[發(fā)明專利]用于改善低溫下性能的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010098772.9
• 申請(qǐng)日: 2020-02-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111834471A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·T·肖;C·M·菲澤;X·劉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號(hào): H01L31/0216
• 分類號(hào): H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 張全信

本發(fā)明的名稱是用于改善在低溫下性能的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)。一種太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池具有由砷化鎵(GaAs)或砷化銦鎵(InGaAs)組成的電池，該太陽(yáng)能電池具有由p型摻雜的砷化鋁鎵(AlGaAs)或砷化銦鋁鎵(InAlGaAs)組成的背面場(chǎng)(BSF)，用于在低于?50℃的溫度下增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)例中，背面場(chǎng)包括Al_xGa_1?xAs或In_0.01Al_xGa_1?xAs，其中x小于約0.8，例如0.2。背面場(chǎng)可以是利用鋅(Zn)或碳(C)p型摻雜的。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)一般地涉及用于改善低溫下性能的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

盡管標(biāo)準(zhǔn)的天基太陽(yáng)能電池在運(yùn)行在接近或高于室溫的任務(wù)中使用，但現(xiàn)在太陽(yáng)能電池的許多新應(yīng)用需要在遠(yuǎn)低于-50℃的溫度下運(yùn)行。

例如，UAV(無(wú)人飛行器)可以在溫度接近-70℃的超過(guò)50,000英尺的高度上運(yùn)行。在另一個(gè)實(shí)例中，對(duì)木星和土星的深空探索在-140至-165℃之間運(yùn)行。

因此，對(duì)于這些越來(lái)越常見(jiàn)的應(yīng)用，低溫下的太陽(yáng)能電池性能至關(guān)重要。不幸的是，許多太陽(yáng)能電池針對(duì)接近室溫的性能進(jìn)行優(yōu)化，而在低溫下的性能明顯喪失。

因此，具有對(duì)在低于約-50℃的溫度下運(yùn)行而優(yōu)化的裝置的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)描述了一種裝置，其包括：太陽(yáng)能電池，其具有由砷化鎵(GaAs)或砷化銦鎵(InGaAs)組成的電池，該太陽(yáng)能電池具有由p型摻雜的砷化鋁鎵 (AlGaAs)或砷化銦鋁鎵(InAlGaAs)組成的背面場(chǎng)(BSF)，用于增強(qiáng)在低于約-50℃的溫度下的太陽(yáng)能電池運(yùn)行。

背面場(chǎng)可包括Al_xGa_1-xAs或In_0.01Al_xGa_1-xAs，其中x小于約0.8，例如，其中x＝0.2。背面場(chǎng)可以利用鋅(Zn)或碳(C)p型摻雜的。

與由磷化銦鎵(GaInP)組成的中間電池背面場(chǎng)相比，上述背面場(chǎng)可以與具有較低的勢(shì)壘高度的中間電池(MC)基體形成異質(zhì)結(jié)。

上述背面場(chǎng)可以與在價(jià)帶中具有約90meV或更低的勢(shì)壘高度的中間電池基體形成異質(zhì)結(jié)。勢(shì)壘高度允許大多數(shù)載流子空穴的熱化降至低于約-50℃的溫度，其消除了與勢(shì)壘相關(guān)的電阻損耗。勢(shì)壘高度消除了電阻損耗。

在室溫和約-150℃的溫度之間的溫度范圍內(nèi)，太陽(yáng)能電池的效率隨溫度降低而單調(diào)遞增。

本公開(kāi)還描述了一種方法，其包括：制造太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池具有由鋅摻雜的砷化鋁鎵組成的中間電池背面場(chǎng)，用于在低于約-50℃的溫度下增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的運(yùn)行。

此外，本公開(kāi)描述了一種方法，其包括：使用太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電流，該太陽(yáng)能電池具有由砷化鎵(GaAs)或砷化銦鎵(InGaAs)組成的電池，該太陽(yáng)能電池具有由p型摻雜的砷化鋁鎵(AlGaAs)或砷化銦鋁鎵(InAlGaAs)組成的背面場(chǎng)，用于在低于約-50℃的溫度下增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的運(yùn)行。

最后，本公開(kāi)描述了一種裝置，其包括：太陽(yáng)能電池，其具有中間電池基體和中間電池背面場(chǎng)，用于增強(qiáng)在低于約-50℃的溫度下太陽(yáng)能電池運(yùn)行；其中基體由砷化鎵(GaAs)或砷化鎵銦(GaInAs)組成，并且背面場(chǎng)由一種材料組成，致使：背面場(chǎng)相對(duì)于基體具有小于約100meV的價(jià)帶偏移；背面場(chǎng)相對(duì)于基體具有I型或II型帶排列；并且背面場(chǎng)相對(duì)于基體保持大于約0meV的導(dǎo)帶偏移，以便背面場(chǎng)充當(dāng)異級(jí)(hetero-step)鈍化層，并且將少數(shù)載流子電子反射回p-n結(jié)進(jìn)行收集。

基面場(chǎng)的晶格常數(shù)可以與中間電池基體的晶格常數(shù)大約相同。