一种两结激光电池外延层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种两结激光电池外延层及其制备方法，包括从下至上依次设置在GaAs衬底上的GaAs缓冲层、第一隧道结、第一GaAs电池、第二隧道结、第二GaAs电池和cap层，其制备方法包括：采用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上沉积GaAs缓冲层；在GaAs缓冲层上依次生长第一隧道结、第一GaAs子电池、第二隧道结、第二GaAs子电池和cap层。该两结激光电池采用两个子电池串联减小总电流，可以减小串联电阻引起的功率损失，提高转换效率，该电池的制备方法采用金属有机化学气相沉积技术，生长过程可以得到精确控制，形成的晶体质量好。

Two junction laser cell epitaxial layer and preparation method thereof

The invention relates to a two node battery laser epitaxial layer and its preparation method, including from the bottom are arranged on the GaAs substrate with GaAs buffer layer, the first tunnel junction, the first GaAs battery, second tunnel junctions, second GaAs battery and cap layer. The preparation method comprises the following steps: using metal organic chemical vapor deposition technology the deposition of GaAs buffer layer on the GaAs substrate; the first tunnel junction, followed by growth in GaAs buffer layer on the first GaAs battery, second tunnel junctions, second GaAs batteries and cap layer. The two node battery using two sub series battery laser decreases the total current, power loss can be reduced due to series resistance, improve the conversion efficiency and preparation method of the battery by metal organic chemical vapor deposition technique, the growth process can be controlled accurately, the formation of good quality crystals.

【技术实现步骤摘要】
一种两结激光电池外延层及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池领域，尤其是涉及一种两结激光电池外延层及其制备方法。
技术介绍
目前，激光电池在空间无线能量传输领域有很大的应用前景，适合在空间无线传输中(高轨的空间飞行器太阳电池阵实现太阳能转换为电能，电能再转换为激光，借助激光电池实现激光对地面激光电池阵供能、激光对临近空间的无人机供能、激光对低轨的空间飞行器供能)，作为能量接收器使用或信号接收器使用。然而目前国内还没有任何公司或者研究所研究出相关的商用产品，对多结激光电池的研究尚属空白。以GaAs为代表的III-V族化合物具有许多优点，例如它具有直接带隙的能带结构，光吸收系数大，还具有良好的抗辐照性能和较小的温度系数，是作为激光电池的理想材料。对于功率较高的激光来说，采用多结的GaAs太阳电池可以减小总电流，从而可以减小串联电阻引起的功率损失，提高转换效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种两结激光电池外延层及其制备方法，其晶体质量较好，稳定性强，易于制作，并可在将来作为完整的电池直接应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种两结激光电池外延层，包括从下至上依次设置在GaAs衬底上的GaAs缓冲层、第一隧道结、第一GaAs电池、第二隧道结、第二GaAs电池和cap层。技术方案中，优选的，GaAs缓冲层使用n型掺杂剂，掺杂剂的掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，GaAs缓冲层的厚度为100nm-4000nm。技术方案中，优选的，第一隧道结包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n+-GaInP层和p型掺杂剂掺杂的p+-AlGaAs层，n+-GaInP层的厚度为10nm-100nm，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，p+-AlGaAs层的厚度为10nm-100nm，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3。技术方案中，优选的，第一GaAs电池包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n-GaAs发射区层和p型掺杂剂掺杂的p-GaAs基区层，发射区层的厚度为50nm-1000nm，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，基区层的厚度为500nm-5000nm，掺杂浓度为1×1015-1×1018cm-3。技术方案中，优选的，第二隧道结包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n+-GaInP层和p型掺杂剂掺杂的p+-AlGaAs层，n+-GaInP层的厚度为10nm-100nm，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，p+-AlGaAs层的厚度为10nm-100nm，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3。技术方案中，优选的，第二GaAs电池包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n-GaAs发射区层和p型掺杂剂掺杂的p-GaAs基区层，发射区层的厚度为50nm-1000nm，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，基区层的厚度为500nm-5000nm，掺杂浓度为1×1015-1×1018cm-3。技术方案中，优选的，cap层为n型掺杂剂掺杂的n+-Ga1-xInxAs，其中0.01≤x≤0.4，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度为50nm-1000nm。技术方案中，优选的，p型掺杂剂为Zn、Mg或C。技术方案中，优选的，n型掺杂剂为Si、Se或Te。一种制备两结激光电池外延层的方法，包括以下步骤：采用金属有机化学气相沉积技术在GaAs衬底上沉积GaAs缓冲层；在GaAs缓冲层上依次生长第一隧道结、第一GaAs子电池、第二隧道结、第二GaAs子电池和cap层。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、该两结激光电池采用两个子电池串联减小总电流，从而可以减小串联电阻引起的功率损失，提高转换效率。2、本专利技术的一种两结激光电池外延层的制备方法，采用金属有机化学气相沉积技术，生长过程可以得到精确控制，形成的晶体质量好。3、本专利技术的两结激光电池外延层易于生长，后续工艺流程成熟，产品电池稳定性好，具有大批生产的潜力。附图说明图1为本专利技术一种两结激光太阳电池结构示意图。图中：1、GaAs衬底2、GaInAs缓冲层3、第一隧道结4、GaAs子电池5、第二隧道结6、GaAs子电池7、cap层具体实施方式下面结合附图对本专利技术实施例做进一步描述：一种两结激光太阳电池，包括砷化镓衬底，从下至上依次为GaAs缓冲层、第一隧道结、(AlGa)1-xInxAs渐变缓冲层、GaAs电池、第二隧道结、GaAs电池和cap层。其制作过程为：1.采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)在砷化镓衬底上面沉积GaAs缓冲层；GaAs缓冲层，其n型掺杂剂为Si、Se或Te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，反应室压力为50-200mbar，生长温度为600–700℃，厚度范围为100-4000nm；2.在GaAs缓冲层上生长第一隧道结，包括依次生长n型掺杂的n+-GaInP层和p型掺杂的p+-AlGaAs层，其中n+-GaInP层的掺杂剂为Si、Se或Te，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为10nm-100nm，生长温度为550–650℃；其中p+-AlGaAs层的掺杂剂为Zn、Mg或C，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为10nm-100nm，生长温度为550–650℃；3.在第一隧道结上生长第一GaAs子电池，包括依次生长n型掺杂的n-GaAs发射区层和p型掺杂的p-GaAs基区层，其中n-GaAs发射区层的掺杂剂为Si、Se或Te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为50nm-1000nm，生长温度为600–700℃；其中p-GaAs基区层的掺杂剂为Zn、Mg或C，掺杂浓度为1×1015-1×1018cm-3，厚度范围为500nm-5000nm，生长温度为600–700℃；4.在第一GaAs子电池上生长第二隧道结，包括依次生长n型掺杂的n+-GaInP层和p型掺杂的p+-AlGaAs层，其中n+-GaInP层的掺杂剂为Si、Se或Te，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为10nm-100nm，生长温度为550–650℃；其中p+-AlGaAs层的掺杂剂为Zn、Mg或C，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为10nm-100nm，生长温度为550–650℃；5.在第二隧道结上生长第二GaAs子电池，包括依次生长n型掺杂的n-GaAs发射区层和p型掺杂的p-GaAs基区层，其中n-GaAs发射区层的掺杂剂为Si、Se或Te，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，厚度范围为50nm-1000nm，生长温度为600–700℃；其中p-GaAs基区层的掺杂剂为Zn、Mg或C，掺杂浓度为1×1015-1×1018cm-3，厚度范围为500nm-5000nm，生长温度为600–700℃；6.在第二子电池上生长cap层；帽层为n型掺杂的n+-Ga1-xInxAs，其中0.01≤x≤0.4，掺杂剂为Si、Se或Te，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，厚度范围为50nm-1000nm，生长温度为550–700℃。上述各层材料生长之后，总时间为1-3小时，之后的器件工序和正向匹配三结太阳电池完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两结激光电池外延层，其特征在于：包括从下至上依次设置在GaAs衬底上的GaAs缓冲层、第一隧道结、第一GaAs电池、第二隧道结、第二GaAs电池和cap层。

【技术特征摘要】
1.一种两结激光电池外延层，其特征在于：包括从下至上依次设置在GaAs衬底上的GaAs缓冲层、第一隧道结、第一GaAs电池、第二隧道结、第二GaAs电池和cap层。2.根据权利要求1所述的两结激光电池外延层，其特征在于：所述GaAs缓冲层使用n型掺杂剂，所述掺杂剂的掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，所述GaAs缓冲层的厚度为100nm-4000nm。3.根据权利要求1所述的两结激光电池外延层，其特征在于：所述第一隧道结包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n+-GaInP层和p型掺杂剂掺杂的p+-AlGaAs层，所述n+-GaInP层的厚度为10nm-100nm，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3，所述p+-AlGaAs层的厚度为10nm-100nm，掺杂浓度为1×1018-1×1021cm-3。4.根据权利要求1所述的两结激光电池外延层，其特征在于：所述第一GaAs电池包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n-GaAs发射区层和p型掺杂剂掺杂的p-GaAs基区层，所述发射区层的厚度为50nm-1000nm，掺杂浓度为1×1017-1×1019cm-3，所述基区层的厚度为500nm-5000nm，掺杂浓度为1×1015-1×1018cm-3。5.根据权利要求1所述的两结激光电池外延层，其特征在于：所述第二隧道结包括依次设置的n型掺杂剂掺杂的n+-GaInP层和p型掺杂剂掺杂的p+-AlGaAs层，所述n...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐悦，张启明，高鹏，王宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12