[發(fā)明專(zhuān)利]一種含有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410556315.4
• 申請(qǐng)日: 2014-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104393090A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈靜曼;陸宏波;李欣益;張瑋;孫利杰;周大勇;陳開(kāi)建;石夢(mèng)奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/078
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/078
• 代理公司: 上海信好專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)電池，具體地，涉及一種含有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池。

背景技術(shù)

由于煤炭，石油，天然氣等常規(guī)能源存在不可再生和污染環(huán)境等局限，太陽(yáng)電池能將源源不斷的太陽(yáng)光能有效利用，是可再生綠色能源的重要發(fā)展方向。III-V族化合物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽(yáng)電池較傳統(tǒng)Si太陽(yáng)電池有更高的光電轉(zhuǎn)換效率，更強(qiáng)的抗輻射能力和更好的耐高溫性能，已成為空間飛行器主電源。將反向生長(zhǎng)的寬帶隙三結(jié)GaAs（砷化鎵）電池與正向生長(zhǎng)的窄帶隙雙結(jié)InP電池通過(guò)半導(dǎo)體直接鍵合技術(shù)連接起來(lái)，構(gòu)成的鍵合五結(jié)太陽(yáng)電池是當(dāng)前太陽(yáng)電池的最高紀(jì)錄保持者。該鍵合五結(jié)太陽(yáng)電池采用2.21/1.7/1.4eV+1.05/0.73eV的帶隙組合，由于InP基窄帶隙雙結(jié)電池的研究比較成熟，限制太陽(yáng)電池效率的關(guān)鍵為GaAs基寬帶隙反向三結(jié)電池。GaAs基寬帶隙反向三結(jié)電池選用2.05/1.7/1.4eV的帶隙組合，能滿足對(duì)太陽(yáng)光譜的有效利用，然而由于底電池帶隙很寬，難以對(duì)其表面進(jìn)行有效鈍化，同時(shí)中電池采用AlGaAs（鋁鎵砷）材料，一般選用Si作為其n型摻雜劑，由此帶來(lái)的問(wèn)題是Si摻雜的AlGaAs中DX中心（DX中心是在n型III-V族半導(dǎo)體由雜質(zhì)引入的高度局域化的缺陷態(tài)）會(huì)成為載流子的復(fù)合中心，大大降低電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種底電池采用梯度摻雜的背場(chǎng)、中電池內(nèi)嵌異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池，能夠增強(qiáng)背場(chǎng)對(duì)少數(shù)載流子的反射作用，降低界面復(fù)合速率，得到高質(zhì)量的電池材料，同時(shí)可以有效避免AlGaAs材料中Si摻雜引入DX中心。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種含有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池，其中，該電池包含由底層向頂層按生長(zhǎng)方向依次設(shè)置的襯底、緩沖層、底電池、超寬帶隙隧穿結(jié)、中電池、寬帶隙隧穿結(jié)、頂電池以及接觸層；底電池、中電池和頂電池分別包含按生長(zhǎng)方向依次設(shè)置的窗口層、發(fā)射區(qū)、基區(qū)以及背場(chǎng)；所述的底電池為AlGaInP（磷化鋁銦鎵）電池，所述的中電池為AlGaAs和GaInP（磷化銦鎵）異質(zhì)結(jié)電池，所述的頂電池為GaAs電池；所述的中電池，采用Zn摻雜的Al_xGaAs作為基區(qū)，Si摻雜的Ga_yInP作為發(fā)射區(qū)，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池；其中x為AlGaAs中Al的絕對(duì)含量，0.05≤x≤0.45；y為GaInP中Ga的絕對(duì)含量，0.48≤y≤0.54；代替?zhèn)鹘y(tǒng)的AlGaAs發(fā)射區(qū)，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)子電池，可以有效避免AlGaAs材料中Si摻雜引入DX中心。所述的底電池，其背場(chǎng)采用梯度Zn摻雜的Al_zGaInP，其中0.13≤z≤0.5，增強(qiáng)背場(chǎng)的鈍化作用和少子的反射作用，降低界面復(fù)合速率。

上述的含有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池，其中，所述的中電池，其基區(qū)中Zn的摻雜濃度為5E16至5E17cm^-3；其發(fā)射區(qū)中Si的摻雜濃度為8E17至4E18cm^-3。中電池采用這種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)能夠有效減少因Si摻雜在AlGaAs材料中引入的DX中心，提升中電池的性能。?

上述的含有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池，其中，所述的中電池，其窗口層采用AlInP（磷化鋁銦），背場(chǎng)采用AlGaInP；所述的窗口層采用Si摻雜AlInP，Si的摻雜濃度為5E17~1E19cm^-3；所述的背場(chǎng)采用Zn摻雜Al_zGaInP，Zn的摻雜濃度為5E17?cm^-3~1E19cm^-3，其中0.13≤z≤0.5。

上述的含有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的寬帶隙反向三結(jié)太陽(yáng)電池，其中，所述的底電池，其背場(chǎng)中Zn的摻雜濃度從1E17cm^-3至3E18cm^-3按e指數(shù)非線性變化。采用這種結(jié)構(gòu)可以在電池結(jié)構(gòu)中形成一個(gè)漂移電場(chǎng)，阻止載流子向界面處擴(kuò)散，同時(shí)加速光生載流子的分離，從而減小界面復(fù)合速率，增加有效載流子數(shù)量，進(jìn)而提升電池性能。