一种三结GaAs太阳能电池外延结构制造技术

本实用新型专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种三结GaAs太阳能电池外延结构，包括Ge底电池和GaAs中电池，还包括由MoS

A triple junction GaAs solar cell epitaxial structure

【技术实现步骤摘要】
一种三结GaAs太阳能电池外延结构
本技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种三结GaAs太阳能电池外延结构。
技术介绍
III-Ⅴ族化合物半导体太阳能电池作为一种高效的能源材料，受到越来越广泛的关注，为了太阳能电池的进一步产业化，提高其光电转换效率是降低发电成本的一种有效手段。高效的太阳能电池需要对太阳光谱进行划分，采用与之相匹配的不同带隙宽度子电池通过隧道结串联而成，以达到充分利用太阳光的目的。目前研究较为成熟的体系是晶格匹配生长的GaInP/GaAs/Ge(1.9/1.42/0.7eV)三结电池，其最高转换效率为32-33％。MoS2为直接带隙半导体，禁带宽度为1.85eV，抗辐射性强，制备工艺简单，作为良好的光电转化材料可应用到太阳能电池。石墨烯是目前已知最薄(单原子层厚度约0.34nm)的纳米材料，几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·K，室温电子迁移率大于15000cm2/V·s，均高于碳纳米管和金刚石，电阻率仅为10-6Ω·cm，为目前世上电阻率最小的材料，所以石墨烯在太阳能电池领域的应用研究已有显著成效。
技术实现思路
本技术涉及一种三结GaAs太阳能电池外延结构，包括Ge底电池和GaAs中电池，还包括由MoS2层和石墨烯层串联而成的异质结顶电池，所述异质结顶电池中，所述石墨烯层设于靠近入射光的位置，所述MoS2层设置于所述GaAs中电池与所述石墨烯层之间。MoS2为直接带隙半导体，禁带宽度为1.85eV，与GaAs和Ge串联制成三节电池可有效地提高电池的效率，但是MoS2对光的反射较强，若将其直接作为顶电池，不利于其有效地吸收太阳光，在MoS2上设置一层石墨烯层，由于石墨烯层对太阳光的反射性弱且可有效地透过太阳光，可有效地提高电池对光的吸收效率。优选的，所述MoS2层为单层MoS2层，所述石墨烯层为单层MoS2层。在厚度相当的情况下，将所述MoS2层和石墨烯设置成单层或多层对电池的整体性能影响不大，而制备成单层的工艺成本明显要低于制备成多层的成本，因此设置为单层MoS2层和单层石墨烯层。优选的，连接所述MoS2层与GaAs中电池的隧道结由石墨烯制备而成。石墨稀兼具较好的光透过性和良好的导电性，可更好地实现光能的转化。优选的，连接所述Ge底电池和GaAs中电池的隧道结由GaAs或AlGaAs的掺杂材料或石墨烯制备而成。具体的，所述GaAs、AlGaAs的掺杂材料为GaAs或AlGaAs掺杂有Si、C或B等导电材料。掺杂浓度范围1E18-1E22，厚度范围30-100nm。进一步优选的，连接所述Ge底电池和GaAs中电池的隧道结由GaAs或AlGaAs的掺杂材料制备而成。石墨稀兼具较好的透光性和良好的导电性的特点，用它作隧道结可有效地提高电池的效率，但是若采用石墨稀作为隧道结，制备的过程需要先形成Ge底电池，再单独制备石墨烯将其转移到Ge底电池上。而若采用GaAs、AlGaAs的掺杂材料制备隧道结，所述Ge底电池、隧道结和中电池的制备可一次成型，有效地降低制备成本。优选的，所述石墨烯层的厚度为10～100nm。上述厚度既能实现有效地的反光，还不会因厚度太大，透射性下降而影响太阳光在电池内的传播。优选的，所述MoS2层与所述石墨烯层的厚度之比为10～50：1。上述厚度下可保证MoS2层充分地发挥光转化的作用。优选的，所述Ge底电池包括层叠设置的基层和发射层；和/或，所述基层的材料为Ge，其中掺杂有C、Si、B或Mg，掺杂浓度1E16-1E22，厚度为200-2000nm；和/或，所述Ge发射层的材料为Ge，其中掺杂有C、Si、B或Mg且掺杂材料与Ge基层相反，掺杂浓度1E17-1E22，厚度为100-500nm。优选的，所述GaAs中电池包括层叠设置的背场层，基层，发射层和窗口层；和/或，所述背场层为AlxGa1-xAs或(AlyGa1-y)ZIn1-zP，其中x取值范围0-0.5，y取值范围0-0.5，z取值范围0.4-0.6，厚度范围30-200nm；和/或，所述基层的材料为GaAs，其中掺杂有C、Si、B或Mg，掺杂浓度范围1E18-1E22，厚度范围200-2000nm；和/或，所述发射层的材料为AlGaAs，其中掺杂有C、Si、B或Mg且掺杂材料与基层掺杂类型相反，掺杂浓度1E16-1E22，厚度范围100-500nm；和/或，所述窗口层为AlXGa1-XAs或者(AlYGa1-Y)ZIn1-ZP其中x取值范围0-0.5，y取值范围0-0.5，z取值范围0.4-0.6，厚度范围30-200nm。上述发射层的掺杂材料与基层掺杂类型相反是反映若基层掺杂有C，则发射层掺杂Si，若基层掺杂Si，则发射层掺杂C，B和Mg与之类似。优选的，在所述电池的下方还设有衬底，所述衬底与底电池之间设有牺牲层。本实施新型具有如下有益效果：本技术的电池通过设异质结的电池结构，可有效地提高电池的光吸收性能。本技术通过对隧道结材料的改进，可进一步提高电池的导电性能和电池的效率。附图说明图1为实施例1所述电池的结构示意图；图中：10、为Ge衬底；20、为牺牲层；30、为Ge底电池；40、为第一隧道结；50、为GaAs中电池；60、为石墨烯第二隧道结；70、为顶电池；701为MoS2层，702为石墨烯层。具体实施方式以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。实施例1本实施例涉及一种太阳能电池结构(其结构示意图如图1)，包括依次层叠设置的Ge底电池30、GaAs中电池50和MoS2层701与石墨烯层702串联而成的异质结顶电池70；所述Ge底电池包括层叠设置的基层和发射层；所述基层的的材料为Ge，其中掺杂有浓度1E18的C，厚度为1000nm；所述Ge发射层的掺杂类型与Ge基层相反，掺杂有浓度1E19的Si，厚度为200nm；连接所述Ge底电池和GaAs中电池的隧道结40由AlGaAs的掺杂材料制备而成,掺杂有浓度为5E18的Si所述GaAs中电池包括层叠设置的背场层，基层，发射层和窗口层；所述背场层为Al0.3Ga0.7As或(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P，厚度范围150nm；所述基层是GaAs，掺杂浓度为1E18的Si，厚度为1000nm；所述发射层的材料由AlGaAs制备而成，发射层与基层掺杂类型相反，掺杂浓度1E18的C，厚度范围200nm；窗口层为Al0.3Ga0.7As或者(Al0.2Ga0.8)0.5In0.5P，厚度为100nm。所述MoS2层的厚度为700nm，所述石墨烯层的厚度为60nm；连接所述GaAs中电池与顶电池的隧道结60由石墨烯制备而成。在所述电池的下方还设有衬底10，所述衬底与底电池之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三结GaAs太阳能电池外延结构，包括Ge底电池和GaAs中电池，其特征在于，还包括由MoS

【技术特征摘要】
1.一种三结GaAs太阳能电池外延结构，包括Ge底电池和GaAs中电池，其特征在于，还包括由MoS2层和石墨烯层串联而成的异质结顶电池，所述异质结顶电池中，所述石墨烯层设于靠近入射光的位置，所述MoS2层设置于所述GaAs中电池与所述石墨烯层之间。


2.根据权利要求1所述的太阳能电池外延结构，所述MoS2层为单层MoS2层，所述石墨烯层为单层MoS2层。


3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池外延结构，其特征在于，连接所述MoS2层与GaAs中电池的隧道结由石墨烯制备而成。


4.根据权利要求3所述的太阳能电池外延结构，其特征在于，连接所述Ge底电池和GaAs中电池的隧道结由GaAs或AlGaAs的掺杂材料或石墨烯制备而成。


5.根据权利要求1所述的太阳能电池外延结构，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为10～100nm。


6.根据权利要求1或5所述的太阳能电池外延结构，其特征在于，所述MoS2层与所述石墨烯层的厚度之比为10～50：1。


7.根据权利要求1所述的太阳能电池外延结构，其特征在于，所述Ge底电池包括层叠设置的基层和发射层；

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣，
申请(专利权)人：东泰高科装备科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11