[實用新型]一種寬帶隙多異質結隧穿結結構

有效

• 申請號: 201220294751.5
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN202816962U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 單智發;張永;蔡建九;陳凱軒;林志偉
• 申請（專利權）人: 廈門乾照光電股份有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0304
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 李寧;唐紹烈

技術領域

本實用新型涉及一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，是用于串接多個子電池的高倍聚光砷化鎵多結太陽電池的隧穿結結構。

技術背景

砷化鎵多結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結構，如果直接串聯在一起，則子電池接觸界面會形成反偏的p-n結而導致電壓相互抵消而不導電。采用隧穿結聯結可以解決這一問題。隧穿結也是p-n結構，其特點是功能層厚度薄且摻雜濃度非常高，費米能級分別進入P區和N區的價帶和導帶，當有太陽光照時，隧穿結兩端出現電勢差，N區多數載流子-電子可以從N區導帶直接隧穿進入P區價帶，于是產生隧穿電流，達到聯接兩個子電池的作用，當電勢差不斷增加，N區載流子費米能級高于P區載流子費米能級時，載流子便不能隧穿，此時隧穿結電流稱為峰值峰穿電流。隧穿結的峰值峰穿電流與摻雜濃度有關，摻雜濃度越高，隧穿結的峰值隧穿電流越大。

為了降低隧穿結對太陽光的吸收，隧穿結功能層要求采用寬帶隙材料。然而，隨著材料帶隙的增加，半導體層的有效摻雜濃度和載流子隧穿幾率都會下降，導致隧穿結峰值電流密度會呈指數形式下降。傳統的隧穿結由兩個功能層構成，即僅具有第二和第三功能層。如N⁺⁺GaAs/P⁺⁺GaAs、N⁺⁺GaAs/P⁺⁺AlGaAs等結構，其帶隙較小，限制了更寬帶隙子電池的應用，而采用寬帶隙的AlInP₂/GaInP₂隧穿結[Electronics?letters?1998?Vol.?34?No.?4]、Al_0.2Ga_0.3In_0.5P/Al_0.9Ga_0.1As隧穿結[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用。

實用新型內容

為了解決上述寬帶隙隧穿結峰值電流密度低的問題，本實用新型的目的在于提供一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，以提高峰值隧穿電流，滿足高倍聚光太陽電池的應用。

為了達成上述目的，本實用新型的解決方案是：

一種寬帶隙多異質結隧穿結結構，由四個功能層組成；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，且帶隙小于第一帶隙；第三功能層具有第三帶隙和第二型摻雜；第四功能層具有第四帶隙和第二型摻雜，且帶隙大于第三帶隙。

對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，薄膜厚度為20-100?nm，摻雜濃度為5×10¹⁸-5×10²⁰cm^-3。

對于位于內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，本實用新型解決了現有技術寬帶隙隧穿結峰值電流密度低的問題，采用四個功能層組成隧穿結結構，各功能層之間形成異質結，既可以通過pN型或nP型異質結構的帶階提高峰值隧穿電流，又可以通過Pp型或Nn型異質結構的載流子的注入效應來實現載流子補償，進一步提高峰值隧穿電流和更小的串聯電阻，從而滿足高倍聚光太陽電池的應用。