[發(fā)明專利]一種寬帶隙多異質(zhì)結(jié)隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210207237.8
• 申請(qǐng)日: 2012-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN102709349A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單智發(fā);張永;蔡建九;陳凱軒;林志偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門乾照光電股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/0304
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 李寧;唐紹烈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種寬帶隙多異質(zhì)結(jié)隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)，是用于串接多個(gè)子電池的高倍聚光砷化鎵多結(jié)太陽電池的隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)背景

砷化鎵多結(jié)太陽電池由若干不同帶隙的子電池串接而成，各子電池均為p-n結(jié)構(gòu)，如果直接串聯(lián)在一起，則子電池接觸界面會(huì)形成反偏的p-n結(jié)而導(dǎo)致電壓相互抵消而不導(dǎo)電。采用隧穿結(jié)聯(lián)結(jié)可以解決這一問題。隧穿結(jié)也是p-n結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是功能層厚度薄且摻雜濃度非常高，費(fèi)米能級(jí)分別進(jìn)入P區(qū)和N區(qū)的價(jià)帶和導(dǎo)帶，當(dāng)有太陽光照時(shí)，隧穿結(jié)兩端出現(xiàn)電勢(shì)差，N區(qū)多數(shù)載流子-電子可以從N區(qū)導(dǎo)帶直接隧穿進(jìn)入P區(qū)價(jià)帶，于是產(chǎn)生隧穿電流，達(dá)到聯(lián)接兩個(gè)子電池的作用，當(dāng)電勢(shì)差不斷增加，N區(qū)載流子費(fèi)米能級(jí)高于P區(qū)載流子費(fèi)米能級(jí)時(shí)，載流子便不能隧穿，此時(shí)隧穿結(jié)電流稱為峰值峰穿電流。隧穿結(jié)的峰值峰穿電流與摻雜濃度有關(guān)，摻雜濃度越高，隧穿結(jié)的峰值隧穿電流越大。

為了降低隧穿結(jié)對(duì)太陽光的吸收，隧穿結(jié)功能層要求采用寬帶隙材料。然而，隨著材料帶隙的增加，半導(dǎo)體層的有效摻雜濃度和載流子隧穿幾率都會(huì)下降，導(dǎo)致隧穿結(jié)峰值電流密度會(huì)呈指數(shù)形式下降。傳統(tǒng)的隧穿結(jié)由兩個(gè)功能層構(gòu)成，即僅具有第二和第三功能層。如N⁺⁺GaAs/P⁺⁺GaAs、N⁺⁺GaAs/P⁺⁺AlGaAs等結(jié)構(gòu)，其帶隙較小，限制了更寬帶隙子電池的應(yīng)用，而采用寬帶隙的AlInP₂/GaInP₂隧穿結(jié)[Electronics?letters?1998?Vol.?34?No.?4]、Al_0.2Ga_0.3In_0.5P/Al_0.9Ga_0.1As隧穿結(jié)[Sharps,P.R.?Photovoltaic?Specialists?Conference,?2000.?Conference?Record?of?the?Twenty-Eighth?IEEE]，峰值電流密度均低于2A/cm²，難以滿足高倍聚光太陽電池的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述寬帶隙隧穿結(jié)峰值電流密度低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶隙多異質(zhì)結(jié)隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)，以提高峰值隧穿電流，滿足高倍聚光太陽電池的應(yīng)用。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種寬帶隙多異質(zhì)結(jié)隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)，由四個(gè)功能層組成；第一功能層具有第一帶隙和第一型摻雜；第二功能層具有第二帶隙和第一型摻雜，且?guī)缎∮诘谝粠叮坏谌δ軐泳哂械谌龓逗偷诙蛽诫s；第四功能層具有第四帶隙和第二型摻雜，且?guī)洞笥诘谌龓丁?/p>

對(duì)于位于外層的第一功能層和第四功能層，其帶隙2.20eV（電子伏特）≤Eg（半導(dǎo)體化合物能隙Energy?gap）≤2.50eV，組成成分為(Al_yGa_1-y)_1-xIn_xP或(Al_yGa_1-y)_1-xIn_xAs，其中In的組分為0≤x≤0.85,Al的組分為0.50≤y≤1.00，各組分含量以摩爾比計(jì)，薄膜厚度為20-100?nm，摻雜濃度為5×10¹⁸-5×10²⁰cm^-3。

對(duì)于位于內(nèi)層的第二功能層和第三功能層，其帶隙1.80eV≤Eg≤2.20eV，組成成分為(Al_yGa_1-y)_1-xIn_xP或(Al_yGa_1-y)_1-xIn_xAs，其中In的組分0≤x≤0.85,Al的組分0≤y＜0.50，薄膜厚度為10-20?nm，摻雜濃度為5×10¹⁸-5×10²⁰cm^-3。

采用上述方案后，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)寬帶隙隧穿結(jié)峰值電流密度低的問題，采用四個(gè)功能層組成隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)，各功能層之間形成異質(zhì)結(jié)，既可以通過pN型或nP型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的帶階提高峰值隧穿電流，又可以通過Pp型或Nn型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的載流子的注入效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)載流子補(bǔ)償，進(jìn)一步提高峰值隧穿電流和更小的串聯(lián)電阻，從而滿足高倍聚光太陽電池的應(yīng)用。

附圖說明