[發明專利]一種含復合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201210218156.8
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN103515462A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 夏偉;于軍;吳德華;蘇來發;張新
• 申請（專利權）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

技術領域

本發明涉及一種利用復合DBR的Ge基GaAs薄膜單結太陽能電池的制備方法，屬于光電子技術領域。

背景技術

太陽電池的發展，最早可追溯自1954年由Bell實驗室的發明，當時的目的是希望能提供偏遠地區供電系統的能源，那時太陽電池的效率只有6%。接著從1957年蘇聯發射第一顆人造衛星開始，一直到1969年美國太空人登陸月球，太陽電池的應用得以充分發揮。雖然當時太陽電池的造價昂貴，但其對人類歷史的貢獻卻是具有深遠歷史意義的。近年來全球的通訊市場蓬勃發展，各大通訊計劃不斷提出，例如Motorola公司的銥(Iridiμm)計劃，將使用66顆低軌道的衛星(LEO)，Bill?Gates之Teledesic計劃，預計將使用840顆LEO衛星，這些都將促使太陽電池被廣泛地使用在太空中。

人類發展太陽電池的最終目標，就是希望能取代目前傳統的能源。我們都知道太陽的能量是取之不盡用之不竭的，從太陽表面所放射出來的能量，換算成電力約3.8×1023kW；若太陽光經過一億五千萬公里的距離，穿過大氣層到達地球的表面也約有1.8×1014kW，這個值大約為全球平均電力的十萬倍大。若能有效的運用此能源，則不僅能解決消耗性能源的問題，連環保問題也可一并獲得解決。目前太陽電池發展的瓶頸主要有兩項因素：一項為效率，另一項為價格。

太陽電池是一種能量轉換的光電元件，它是經由太陽光照射后，把光的能量轉換成電能，此種光電元件稱為太陽電池(Solar?Cell)。從物理學的角度來看，有人稱之為光伏電池(Photovoltaic，簡稱PV)，其中的photo就是光(light)，而voltaic就是電力(electricity)。太陽電池的種類繁多，若依材料的種類來區分，可分為單晶硅(single?crystal?silicon)、多晶硅(polycrystal?silicon)、非晶硅(amorphous?silicon，簡稱a-Si)、Ⅲ-Ⅴ族[包括：砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、磷化鎵銦(InGaP)]、Ⅱ-Ⅵ族[包括：碲化鎘(CdTe)、硒化銦銅(CuInSe2)]等。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。大陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，是其中最受矚目的項目之一。

制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發生光電于轉換反應，根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子材料制備的大陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。

當P型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區域里會形成一個特殊的薄層)，界面的P型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由于P型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現了濃度差。N區的電子會擴散到P區，P區的空穴會擴散到N區，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結。如圖1所示。

當晶片受光后，PN結中，N型半導體的空穴往P型區移動，而P型區中的電子往N型區移動，從而形成從N型區到P型區的電流。然后在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。由于半導體不是電的良導體，電子在通過PN結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產生，因此一般用金屬網格覆蓋PN結，以增加入射光的面積。

另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它涂上了一層反射系數非常小的保護膜，將反射損失減小到5%甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯或串聯起來使用，形成太陽能光電板。

近年來，隨著空間科學和技術的發展，對空間電源提出了更高的要求。80年代初期，蘇聯、美國、英國、意大利等國開始研究GaAs基系太陽電池。80年代中期，GaAs太陽電池已經用于空間系統，如1986年蘇聯發射的和平號空間站，裝備了10KW的GaAs太陽電池，單位面積比功率達到180W/m2。8年后，電池陣輸出功率總衰退不大于15%。這些年，GaAs基系太陽電池經歷了從LPE(液相外延)到MOVPE（金屬有機物化學氣相沉淀），從同質外延到異質外延，從單結到多結疊層結構發展變化。其效率不斷提高，從最初的16%增加到25%，工業生產規模年產達100KW以上，并在空間系統得到廣泛的應用。更高的效率減小了陣列的大小和重量，增加了火箭的裝載量，減少火箭燃料消耗，因此整個衛星電源系統的費用更低。