光伏器件及其制备方法、多结GaAs叠层激光光伏电池技术

本发明专利技术属于光伏器件领域，尤其公开了一种多结GaAs叠层激光光伏电池，包括：衬底、在衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池、以及设置于两相邻GaAs子电池之间的遂穿结。所述多结GaAs叠层激光光伏电池利用遂穿结将若干GaAs子电池相串联，无需刻蚀隔离槽，采用引线的方式串联，增大了多结GaAs叠层激光光伏电池的有效受光面积，从而获得了较高的输出电压；同时避免了刻蚀工艺和填充工艺。该多结GaAs叠层激光光伏电池采用导电衬底，可有效改善散热，降低工作温度。本发明专利技术还公开了具有上述多结GaAs叠层激光光伏电池的光伏器件及其制备方法。本发明专利技术的光伏器件可减小该光伏器件的串联电阻，提高填充因子。

Photovoltaic device and method of manufacturing the same, multi junction GaAs laminated laser photovoltaic cell

The invention belongs to the field of photovoltaic devices, particularly discloses a multi node GaAs stack laser photovoltaic cell includes at least a substrate, on the substrate are laminated set of two GaAs batteries, and arranged between two adjacent GaAs cell tunneling junction. The multi node GaAs tunneling junction number GaAs battery series using laser laminated solar cell, without etching groove isolation, using lead series, effective light receiving area has increased GaAs stack laser multi junction photovoltaic cells, so as to obtain higher output voltage; while avoiding the etching process and filling process. The multi junction GaAs stack laser photovoltaic cell adopts conductive substrate, which can effectively improve the heat dissipation and reduce the working temperature. The invention also discloses a photovoltaic device with the multi junction GaAs stacked photovoltaic cell and a preparation method thereof. The photovoltaic device of the invention can reduce the series resistance of the photovoltaic device and improve the filling factor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏器件领域，具体地讲，涉及一种多结GaAs叠层激光光伏电池，还涉及具有上述多结GaAs叠层激光光伏电池的光伏器件及其制备方法。
技术介绍
激光供能系统是一个创新的能量传递系统，凭借这个系统，激光光源发出的光通过光纤输送到激光光伏电池上，即可以提供稳定的电源输出。相比传统的金属线或同轴电缆传输电力的技术，光纤传导光继而转化为电的技术具有更多的优点，其可以应用在需要消除电磁干扰或需要将电子器件与周围环境隔离的情况下；因此，其在无线电通信，工业传感器，国防，航空，医药、能源等方向具有重要的应用价值。激光光伏电池主要针对单色光源，因此可以获得更高的光电转换效率。与太阳能电池不同的是，激光光伏电池以适合光纤传输的波长为790nm～850nm之间的激光为光源。GaAs是III/V族化合物半导体材料，其在室温下的禁带宽度Eg为1.428eV，GaAs的PN结电池可以用于将波长为808nm～830nm之间的激光的能量转换为电能，其可用作激光供能系统中的激光电池。但是GaAs电池的开路电压只有1V，不能够直接用于电子器件电路的电源。为了获得更高的输出电压，现有技术中的激光光伏电池是通过将多个单结电池串联的方式来实现；具体来说，通过刻蚀隔离槽的方式将电池芯片进行隔离，再通过引线将几个子电池单元串联以获得高电压输出。但是，激光光伏电池的受光面应与激光光斑的大小一致，隔离槽的个数越多将会导致电池的有效受光面积越小，不利于提高输出电压。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种光伏器件及其制备方法、以及一种多结GaAs叠层激光光伏电池，该光伏器件中的光伏电池为多结GaAs叠层激光光伏电池(至少为双结)，从而可获得较高的输出电压；同时，该多结GaAs叠层激光光伏电池在其制备过程中，无需刻蚀隔离槽，增大了有效受光面积。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种多结GaAs叠层激光光伏电池，包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结。进一步地，所述衬底为导电GaAs。进一步地，所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。进一步地，所述遂穿结包括依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。进一步地，所述GaAs子电池的数目为2～6个。本专利技术的另一目的在于提供一种光伏器件，包括：多结GaAs叠层激光光伏电池，所述多结GaAs叠层激光光伏电池包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结；GaAs接触层，设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；以及，正电极和负电极，分别对应设置在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方。进一步地，所述衬底为导电GaAs衬底；所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。进一步地，所述遂穿结包括按照远离或靠近所述衬底的方向依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。进一步地，所述光伏器件还包括减反射层，所述减反射层设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；其中，所述减反射层的材料选自ZnSe/MgF减反射膜或TiO2/SiO2减反射膜中的任意一种；所述正电极和负电极的材料均包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的AuGe/Ni/Au材料层、Ag材料层和Au材料层。本专利技术的另一目的还在于提供一种光伏器件的制备方法，包括：第一GaAs子电池的制备：采用MOCVD或MBE法在衬底上生长第一GaAs子电池；第一隧道结的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第一GaAs子电池上生长第一隧道结；第二GaAs子电池的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第一隧道结上生长第二GaAs子电池；依次重复所述第一隧道结的制备和所述第二GaAs子电池的制备m次，m为自然数；直至获得第Ψ隧道结及位于其上的第ΦGaAs子电池；所述Φ＝m+2，所述Ψ＝m+1；GaAs接触层的制备：采用MOCVD或MBE法在所述第ΦGaAs子电池上生长GaAs接触层作欧姆接触；减反射层的制备：采用化学气相沉积技术或镀膜机在所述GaAs接触层上形成减反射层；正电极和负电极的制备：采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射的方法分别对应在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方形成正电极和负电极。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的多结GaAs叠层激光光伏电池通过在衬底上叠层制备若干GaAs子电池(至少两结)，并利用遂穿结将所述若干GaAs子电池串联起来，即可获得较高的输出电压；也就是说，根据需要获得的输出电压的大小，可以确定该多结GaAs叠层激光光伏电池的结数，即其中GaAs子电池的个数；而无需通过刻蚀隔离槽的方式来获得较高的输出电压，因此，不仅在制备过程中避免了隔离槽的刻蚀和填充工艺，有效简化了制备工艺，而且增大了该多结GaAs叠层激光光伏电池的有效受光面积，可以提高输出电压；(2)本专利技术的多结GaAs叠层激光光伏电池所采用的衬底为导电GaAs衬底，一方面所述导电衬底可以改善该多结GaAs叠层激光光伏电池的散热，继而降低其在工作时的温度；另一方面，相比于现有技术中在非导电衬底上制备子电池的方案，本专利技术通过采用导电衬底，可在所述衬底上直接制备子电池，而无需预先制备导电层或遂穿结等其他结构，因此避免了导电层或遂穿结等其他结构的制备过程，工艺更为简单、成本更加低廉；(3)本专利技术的光伏器件中的负电极直接制备在多结GaAs叠层激光光伏电池的衬底之下，与制备在GaAs接触层之上的正电极分别位于衬底不同的两侧，可大幅增加衬底与负电极之间的接触面积；与现有技术中具有半绝缘衬底的光伏器件中正、负电极制作在衬底同侧的情形相比，本专利技术的光伏器件有利于减小串联电阻，提高填充因子；填充因子作为该光伏器件的最大功率与开路电压和短路电流乘积的比值，其值越高，表明该光伏器件的光电转换效率就越高。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的实施例1的光伏器件的结构示意图；图2是根据本专利技术的实施例1的多结GaAs叠层激光光伏电池的结构示意图；图3是根据本专利技术的实施例1的第一GaAs子电池的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结。

【技术特征摘要】
1.一种多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结。2.根据权利要求1所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述衬底为导电GaAs。3.根据权利要求1或2所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述基区的材料为GaAs，所述发射区的材料为GaAs，所述窗口层的材料选自AlxGa1-xAs或(Al)GaInP中的任意一种；在所述AlxGa1-xAs中x的取值范围为0.2≤x＜1。4.根据权利要求3所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述遂穿结包括依次叠层设置的AlGaAs层、Ga0.51In0.49P层和势垒层；其中，所述势垒层的材料选自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一种。5.根据权利要求1所述的多结GaAs叠层激光光伏电池，其特征在于，所述GaAs子电池的数目为2～6个。6.一种光伏器件，其特征在于，包括：多结GaAs叠层激光光伏电池，所述多结GaAs叠层激光光伏电池包括：衬底；在所述衬底上依次叠层设置的至少两个GaAs子电池；以及，设置于两相邻所述GaAs子电池之间的遂穿结；GaAs接触层，设置在所述多结GaAs叠层激光光伏电池的远离所述衬底的表面上；以及，正电极和负电极，分别对应设置在所述GaAs接触层上方和所述衬底下方。7.根据权利要求6所述的光伏器件，其特征在于，所述衬底为导电GaAs；所述GaAs子电池包括按照远离所述衬底的方向依次叠层设置的背场层、基区、发射区和窗口层；其中，所述背场层的材料选自AlGaAs或(Al)Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：何洋，宋焱，董建荣，孙玉润，赵勇明，于淑珍，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32