[發(fā)明專利]一種GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010189176.8
• 申請(qǐng)日: 2010-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN101859807A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋明輝;吳志浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/055
• 分類號(hào): H01L31/055;H01L31/052;H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體涉及一種高效率GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)

由于煤、石油等不可再生能源的逐漸枯竭及其不斷造成的環(huán)境惡化，人類迫切需要使用綠色能源為人們解決所面臨的巨大問題。利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)制造的太陽(yáng)能電池可將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，這在很大程度上減少了人們生產(chǎn)生活對(duì)煤炭、石油及天然氣的依賴，成為利用綠色能源的最有效方式之一。

III-V半導(dǎo)體GaAs太陽(yáng)能電池是轉(zhuǎn)換效率最高的一種太陽(yáng)能電池，同時(shí)具有耐高溫性能、抗輻射能力強(qiáng)、溫度特性好、適合于聚光工作等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上最具競(jìng)爭(zhēng)力的一種太陽(yáng)能電池，同時(shí)被公認(rèn)為新一代高性能長(zhǎng)壽命空間主電源，正在航天領(lǐng)域逐步得到廣泛應(yīng)用。

隨著III-V族化合物半導(dǎo)體生長(zhǎng)技術(shù)(MOCVD)的不斷進(jìn)步，化合物半導(dǎo)體GaAs電池的效率得到了很大提高。單結(jié)GaAs太陽(yáng)能電池的效率已達(dá)到23％以上，隨后雙結(jié)、三結(jié)等級(jí)聯(lián)電池也得到了研究，最高效率達(dá)到了40.8％。但是多結(jié)太陽(yáng)能電池中包括多層材料結(jié)構(gòu)，其制作過程是非常復(fù)雜精密的，這無疑會(huì)給將來的生產(chǎn)帶來極大困難，也會(huì)很大程度地提高生產(chǎn)成本。

GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池僅能吸收一定波段的太陽(yáng)光(＜900nm)，而GaAs多結(jié)太陽(yáng)能電池卻可以吸收更寬波段的太陽(yáng)光(＜1798nm)。如何使得GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池具有多結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率，這是促使GaAs太陽(yáng)能電池快速商業(yè)化的一項(xiàng)極具吸引力的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池，使得GaAs單結(jié)電池可以吸收更寬波段的太陽(yáng)光，從而降低了生產(chǎn)技術(shù)的難度，且獲得了較高的轉(zhuǎn)換效率。

一種GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池，包括依次由緩沖層、GaAs?p-n結(jié)、窗口層及歐姆接觸層構(gòu)成的電池外延層，在歐姆接觸層的表面局部區(qū)域形成有電極，局部區(qū)域以外的部分沉積有雙層減反膜，雙層減反膜的上層膜采用折射率小于下層膜的材料，其特征在于，雙層減反膜的下層膜采用折射率位于上層膜和窗口層折射率之間的光致發(fā)光材料。

所述下層膜采用摻雜Sm或Eu的CaS、摻雜Sm或Eu的SrS、摻雜Sm或Ce的MgS中的任意一種。

所述上層膜采用MgF2或Al2O3或SiO2。

本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：在窗口層的平臺(tái)上沉積雙層減反膜，并使用低折射率材料作為雙層減反膜的上層膜，使用光致發(fā)光材料作為雙層減反膜的下層膜。光致發(fā)光材料能夠吸收GaAs所不能吸收波段的太陽(yáng)光，并將這部分光轉(zhuǎn)化為能被GaAs所吸收的光，其最終結(jié)果是更寬波段的太陽(yáng)光將會(huì)被GaAs太陽(yáng)能電池所吸收并轉(zhuǎn)換為電能，極大地拓寬了GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收波段，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1是GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池的側(cè)面剖視圖。

圖2是GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池外延層的側(cè)面剖視圖。

圖3是制備出上電極后的電池側(cè)面剖視圖。

圖4是刻蝕出窗口層平臺(tái)的電池側(cè)面剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作的進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：

1)在GaAs襯底1上使用MOCVD方法依次生長(zhǎng)出緩沖層2、GaAs?p-n結(jié)3、窗口層4和歐姆接觸層5(如圖2所示)，組成GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池外延層。

2)依次使用光刻、蒸鍍電極、合金化、電極增厚的傳統(tǒng)工藝在GaAs單結(jié)太陽(yáng)能電池外延層上表面制備出上電極6(如圖3所示)。

3)通過選擇性ICP刻蝕方法刻蝕掉上電極6下方以外的歐姆接觸層5，使之出現(xiàn)一個(gè)窗口層4的平臺(tái)(如圖4所示)。

4)在窗口層4的平臺(tái)上，沉積一層光致發(fā)光材料CaS:Eu作為雙層減反膜的下層膜7。采用磁控濺射的方法沉積一層80nm的CaS薄膜，再用真空熱蒸鍍的方法沉積一層1nm的EuF₃膜，并進(jìn)行退火處理，從而獲得了Eu的摻雜濃度僅為1.0％左右的CaS薄膜。然后，用真空熱蒸鍍的方法在制備出的CaS:Eu薄膜即下層膜7上沉積一層120nm的低折射率薄膜MgF₂即上層膜8(如圖1所示)。