一种砷化镓激光光伏电池及其制备方法技术

本公开涉及一种砷化镓激光光伏电池，包括至少一个砷化镓子电池，每个所述砷化镓子电池包括由基区材料构成的基区和由发射区材料构成的发射区，其中，所述基区材料的禁带宽度适于吸收激光源发出的激光，所述发射区材料的禁带宽度大于1.54ev。根据本发明专利技术实施例的GaAs激光光伏电池及其制备方法，电池的发射区采用禁带宽度大于1.54eV的材料，不会吸收激光源发出的激光，只有基区作为激光吸收层，因而降低了电池吸收层厚度设计和优化难度，有利于减小吸收层厚度误差，提升电池性能。提升电池性能。提升电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种砷化镓激光光伏电池及其制备方法


[0001]本专利技术的实施例涉及光伏电池，尤其涉及一种砷化镓激光光伏电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]激光光伏电池可以将激光转换为电能，实现远距离、非接触式的能量输送，在无线通信，国防，航空，能源等领域有着广泛的应用。砷化镓作为一种禁带宽度为1.428eV的III
‑
V族化合物半导体，具有很高的内部光电量子效率，是制备激光光伏电池的主要材料之一。但单个GaAs光伏电池的电压在1V左右，为了获得满足要求的输出电压，一般在单个元器件上采用多个砷化镓电池串联的方式获得更高的输出电压。
[0003]串联的方式通常有两种，一种在激光光照范围通过光刻工艺划分多个相等面积的区域，然后通过光刻、镀膜等标准工艺，实现各个电池的按照正
‑
负
‑
正
‑
负的次序互联，实现高输出电压。这种工艺设计需要复杂的半导体制备步骤，并且由于隔离槽和表面电极的存在，电池的有效受光面积会相对减少，一般激光光电转换效率只能达到50％左右。另外，随着串联电池数量的增加，横向串联实现的工艺难度越来越大，无法满足更高输出电压激光电池的要求。
[0004]另外一种串联方式是纵向串联，通过外延生长方式在衬底上生长多个单结电池，单结电池之间通过隧穿结实现串联。这种结构在整个激光光照区域不再需要保留隔离区域和金属互联区域，一般光电转换效率能够达到60％。在该激光光伏电池工艺中，使用GaAs作为衬底材料，在器件制备过程中，衬底并不会完全去除，因此衬底无法重复利用；同时衬底的存在大幅增加器件的热效应，限制器件光电转换效率的提升以及高功率条件下的器件性能。
[0005]此外，在GaAs激光光伏电池中，激光吸收层厚度是关键技术参数，吸收层厚度设计不当会严重影响光电转换效率。在当前的GaAs激光光伏电池中，电池发射区和基区共同作为激光吸收层，但是高掺杂的GaAs发射区材料和低掺杂的GaAs基区材料的吸收系数存在一定的差异，增加了激光光伏电池中吸收层厚度设计及优化难度；特别是在多结激光光伏电池中，各子电池的吸收层厚度设计尤为关键，吸收层厚度设计不当会影响各子电池间电流匹配度，严重影响电池性能。

技术实现思路

[0006]针对现有激光光伏电池技术中的不足，本专利技术旨在提供一种砷化镓激光光伏电池及其制备方法，能够解决现有技术中的至少一个缺陷，提高电池光电转换效率,提升电池性能。
[0007]本专利技术一方面提供一种砷化镓激光光伏电池，包括至少一个砷化镓子电池，每个所述砷化镓子电池包括由基区材料构成的基区和由发射区材料构成的发射区，其中，所述基区材料的禁带宽度适于吸收激光源的激光，所述发射区材料的禁带宽度大于1.54ev。
[0008]根据一个实施例，所述基区材料为GaAs；所述发射区材料为Al
x
GaAs或Ga
0.5
InP中的任意一种，其中，所述Al
x
GaAs中x的取值范围为0.1≤x≤0.2。
[0009]根据一个实施例，所述的砷化镓激光光伏电池，包括在基底上层叠设置的两个GaAs子电池，两个GaAs子电池之间通过隧穿结连接；并且
[0010]其中每个GaAs子电池包括在远离基底的方向上顺序设置的背场层、所述基区、所述发射区和窗口层。
[0011]根据一个实施例，两个GaAs子电池中的相对远离基底的第一GaAs子电池的窗口层材料为AlInP材料；相对靠近基底的第二GaAs子电池的窗口层材料为Al
x
GaAs或(Al)GaInP中的任意一种，其中，所述Al
x
GaAs中x的取值范围为0.2≤x≤0.4。
[0012]根据一个实施例，所述第一GaAs子电池的背场层和第二GaAs子电池的背场层的材料选自Al
x
GaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述Al
x
GaAs中x的取值范围为0.1≤x≤0.4
[0013]根据一个实施例，所述基底为薄膜型金属基底，所述电池为柔性电池。
[0014]根据一个实施例，所述金属基底在远离第一GaAs子电池和第二GaAs子电池的方向上顺序包括金属反射镜层、金属连接层以及金属支撑层。
[0015]根据一个实施例，所述光反射层选自Cu、Ag、Au中的一种材料，所述金属连接层选自Pd/Zn/Cu、Pd/Zn/Al或Pd/Zn/Ni中的一种叠层结构，所述金属支撑层选择与金属连接层中的最后一层材料相同的材料。
[0016]根据一个实施例，所述的砷化镓激光光伏电池，还包括在第一GaAs子电池的窗口层上顺序设置的栅线电极层和减反射层。
[0017]根据一个实施例，所述栅线电极层由AuGe材料层、Ag材料层和Au材料层依次叠层构成。
[0018]根据一个实施例，所述减反射层材料选自ZnSe/MgF或Al2O3/TiO2中的任意一种。
[0019]根据一个实施例，第一GaAs子电池和第二GaAs子电池基区的厚度通过下列方程组计算：
[0020]e
‑
α
·
(d1+d2)
·
R
·
e
‑
α
·
(d1+d2)
＝1
‑
ab
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0021]e
‑
α
·
d1
‑
e
‑
α
·
(d1+d2)
+R
·
e
‑
α
·
(d1+d2)
‑
e
‑
α
·
(d1+d2)
·
R
·
e
‑
α
·
d2
＝(1
‑
ab)/2
ꢀꢀꢀ
(2)
[0022]其中，d1和d2分别是第一GaAs子电池和第二GaAs子电池的基区厚度、α是GaAs材料的吸收系数、R是金属反射镜层的反射率、ab是光吸收率。
[0023]本专利技术另一方面提供一种砷化镓激光光伏电池的制备方法，
[0024]包括：
[0025]在GaAs衬底上制备剥离牺牲层；
[0026]在剥离牺牲层上制备有源层；
[0027]在有源层上制备薄膜型金属基底；
[0028]去除剥离牺牲层，将GaAs衬底从有源层分离；以及
[0029]以金属基底作为支撑基底，在有源层的从GaAs衬底分离的一侧上制备栅线电极层和减反射层，
[0030]其中，制备有源层包括在远离GaAs衬底的方向上依次制备第一GaAs子电池和第二GaAs子电池，其中，第一GaAs子电池和第二GaAs子电池的发射区选择禁带宽度大于1.54ev的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砷化镓激光光伏电池，包括至少一个砷化镓子电池，每个所述砷化镓子电池包括由基区材料构成的基区和由发射区材料构成的发射区，其中，所述基区材料的禁带宽度适于吸收激光源的激光，所述发射区材料的禁带宽度大于1.54ev。2.根据权利要求书1所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述基区材料为GaAs；所述发射区材料为AlxGaAs或Ga0.5InP中的任意一种，其中，所述Al
x
GaAs中x的取值范围为0.1≤x≤0.2。3.根据权利要求书2所述的砷化镓激光光伏电池，包括在基底上层叠设置的两个GaAs子电池，两个GaAs子电池之间通过隧穿结连接；并且其中每个GaAs子电池包括在远离基底的方向上顺序设置的背场层、所述基区、所述发射区和窗口层。4.根据权利要求书3所述的砷化镓激光光伏电池，其中，两个GaAs子电池中的相对远离基底的第一GaAs子电池的窗口层材料为AlInP材料；相对靠近基底的第二GaAs子电池的窗口层材料为Al
x
GaAs或(Al)GaInP中的任意一种，其中，所述Al
x
GaAs中x的取值范围为0.2≤x≤0.4。5.根据权利要求书4所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述第一GaAs子电池的背场层和第二GaAs子电池的背场层的材料选自Al
x
GaAs或(Al)GaInP中的任意一种，所述Al
x
GaAs中x的取值范围为0.1≤x≤0.4。6.根据权利要求书3
‑
5中任意一项所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述基底为薄膜型金属基底，所述电池为柔性电池。7.根据权利要求6所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述金属基底在远离第一GaAs子电池和第二GaAs子电池的方向上顺序包括金属反射镜层、金属连接层以及金属支撑层。8.根据权利要求7所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述光反射层选自Cu、Ag、Au中的一种材料，所述金属连接层选自Pd/Zn/Cu、Pd/Zn/Al或Pd/Zn/Ni中的一种叠层结构，所述金属支撑层选择与金属连接层中的最后一层材料相同的材料。9.根据权利要求6所述的砷化镓激光光伏电池，还包括在第一GaAs子电池的窗口层上顺序设置的栅线电极层和减反射层。10.根据权利要求书9所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述栅线电极层由AuGe材料层、Ag材料层和Au材料层依次叠层构成。11.根据权利要求书9所述的砷化镓激光光伏电池，其中，所述减反射层材料选自ZnSe/MgF或Al2O3/TiO2中的任意一种。12.根据权利要求7所述的砷化镓激光光伏电池，其中，第一GaAs子电池和第二GaAs子电池基区的厚度通过下列方程组计算：e
‑
α
·
(d1+d2)
·
R
·
e
‑
α
·
(d1+d2)
＝1
‑
ab
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱明星，李华，王伟明，
申请(专利权)人：江苏宜兴德融科技有限公司，
类型：发明
国别省市：