所述0.4彡χ彡1,0. 001彡y彡0.5。而且，所述中电池本征区的总厚度为0. 2 2微米，每个量子点层/应变补偿层中的量子点层厚度为1. 82 5. 8个亚单层，应变补偿层厚度为0. 02微米，所述χ为0. 45，所述y为0. 01。而且，所述周期的数量为5 100。而且，所述中电池窗口层的材料为AlzGivzAs,厚度为0. 02 0. 06微米，所述 0. 01 彡 ζ 彡 0. 05。而且，所述ζ为0.04，厚度为0.03微米。而且，所述中电池基区厚度为0.5 2微米。而且，所述中电池发射区厚度为0. 15 0. 5微米。3本专利技术的优点和积极效果是本专利技术中，在中电池本征区中引入量子点结构，形成中间带，利用应变补偿层，使量子点层上的量子点密度达到IO11每平方厘米，整体尺寸均勻，可以有效的利用不同波段的太阳光，使太阳电池的整体电流密度显著增加，提高了电池的转换效率，而且解决了现有三结砷化镓太阳电池顶电池与中电池电流匹配的问题。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是中电池中本征区的结构示意图。具体实施例方式下面结合实施例，对本专利技术进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的， 不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。一种新型三结砷化镓太阳电池，如图1 2所示，包括主要由^ifei(Al)P构成的顶电池、中电池和主要由Ge构成的底电池，在顶电池和中电池之间以及中电池和底电池之间分别设有一隧穿结的结构，中电池由中电池窗口层、中电池发射区、中电池本征区、中电池基区和中电池背场层构成，本专利技术的创新在于中电池本征区的总厚度为0. 1 2.4微米且由多个周期的量子点层/应变补偿层相互叠加构成；每周期的量子点层/应变补偿层中位于下部的量子点层3的材料为InxGi^xAs,厚度为1 6个亚单层，位于量子点层上方的应变补偿层1的材料为GaNyASl_y，厚度为0. 02 0. 04微米，所述0. 4彡χ彡1，0. 001彡y彡0. 05，量子点层上的应变量子点2密度达到IO11 个/平方厘米。 优选方案是中电池本征区的总厚度为0. 2 2微米，每个量子点层/应变补偿层中的量子点层厚度为1. 82 5. 8个亚单层，应变补偿层厚度为0. 02微米，上述周期的数量为 5 100，χ 为 0. 45，y 为 0. 01。本实施例中，中电池窗口层的材料为AlzGEihAs,厚度为0. 02 0. 06微米， 0.01 ^ ζ ^0. 05，优选的方案是z为0. 04，厚度为0. 03微米，中电池基区厚度为0. 5 2 微米，中电池发射区厚度为0. 15 0. 5微米。上述太阳电池采用 MOCVD (Metal-organic Chemical vapor D印osition，金属有机化合物化学气相沉积)工艺制成，制备中涉及低压金属有机化合物化学气相沉积设备或分子束外延(MBE)设备。MOCVD的基本原理是由三族烷基化合物和五族元素的氢化物反应生成，高温下发生裂解反应，于衬底上生成化合物。以GaAs材料生长为例，其它外延材料的基本机理与 GaAs材料相同，反应过程如下TMGa+AsH3 — GaAs+CH4由上式可知，选择合适的三族烷基化合物和五族元素的氢化物，并选则相应的搀杂物便可制作各种材料的PN结构。MOCVD中，反应室压力设定为5000 洸670. OPa,优选6660 13000Pa ；金属有机物为三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMA1)、三甲基铟(TMh)。V族氢化物为高纯AsH3、PH3、NH3, η型掺杂源为吐稀释的硅烷(SiH4)、硒化氢OBe) ；ρ型掺杂源为金属有机物二乙基锌 (DESi)、四氯化碳(CC14)。采用经钯管纯化的H2作为载气，纯度大于99. 99999%，生长温度为450 1100°C之间，优选温度为450 800°C。上述太阳电池的制备方法包括如下步骤1.采用ρ型掺杂的单晶锗(Ge)衬底，厚度为100 200微米，优选厚度为140微米，掺杂浓度为IO17 IO18每立方厘米，作为底电池基区。2.准备设备，进入MOCVD生长。3.在锗衬底上构造锗底电池锗底电池具有η型掺杂的锗底电池发射区和η型掺杂的GaAs底电池窗口层。η型锗底电池发射区厚度为0. 1 0. 3微米，优选0. 25微米，掺杂浓度为IOw IO19每立方厘米；η型GaAs底电池窗口层厚度为0. 1 0. 4微米，优选0. 3 微米，掺杂浓度为IOw IO19每立方厘米。4.生长位于底电池窗口层上部的隧穿结隧穿结包括厚度为0. 01 0. 03微米的 η型掺杂GaAs层和厚度为0. 01 0. 03微米的ρ型掺杂的GaAs层，η型掺杂GaAs层和ρ 型掺杂的GaAs层的优选厚度分别为0. 015微米和0. 015微米，隧穿结掺杂浓度大于IO18 IO20每立方厘米。5.生长位于隧穿结上部的ρ型掺杂的^ifei(Al)P中电池背场层厚度为0. 01 0. 1微米，优选厚度0.05微米，掺杂浓度为IOw IO19每立方厘米，该中电池背场层用于阻止中电池基区的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种新型三结砷化镓太阳电池，包括顶电池、中电池和底电池，在顶电池和中电池之间以及中电池和底电池之间分别设有一隧穿结，中电池由中电池窗口层、中电池发射区、中电池本征区、中电池基区和中电池背场层构成，其特征在于：所述中电池本征区的总厚度为０．１～２．４微米且由多个周期的量子点层／应变补偿层相互叠加构成；每周期的量子点层／应变补偿层中位于下部的量子点层的材料为ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ，厚度为１～６个亚单层，位于量子点层上方的应变补偿层的材料为ＧａＮｙＡｓ１－ｙ，厚度为０．０２～０．０４微米，所述０．４≤ｘ≤１，０．００１≤ｙ≤０．５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康培，刘如彬，王帅，张启明，孙强，穆杰，
申请(专利权)人：天津蓝天太阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：12