[發明專利]雙結GaAs疊層激光光伏電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210154978.4
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102651420A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 趙春雨;董建榮;趙勇明;孫玉潤;李奎龍;于淑珍;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/0725
• 分類號: H01L31/0725;H01L31/0735;H01L31/18
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

技術領域

本發明涉及激光光伏電池領域，尤其涉及雙結GaAs疊層激光光伏電池及其制備方法。

背景技術

激光供能系統是一個創新的能量傳遞系統，憑借這個系統，將激光光源發出的光通過光纖輸送到激光光伏電池上，可以提供穩定的電源輸出。通過光纖傳導光轉化為電比傳統的金屬線和同軸電纜電力傳輸技術有更多的優點，可以應用在需要消除電磁干擾或需要將電子器件與周圍環境隔離的情況下，在無線電通信，工業傳感器，國防，航空，醫藥、能源等方向有重要應用。激光光伏電池的工作原理與太陽能電池類似，只是有可獲得更高的轉換效率，更大的輸出電壓，能傳遞更多的能量，與一般太陽能電池不同的是，光源采用適合光纖傳輸的790?nm?-?850?nm波長的激光。

GaAs是III/V族半導體材料，室溫下的禁帶寬度Eg是1.428?eV，GaAs?PN結電池可以用于將808?nm的激光能量轉換為電能，用作激光供能系統中的激光電池，但是GaAs電池的開路電壓只有為1?V，不能夠直接用于電子器件電路中的電源。早期的激光光伏電池是將幾個單結電池單元串聯以獲得所需的輸出電壓，通過刻蝕隔離溝槽的方式將單位面積的電池芯片進行隔離，再通過引線的方式將幾個單結電池單元串聯。隔離溝槽的個數越多就會導致電池的有效受光面積就越小，為解決此問題我們提出將每個電池單元設計為通過隧穿結連接的雙結電池結構，這樣可以減小隔離溝槽的影響，增大激光光電池的有效受光面積，減小電池互聯的串聯電阻，有助于提高器件的性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供雙結GaAs疊層激光光伏電池及其制備方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種雙結GaAs疊層激光光伏電池，包括GaAs襯底，以及在所述襯底上依次設置的N型GaAs的導電層、第一隧穿結、底電池、第二隧穿結、頂電池、AlGaAs(Ga_0.51In_0.49P)的窗口層以及GaAs接觸層。

所述的雙結GaAs疊層激光光伏電池，進一步包括隔離槽，所述隔離槽為從GaAs接觸層向襯底方向貫穿，直至顯露出襯底，并且所述隔離槽中填充有氧化硅或聚酰亞胺膠。

所述第一隧穿結、第二隧穿結均包括按照遠離襯底方向依次設置的N型GaAs(Ga_0.51In_0.49P)層、P型(Al)GaAs層和P型AlGaAs((Al)GaInP)層。

所述底電池、頂電池均為基于GaAs的PN結電池，且所述底電池和頂電池各自的P區、N區均依次遠離襯底。

所述的雙結GaAs疊層激光光伏電池，進一步包括正電極窗口，所述正電極窗口為從GaAs接觸層往導電層方向貫穿，直至顯露出導電層。

所述的雙結GaAs疊層激光光伏電池，進一步包括ZnSe/MgF或TiO2/SiO2的減反射膜，置于所述窗口層的裸露表面上。

為了解決上述問題，本發明還提供了一種如上述的雙結GaAs疊層激光光伏電池制備方法，包括步驟：（1）提供GaAs襯底；（2）在襯底上依次生長導電層、第一隧穿結、底電池、第二隧穿結、頂電池、窗口層與GaAs接觸層；

所述的雙結GaAs疊層激光光伏電池的制備方法，進一步包括步驟：（3）采用干法或濕法刻蝕方法從GaAs接觸層向襯底方向刻蝕，直至顯露出襯底表面，形成隔離槽；（4）在隔離槽中填充氧化硅或聚酰亞胺膠。

所述的雙結GaAs疊層激光光伏電池的制備方法，進一步包括步驟：（5）采用干法或濕法刻蝕方法從GaAs接觸層向襯底方向刻蝕，直至顯露出導電層表面，形成正電極窗口。

所述的雙結GaAs疊層激光光伏電池的制備方法，進一步包括步驟：采用干法或濕法刻蝕方法刻蝕指定區域的GaAs接觸層，直至顯露出窗口層的表面；在窗口層的裸露表面上生長減反射膜，所述生長減反射膜的方法為化學氣相淀積、蒸發和濺射中任意一種。

本發明提供雙結GaAs疊層激光光伏電池及其制備方法，優點在于：

1.?雙結GaAs疊層激光光伏電池實現了每個單元有兩個電池串聯，減小了串聯電阻，有利于電池效率的提高；

2.?本發明中，對于同等開路電壓的光伏電池，減少了隔離溝槽所占受光面積的比例，減少了入射光在隔離溝槽上的損失，有利于電池效率的提高；

3.?本發明中，GaAs接觸層和導電層都采用N型GaAs，在電池工藝中一步可以完成正、負電極的歐姆接觸金屬的蒸發或電鍍加厚，減少一步光刻、一步剝離工藝，減少一張光刻版，節省工藝加工時間和降低成本；