一种ＧａＡｓ单结太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种ＧａＡｓ单结太阳能电池，在电池外延层的表面形成有电极和双层减反膜，双层减反膜的上层膜采用折射率小于下层膜的材料，下层膜采用折射率位于上层膜和窗口层折射率之间的光致发光材料。光致发光材料能够吸收ＧａＡｓ不能吸收波段的太阳光，并将这部分光转化为能被ＧａＡｓ所吸收的光，其最终结果是更宽波段的太阳光将被ＧａＡｓ太阳能电池所吸收并转换为电能，极大地拓宽了ＧａＡｓ单结太阳能电池对太阳光的吸收波段，提高了电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化合物半导体太阳能电池领域，具体涉及一种高效率GaAs单结太阳 能电池。
技术介绍
由于煤、石油等不可再生能源的逐渐枯竭及其不断造成的环境恶化，人类迫切需 要使用绿色能源为人们解决所面临的巨大问题。利用光电转换技术制造的太阳能电池可将 太阳能直接转换为电能，这在很大程度上减少了人们生产生活对煤炭、石油及天然气的依 赖，成为利用绿色能源的最有效方式之一。III-V半导体GaAs太阳能电池是转换效率最高的一种太阳能电池，同时具有耐高 温性能、抗辐射能力强、温度特性好、适合于聚光工作等优点，是目前世界上最具竞争力的 一种太阳能电池，同时被公认为新一代高性能长寿命空间主电源，正在航天领域逐步得到 广泛应用。随着III-V族化合物半导体生长技术(M0CVD)的不断进步，化合物半导体GaAs电 池的效率得到了很大提高。单结GaAs太阳能电池的效率已达到23%以上，随后双结、三结 等级联电池也得到了研究，最高效率达到了 40.8%。但是多结太阳能电池中包括多层材料 结构，其制作过程是非常复杂精密的，这无疑会给将来的生产带来极大困难，也会很大程度 地提高生产成本。GaAs单结太阳能电池仅能吸收一定波段的太阳光(< 900nm)，而GaAs多结太阳 能电池却可以吸收更宽波段的太阳光(< 1798nm)。如何使得GaAs单结太阳能电池具有多 结电池的转换效率，这是促使GaAs太阳能电池快速商业化的一项极具吸引力的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种GaAs单结太阳能电池，使得GaAs单结电池可以吸收 更宽波段的太阳光，从而降低了生产技术的难度，且获得了较高的转换效率。一种GaAs单结太阳能电池，包括依次由缓冲层、GaAs p-n结、窗口层及欧姆接触 层构成的电池外延层，在欧姆接触层的表面局部区域形成有电极，局部区域以外的部分沉 积有双层减反膜，双层减反膜的上层膜采用折射率小于下层膜的材料，其特征在于，双层减 反膜的下层膜采用折射率位于上层膜和窗口层折射率之间的光致发光材料。所述下层膜采用掺杂Sm或Eu的CaS、掺杂Sm或Eu的SrS、掺杂Sm或Ce的MgS 中的任意一种。所述上层膜采用MgF2或A1203或Si02。本专利技术的技术效果体现在在窗口层的平台上沉积双层减反膜，并使用低折射率 材料作为双层减反膜的上层膜，使用光致发光材料作为双层减反膜的下层膜。光致发光材 料能够吸收GaAs所不能吸收波段的太阳光，并将这部分光转化为能被GaAs所吸收的光，其 最终结果是更宽波段的太阳光将会被GaAs太阳能电池所吸收并转换为电能，极大地拓宽了 GaAs单结太阳能电池对太阳光的吸收波段，提高了电池的光电转换效率。 附图说明图1是GaAs单结太阳能电池的侧面剖视图。图2是GaAs单结太阳能电池外延层的侧面剖视图。图3是制备出上电极后的电池侧面剖视图。图4是刻蚀出窗口层平台的电池侧面剖视图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术作的进一步描述。实施例一1)在GaAs衬底1上使用M0CVD方法依次生长出缓冲层2、GaAs p-n结3、窗口层 4和欧姆接触层5 (如图2所示)，组成GaAs单结太阳能电池外延层。2)依次使用光刻、蒸镀电极、合金化、电极增厚的传统工艺在GaAs单结太阳能电 池外延层上表面制备出上电极6 (如图3所示)。3)通过选择性ICP刻蚀方法刻蚀掉上电极6下方以外的欧姆接触层5，使之出现 一个窗口层4的平台(如图4所示)。4)在窗口层4的平台上，沉积一层光致发光材料CaS:Eu作为双层减反膜的下层膜 7。采用磁控溅射的方法沉积一层80nm的CaS薄膜，再用真空热蒸镀的方法沉积一层lnm 的EuF3膜，并进行退火处理，从而获得了 Eu的掺杂浓度仅为1.0%左右的CaS薄膜。然后， 用真空热蒸镀的方法在制备出的CaS:Eu薄膜即下层膜7上沉积一层120nm的低折射率薄 膜MgF2即上层膜8(如图1所示)。CaS材料具有2. 2的折射率，因此由低折射率(<2. 2)的材料MgF2和光致发光材 料CaS:Eu所形成的双层减反膜具有作为GaAs单结电池双层减反膜的功能。光致发光材料 CaS:Eu能够吸收波长为850 1500nm的光子，并发射出波长为550 750nm的光子，进而 被GaAs太阳能电池所吸收转换为电能。然而GaAs的带隙宽度为1. 42eV，所能吸收的太阳 光波长小于900nm，即有光致发光材料CaS:Eu辅助的GaAs单结太阳能电池可以有效地吸 收1500nm波段以内的光能并将其转化为电能，极大地拓宽了 GaAs单结太阳能电池对太阳 光的吸收波段，提高了电池的光电转换效率。实施例二 1)在Ge衬底1上使用M0CVD方法依次生长出缓冲层2、GaAsp-n结3、窗口层4和 欧姆接触层5 (如图2所示)，组成GaAs单结太阳能电池外延层。2)依次使用光刻、蒸镀电极、合金化、电极增厚的传统工艺在GaAs单结太阳能电 池外延层上表面制备出上电极6 (如图3所示)。3)通过选择性湿法腐蚀方法刻蚀掉上电极6下方以外的欧姆接触层5，使之出现 一个窗口层4的平台(如图4所示)。4)在窗口层4的平台上，沉积一层掺杂Sm的光致发光材料CaS: Sm作为双层减反 膜的下层膜7。采用原子层沉积的方法沉积一层80nm的CaS薄膜，再用真空热蒸镀的方法 沉积一层0. 5nm的SmF3膜，并进行退火处理，从而获得了 Sm的掺杂浓度仅为1. 0%左右的CaS薄膜。然后，用真空热蒸镀的方法在制备出的CaS:Sm薄膜上沉积一层llOnm的低折射 率薄膜A1203(如图1所示)。实施例三1)在Ge衬底1上使用MBE的方法依次生长出缓冲层2、GaAs p-n结3、窗口层4 和欧姆接触层5 (如图2所示)，组成GaAs单结太阳能电池外延层。2)依次使用光刻、蒸镀电极、合金化、电极增厚的传统工艺在GaAs单结太阳能电 池外延层上表面制备出上电极6 (如图3所示)。3)通过选择性湿法腐蚀方法刻蚀掉上电极6下方以外的欧姆接触层5，使之出现 一个窗口层4的平台(如图4所示)。4)在窗口层4的平台上，沉积一层光致发光材料CaS:Sm作为双层减反膜的下层膜 7。采用真空热蒸镀的方法沉积一层46nm的CaS薄膜，再用真空热蒸镀的方法沉积一层lnm 的EuF3膜，并进行退火处理，从而获得了 Eu的掺杂浓度仅为1.0%左右的CaS薄膜。然后， 用磁控溅射的方法在制备出的CaS:Eu薄膜上沉积一层82nm的低折射率薄膜Si02(如图1 所示)。实施例四1)在Ge衬底1上使用M0CVD方法依次生长出缓冲层2、GaAsp-n结3、窗口层4和 欧姆接触层5 (如图2所示)，组成GaAs单结太阳能电池外延层。2)依次使用光刻、蒸镀电极、合金化、电极增厚的传统工艺在GaAs单结太阳能电 池外延层上表面制备出上电极6 (如图3所示)。3)通过选择性湿法腐蚀方法刻蚀掉上电极6下方以外的欧姆接触层5，使之出现 一个窗口层4的平台(如图4所示)。4)在窗口层4的平台上，沉积一层光致发光材料SrS:Sm作为双层减反膜的下层 膜7。采用电子束蒸发的方法蒸镀一层60nm的SrS薄膜，再用真空热蒸镀的方法沉积一 层0. 5nm的SmF3膜，并进行退火处理，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧａＡｓ单结太阳能电池，包括依次由缓冲层、ＧａＡｓｐ－ｎ结、窗口层及欧姆接触层构成的电池外延层，在欧姆接触层的表面局部区域形成有电极，局部区域以外的部分沉积有双层减反膜，双层减反膜的上层膜采用折射率小于下层膜的材料，其特征在于，双层减反膜的下层膜采用折射率位于上层膜和窗口层折射率之间的光致发光材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋明辉，吴志浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]