一种激光光纤供能电池及激光光纤供能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种激光光纤供能系统，包括激光器，传能光纤和光伏电池，其中光伏电池包括半绝缘衬底和盖帽层，该激光光纤供能电池的电极结构从下到上依次为N电极导电层、背反射层、基极层、发射极层和P电极导电层；N电极导电层外延生长在半绝缘衬底上，盖帽层在P电极导电层之上，半绝缘衬底采用未掺杂的锗基底。本实用新型专利技术中采用锗材料制作光伏电池，由于锗材料硬度且在900nm到1800nm都有比较高的量子效率，因此可以直接使用980纳米、1310纳米和1550纳米的激光器和普通多模光纤，传输损耗更低，并且在工艺制作过程中不易碎。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能聚光电池
，尤其涉及一种激光光纤供能电池及激光光纤供能系统。
技术介绍
由于光纤具有绝缘，抗腐蚀，非易燃易爆的特点，因此相比较传统电力铜缆，使用光纤来传递能量能够更为可靠，并且在一些例如高压，易爆，易腐蚀或者太空领域的常规电力铜缆无法正常使用的场合，激光光纤供能则能够发挥更大的作用。激光光纤供能系统一般由激光器，传能光纤，光伏电池三部分组成，高效率的光伏电池是系统中的核心，它是利用光生伏特效应将高密度的入射单色光直接转换为电能给负载进行供电。为了尽量获取更多的电力，高效率是光供能电池最重要的指标之一，由于入射光谱正好位于电池最大外量子效率点，因此相比较常规的广谱太阳能电池来说，光供能电池能够提供更高的光电转换效率。砷化镓材料是激光光纤供能电池最常用的材料，这个主要是因为砷化镓是直接带隙半导体材料，吸收系数高，温度系数低，禁带宽度大，并且砷化镓太阳能电池能够无缺陷直接外延在半绝缘的砷化镓材料上，因此在激光光纤供能电池中得到广泛应用。但是砷化镓材料相比较其它半导体材料，其成本较高，并且砷化镓材料本身非常易碎，因此在制作中需要额外注意。此外，相对于砷化镓材料的最大吸收峰值在830nm附近，因此在此类光供能系统中，激光器一般米用830nm大功率激光器,而对应的激光器往往米用招镓砷/砷化镓异质结激光器，或者采用多光束的阵列激光器或者固体激光器，而此类激光器的成本较高，从而导致整个系统的造价上升。另外对于传能光纤来说，尽管830nm正好位于光通信损耗较小的第一窗口，但是相比较损耗更小的第二窗口 1310nm和第三窗口 1550nm来说，830nm的光能损耗依旧接近其它两个窗口的两倍，而对于砷化镓材料来说由于其截止波长在870nm附近，因而不能够直接使用损耗更小的第二和第三窗口，导致这样的砷化镓光供能系统在长距离能源传输中受限比较大。为了解决这个问题，也有人提出采用禁带宽度更小的磷化铟材料来制作光供能电池，从而能够在光纤传输损耗更小的第二窗口使用，但是由于磷化铟材料的禁带宽度较小，因而开路电压较低，因此需要额外更多数量的电池串联来达到负载需求，并且这样会导致系统制作工艺复杂，从而成本进一步增加。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于针对现有技术中砷化镓材料制成的激光光纤供能电池成本较高，采用的激光器造价高导致整个激光光纤供能系统的造价上升的缺陷，提供一种激光光纤供能电池及激光光纤供能系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种激光光纤供能电池，包括半绝缘衬底和盖帽层，所述的半绝缘衬底采用未掺杂的锗基底。按上述方案，所述激光光纤供能电池的电极结构从下到上依次为N电极导电层、背反射层、基极层、发射极层和P电极导电层；N电极导电层外延生长在半绝缘衬底上，盖帽层在P电极导电层之上。按上述方案，所述激光光纤供能电池的半绝缘衬底厚度为IOOum到700um; N电极导电层厚度为0.5um到5um ;背反射层在N电极导电层之上，厚度为002um到0.2um ;基极层在背反射层之上，厚度为0.5um到3um ;发射极层在基极层之上，厚度为0.05um到Ium ；P电极导电层在发射极层之上，厚度为0.5um到5um ;盖帽层在P电极导电层之上，厚度为0.2um到 0.5umο按上述方案，所述的N电极导电层采用高掺杂浓度并且具有一定厚度的材料。按上述方案，所述的背反射层采用高禁带宽度和高掺杂浓度的材料。按上述方案，所述的背反射层采用稼铟磷或者铝稼砷。按上述方案，其特征在于，该激光光纤供能电池是将多个子电池串联在同一个半绝缘衬底上根据上述激光光纤供能电池，本技术还提供一种激光光纤供能系统，其技术方案为:一种激光光纤供能系统，包括激光器，传能光纤和光伏电池，所述光伏电池包括半绝缘衬底和盖帽层，其特征在于，所述的半绝缘衬底采用未掺杂的锗基底。按上述方案，所述光伏电池的电极结构从下到上依次为N电极导电层、背反射层、基极层、发射极层和P电极导电层，N电极导电层外延生长在半绝缘衬底上，盖帽层在P电极导电层之上。按上述方案，所述光伏电池的半绝缘衬底厚度为IOOum到700um ； N电极导电层厚度为0.5um到5um ;背反射层在N电极导电层之上，厚度为002um到0.2um ;基极层在背反射层之上，厚度为0.5um到3um ;发射极层在基极层之上，厚度为0.05um到Ium ；P电极导电层在发射极层之上，厚度为0.5um到5um ;盖帽层在P电极导电层之上，厚度为0.2um到0.5um。按上述方案，所述光伏电池的N电极导电层采用高掺杂浓度并且具有一定厚度的材料。按上述方案，所述光伏电池的背反射层采用高禁带宽度和高掺杂浓度的材料。按上述方案，所述光伏电池的背反射层采用稼铟磷或者铝稼砷。按上述方案，所述光伏电池是将多个子电池串联在同一个半绝缘衬底上。按上述方案，所述的激光器为大功率980nm泵浦激光器。本技术产生的有益效果是:1.砷化镓材料本身非常易碎，锗材料硬度比砷化镓要高，因此在工艺制作过程中不易碎。2.相对砷化镓材料，其截至波长在950nm附近，因而对于砷化镓光供能电池是不能直接使用损耗更低的1310窗口和1550窗口 ；锗材料在900nm到1800nm都有比较高的量子效率，因此可以直接使用1310nm和1550nm的低损耗窗口，这样就避免了需要不同窗口使用不同材料电池的问题，具有一定的窗口兼容性3.由于锗材料在980nm附近也有比较高的量子效率，因此，供能系统能够直接使用已经非常成熟的大功率980nm泵浦激光器，与830nm的铝镓砷/砷化镓异质结激光器相t匕，大功率980nm泵浦激光器广泛用于光纤通信系统光放大器，不仅成本更为便宜，而且长期可靠性更高。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中:图1是激光光纤供能系统不意图；图2是砷化镓电池的外量子效率；图3是锗电池的外量子效率；图4是多模光纤传输损耗图；图5是本技术所提出的锗激光电池结构图；图6是本技术所提出的锗激光电池串联侧面结构图；图7是本技术所提出的锗激光电池表面电极图；其中，I是未掺杂的锗衬底，2是N型Ge导电层，3是背面反射层，4是电池基极，5是电池发射极，6是P极导电层，7是Ge盖帽层，8是金属电极，9是二氧化硅钝化层，10是聚酰亚胺绝缘层。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术明。在本实施例中，如图1所示，激光光纤供能系统由大功率激光器，传能光纤，光伏电池三部分组成。为了保证光供能电池的最大转换效率,大功率激光器的波长选择一般在光供能电池的最大外量子效率点附近，对于常用的砷化镓光供能电池，其最大外量子效率点在SOOnm左右，因而一般采用输出波长在830nm的铝镓砷/砷化镓异质结激光器。图2给出了砷化镓电池的量子效率，可以看出对于砷化镓材料，其截至波长在950nm附近，因而对于砷化镓光供能电池是不能直接使用损耗更低的1310窗口和1550窗口。为了解决这个问题，我们提出一种以锗材料为基础的光供能电池，锗材料的禁带宽度是0.67e本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光光纤供能电池，其特征在于，包括半绝缘衬底和盖帽层，所述半绝缘衬底采用未掺杂的锗基底。

【技术特征摘要】
1.一种激光光纤供能电池，其特征在于，包括半绝缘衬底和盖帽层，所述半绝缘衬底采用未掺杂的锗基底。2.根据权利要求1所述的激光光纤供能电池，其特征在于，所述激光光纤供能电池的电极结构从下到上依次为N电极导电层、背反射层、基极层、发射极层和P电极导电层；N电极导电层外延生长在半绝缘衬底上，盖帽层在P电极导电层之上。3.根据权利要求2所述的激光光纤供能电池，其特征在于，所述半绝缘衬底厚度为IOOum到700um ； N电极导电层厚度为0.5um到5um ;背反射层在N电极导电层之上，厚度为002um到0.2um ;基极层在背反射层之上，厚度为0.5um到3um ;发射极层在基极层之上，厚度为0.05um到Ium ；P电极导电层在发射极层之上，厚度为0.5um到5um ;盖帽层在P电极导电层之上，厚度为0.2um到0.5um。4.根据权利要求2所述的激光光纤供能电池，其特征在于，所述N电极导电层采用高掺杂浓度并且具有一定厚度的材料。5.根据权利要求2所述的激光光纤供能电池，其特征在于，所述背反射层采用高禁带宽度和高掺杂浓度的材料。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘守华，高倩，温成龙，吕辉，王双保，
申请(专利权)人：武汉凹伟能源科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：