一种晶格失配四结量子阱太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种晶格失配四结量子阱太阳电池，自下而上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga

【技术实现步骤摘要】
一种晶格失配四结量子阱太阳电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种晶格失配四结量子阱太阳电池。

技术介绍

[0002]晶格匹配三结太阳电池(GaInP/GaAs/Ge)由于其出色的性能和可靠性，广泛应用于卫星、航天器的太阳电池阵，但因带隙组合和太阳光谱的不匹配，导致光电转换效率已接近理论极限。为了进一步提高性能，可通过晶格失配外延、半导体键合和量子阱结构等方式，来提高带隙组合和太阳光谱的匹配度，从而提升整体太阳电池的光电转换效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种晶格失配四结量子阱太阳电池，其具有光电转换效率高、产量大、电池工作稳定性高等特点，并可作为完整的电池直接应用。
[0004]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0005]一种晶格失配四结量子阱太阳电池，自下而上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga
0.5
In
0.5
P阻挡层、GaAs接触层、(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P电池、第一隧道结、Al
y
Ga1‑
y
As电池、第二隧道结、包含量子阱结构的GaAs电池、第三隧道结、晶格渐变缓冲层、Ga1‑
x
In
x
As电池、布拉格反射器DBR和帽层；其中：
[0006]所述GaAs电池包括n型掺杂的n
‑
GaAs发射区或n
‑
Ga
0.5
In
0.5
P发射区、GaAs1‑
e
P
e
/Ga1‑
f
In
f
As量子阱和p型掺杂的p
‑
GaAs基区。
[0007]GaAsP/GaInAs量子阱为应力平衡结构，可在不改变晶格常数的前提下，拓展GaAs电池的吸收光谱，从而提高GaAs电池的量子效率。
[0008]在上述技术方案中，GaAs1‑
e
P
e
/Ga1‑
f
In
f
As量子阱中0.3≤e≤0.7和0.01≤f≤0.3，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围为30nm～3000nm。
[0009]在上述技术方案中，所述Ga
0.5
In
0.5
P阻挡层为n型掺杂的Ga
0.5
In
0.5
P阻挡层，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围为50nm～500nm；
[0010]所述GaAs接触层为n型掺杂的GaAs接触层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
21
cm
‑3，厚度范围为50nm～500nm。
[0011]在上述技术方案中，所述(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P电池包括n型掺杂的n
‑
(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P发射区和p型掺杂的p
‑
(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P基区，其中0.1≤h≤0.5，所述(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P发射区和p
‑
(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P基区掺杂浓度均为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围均为10nm～1000nm。
[0012]在上述技术方案中，所述Al
y
Ga1‑
y
As电池包括n型掺杂的n
‑
Al
y
Ga1‑
y
As发射区层和p型掺杂的p
‑
Al
y
Ga1‑
y
As基区层，其中0.1≤y≤0.5，所述Al
y
Ga1‑
y
As电池中发射区层和基区层的掺杂浓度均为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围均为30nm～3000nm。
[0013]在上述技术方案中，所述晶格渐变缓冲层为(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR，其中0≤c≤0.5、0.5≤d≤1和0≤b≤0.5，In的组分b从初始层至目标渐变层从0渐变到x，使用n型掺杂剂，掺杂浓度为1
×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，厚度范围为1000
‑
4000nm，周期数的范围为10
‑
30个，每个周期内，(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As的厚度范围为20
‑
200nm，(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As的厚度范围为20
‑
200nm，可以反射透过GaAs电池的光子，被该结子电池重吸收，从而提高了量子效率和抗辐照能力，与此同时减少了由于晶格失配造成的穿透位错对电池有源区的影响。
[0014]在上述技术方案中，In的组分b从下至上从0线性或非线性渐变到x，当其非线性渐变时，非线性渐变失配层中每层In的组分b按照比例i过冲回调。i为1％
‑
40％，i过小时效果不明显，过大会引入更多缺陷。可实现每层均调整或减缓失配应力，另外设计以DBR结构的过冲层时，可以减小该层材料设计中In的过冲范围，以较小过充量释放薄膜材料中应力缺陷，从而生长出高晶体质量的失配层材料。
[0015]在上述技术方案中，所述Ga1‑
x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶格失配四结量子阱太阳电池，其特征在于，自下而上依次包括：GaAs衬底、GaAs缓冲层、Ga
0.5
In
0.5
P阻挡层、GaAs接触层、(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P电池、第一隧道结、Al
y
Ga1‑
y
As电池、第二隧道结、包含量子阱结构的GaAs电池、第三隧道结、晶格渐变缓冲层、Ga1‑
x
In
x
As电池、布拉格反射器DBR和帽层；其中：所述GaAs电池包括n型掺杂的n
‑
GaAs发射区或n
‑
Ga
0.5
In
0.5
P发射区、GaAs1‑
e
P
e
/Ga1‑
f
In
f
As量子阱和p型掺杂的p
‑
GaAs基区。2.如权利要求1所述的晶格失配四结量子阱太阳电池，其特征在于，GaAs1‑
e
P
e
/Ga1‑
f
In
f
As量子阱中0.3≤e≤0.7和0.01≤f≤0.3，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围为30nm～3000nm。3.如权利要求1所述的晶格失配四结量子阱太阳电池，其特征在于，所述Ga
0.5
In
0.5
P阻挡层为n型掺杂的Ga
0.5
In
0.5
P阻挡层，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围为50nm～500nm；所述GaAs接触层为n型掺杂的GaAs接触层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
21
cm
‑3，厚度范围为50nm～500nm。4.如权利要求1所述的晶格失配四结量子阱太阳电池，其特征在于，所述(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P电池包括n型掺杂的n
‑
(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P发射区层和p型掺杂的p
‑
(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P基区层，其中0.1≤h≤0.5，所述(Al
h
Ga1‑
h
)
0.5
In
0.5
P电池的发射区层和基区层的掺杂浓度均为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围均为10nm～1000nm。5.如权利要求1所述的晶格失配四结量子阱太阳电池，其特征在于，所述Al
y
Ga1‑
y
As电池包括n型掺杂的n
‑
Al
y
Ga1‑
y
As发射区层和p型掺杂的p
‑
Al
y
Ga1‑
y
As基区层，其中0.1≤y≤0.5，所述Al
y
Ga1‑
y
As电池中发射区层和基区层的掺杂浓度均为1
×
10
16
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度范围均为30nm～3000nm。6.如权利要求1所述的晶格失配四结量子阱太阳电池，其特征在于，所述晶格渐变缓冲层为(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As/(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As DBR，其中0≤c≤0.5、0.5≤d≤1和0≤b≤0.5，In的组分b从初始层至目标渐变层从0渐变到x，使用n型掺杂剂，掺杂浓度为1
×
10
17
‑1×
10
19
cm
‑3，厚度范围为1000
‑
4000nm，周期数的范围为10
‑
30个，每个周期内，(Al
c
Ga1‑
c
)1‑
b
In
b
As的厚度范围为20
‑
200nm，(Al
d
Ga1‑
d
)1‑
b
In
b
As的厚度范围为20
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启明，万荣华，高伟，张宝，高慧，张文涛，马长金，刘长喜，
申请(专利权)人：天津蓝天太阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：