[實用新型]帶勢壘層結構的砷化銦熱光伏電池

有效

• 申請號: 201520372603.4
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN204680680U
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 胡淑紅;王洋;呂英飛;孫艷;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/0735
• 分類號: H01L31/0735;H01L31/0725;H01L31/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本專利涉及一種光伏電池，具體涉及一種帶勢壘層結構的砷化銦熱光伏電池。

背景技術

熱光伏電池能夠將熱輻射體發出的光或者是太陽光譜中的紅外光通過半導體P-N結的光伏效應轉換成電能[1-5]。其原理與太陽能電池相似，只是利用的輻射源不同而已。太陽能電池利用的光源是太陽光中的可見光波段，而熱光伏電池利用的輻射源既可以是太陽光中的紅外波段(太陽輻射光譜中約有43％的輻射能量在紅外光譜區)，也可以是人為制造的溫度在1000℃左右的熱輻射體。由于熱輻射體的溫度遠低于太陽溫度，發射的大部分都是低能量紅外光子，因此需要選擇窄禁帶半導體材料與之匹配。

砷化銦(InAs)為Ⅲ-Ⅴ族窄禁帶半導體材料，室溫下的禁帶寬度為0.354eV，其禁帶寬度正好位于1000℃溫區對應的紅外輻射能量范圍，是帶隙最為匹配的半導體材料之一。

傳統的光伏電池設計為P-i-N結構[6，7]，如圖2所示。這種設計結構的熱光伏電池在室溫下工作的缺陷是會產生較大的暗電流，從而降低了電池的效率和最終的輸出功率。傳統P-i-N結構探測器的暗電流主要由三種電流分量組成，分別為①反向擴散電流：起源于耗盡區邊緣P區電子和N區空穴產生的少數載流子的擴散。②產生-復合電流：起源于耗盡區中熱激發的載流子在電場下向勢壘區兩邊的漂移運動以及材料中的缺陷、雜質、位錯等禁帶中的深能級捕獲或發射載流子形成的復合電流。③表面漏電流：與表面態相關的各種漏電流[8,9]。

本專利設計了一種帶勢壘層的光伏電池結構，在傳統的P-i-N結構中增加了一層寬禁帶阻擋層材料，如圖3(a),3(b)所示：3(a)中的阻擋層阻擋了來自P區的電子擴散電流和表面電流，而3(b)中的阻擋層阻擋了來自N區的空穴擴散電流和表面電流。上述帶勢壘層的光伏電池結構有效抑制了該結構器件的暗電流，從而最終提高了熱光伏電池的量子效率。

文獻：

1.R.R.Siergiej,S.SiNharoy,T.Valko,R.J.Wehrer,B.WerNsmaN,S.D.liNk,R.W.Schultz,aNd?R.J.Messham.AIP?CoNf.Proc.738,480(2004).

2.JiaN?YiN?aNd?Roberto?Paiella.APPlied?Physics?Letters.98,041103(2011).

3.ANdreev?V?M,Khvostikov?V?P,Khvostikova?O?A?et?al.31th?IEEE?Photovoltaic?SPecialist?CoNfereNce?aNd?ExhibitioN,OrlaNdo,JaNuary?3-7(2005).

4.ANdreev?V?M,Khvostikov?V?P,Khvostikova?O?A?et?al.ThermoPhotovoltaic?GeNeratioN?of?Electricity:6th?NREL?CoNfereNce:Freiburg,JuNe,2004[C].AIP?CoNf.Proc.738,96(2004).

5.Frass?L?M,MiNkiN?LeoNid.ThermoPhotovoltaic?GeNeratioN?of?Electricity:7th?NREL?CoNfereNce:Madrid,SePtember?25,(2006).

6.V.A.Gevorkyan,V.M.Aroutiounian,K.M.Gambaryan,I.A.Andreev,L.V.Golubev?and?Yu.P.Yakovlev.Technical?Physics?Letters.Vol.34,No1,69-71(2008).

7.V.P.Khvostikov,V.D.Rumyantsev,O.A.Khvostikova,M.Z.Shvarts,P.Y.Gazaryan,S.V.Sorokina,N.A.Kaluzhniy,V.M.Andreev.Presented?at?6^thConference?on?Thermophotovolatic?Generation?of?Electricity.Freiburg,June?2004.

8.S.MaimoN?aNd?G.W.Wicks.Applied?Physics?Letters?89,151109(2006).

9.李成，李好斯白音，李耀耀，王凱，顧溢，張永剛。《半導體光電》2009年12月第30卷第6期。