[發明專利]一種高性能三結砷化鎵太陽電池

在審

• 申請號: 202010528211.8
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111725332A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 杜偉;何鍵華;黃嘉敬;陳柯;方亮
• 申請（專利權）人: 中山德華芯片技術有限公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/078
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種高性能三結砷化鎵太陽電池，包括Ge襯底，采用MOCVD技術在所述Ge襯底上外延生長Ge底電池、第一隧穿結、GaInAs中電池、第二隧穿結和GaInP頂電池；其中，在所述GaInP頂電池的發射區上沉積暫態金屬氧化物TMO，得到TMO窗口層，該TMO窗口層的禁帶寬度大于3.0eV，其暫態金屬氧化物能夠與GaInP頂電池的金屬上電極形成良好的歐姆接觸，其折射系數通過在1.4?2.0的范圍內變化調整，能夠有效起到減反射膜的作用，并且通過優化暫態金屬氧化物的光電性能，可以提高電池的短路電流和光電轉換效率，同時也可以簡化電池的結構，減少芯片工藝步奏，有效降低成本。

技術領域

本發明涉及太陽電池的技術領域，尤其是指一種高性能三結砷化鎵太陽電池。

背景技術

目前，三結砷化鎵由于光電轉換效率高、抗輻照性能好已經被廣泛的應用在空間電源系統。對于砷化鎵太陽電池，傳統的窗口層材料禁帶寬度普遍在2.0eV左右，對藍光有著明顯的光吸收，因此有必要采用新的窗口層材料或者新的器件結構來提升頂電池的短波響應，改善中頂電池之間的電流匹配，進一步提升電池的整體性能。

砷化鎵太陽電池的窗口層通常采用GaInP、AlGaInP、AlInP、AlCaAs等寬禁帶材料來抑制界面復合和限制電荷反向擴散(窗口層位于減反膜和發射層之間)。為了提高電池對于光譜的利用，通常采用Al₂O₃/TiO₂、ZnS/MgF₂等雙層膜作為砷化鎵太陽電池的減反膜。然而以上的減反膜和理想的100％的透過效果還有相當的距離，而且成本較高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種高性能三結砷化鎵太陽電池，采用寬禁帶的暫態金屬氧化物作為三結砷化鎵太陽電池的窗口層，其良好的光電性能可以替代傳統的基于化合物半導體的窗口層材料，同時可以有效的減少入射光的反射。

為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種高性能三結砷化鎵太陽電池，包括Ge襯底，采用MOCVD技術在所述Ge襯底上外延生長Ge底電池、第一隧穿結、GaInAs中電池、第二隧穿結和GaInP頂電池；其中，在所述GaInP頂電池的發射區上沉積暫態金屬氧化物TMO，得到TMO窗口層，該TMO窗口層的禁帶寬度大于3.0eV，其暫態金屬氧化物能夠與GaInP頂電池的金屬上電極形成良好的歐姆接觸，其折射系數通過在1.4-2.0的范圍內變化調整，能夠起到減反射膜的作用，并且通過優化暫態金屬氧化物的光電性能，能夠提高電池的短路電流和光電轉換效率。

進一步，所述暫態金屬氧化物為氧化鉬或氧化鎢。

進一步，所述Ge底電池、GaInAs中電池和GaInP頂電池晶格匹配；

所述GaInP頂電池包括按照層狀結構依次疊加的P型摻雜AlInP或AlGaInP背場層，P型摻雜GaInP基區、n型摻雜GaInP發射區、TMO窗口層；其中，所述P型摻雜AlInP或AlGaInP背場層的厚度50-200nm，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3；所述P型摻雜GaInP基區的厚度300-600nm，摻雜濃度為1×10¹⁶-1×10¹⁷cm^-3；所述n型摻雜GaInP發射區的厚度50-100nm，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3；所述TMO窗口層的厚度30-200nm；

所述第二隧穿結包括按照層狀結構疊加的n型GaInP層和p型AlGaAs層；其中，所述n型GaInP層的厚度5-30nm，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²⁰cm^-3；所述p型AlGaAs層的厚度5-30nm，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²⁰cm^-3；