一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池的制作方法
【專利說明】-種基于P型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向 三結(jié)太陽能電池。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 太陽電池可將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，可以在很大程度上減少人們生產(chǎn)生活對煤 炭、石油及天然氣的依賴，是一種最有效的清潔能源形式。III-V族化合物半導(dǎo)體太陽電池 的轉(zhuǎn)換效率在目前材料體系中轉(zhuǎn)換效率最高，同時(shí)具有耐高溫性能好、抗輻照能力強(qiáng)、溫度 特性好等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為是新一代高性能長壽命空間主電源，已在航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 隨著化合物半導(dǎo)體生長技術(shù)（如M0CVD)的不斷進(jìn)步，III-V族太陽電池的效率得到了很大 提高，三結(jié)太陽電池效率已經(jīng)超過30%。如何進(jìn)一步提升III-V族太陽電池的轉(zhuǎn)換效率成為 當(dāng)前研究熱點(diǎn)。
[0005]GaAs中電池的短路電流由于受到自身材料禁帶寬度的限制，無法吸收太陽光譜中 波長大于880nm的光子，使得頂中電池的最大匹配電流受到了限制。因此，基于量子阱太 陽能電池如何進(jìn)一步調(diào)整頂中電池的匹配電流成為亟待解決的問題。為了擴(kuò)展吸收光譜， Barnham等研究者提出了在pn結(jié)的本征層中加入多量子講結(jié)構(gòu)（MQW)，形成了量子講太陽 能電池的概念。量子阱電池利用應(yīng)變平衡等外延生長技術(shù)，可以較好地解決晶格失配的問 題，由于量子阱結(jié)構(gòu)引入了中間能級，使得電池的光譜響應(yīng)得到擴(kuò)展，從而達(dá)到提高電池的 短路電流的目的。與常規(guī)三結(jié)太陽電池相比，通過拓展GaAs中電池的光譜響應(yīng)，調(diào)整頂中 電池的匹配電流，最終實(shí)現(xiàn)電池轉(zhuǎn)換效率的提升。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，以 解決如何進(jìn)一步調(diào)整頂中電池的匹配電流的問題。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種基于p型摻雜量子阱結(jié) 構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，包括：量子阱層和間隔層，所述量子阱層和/或所述間隔層為P 型摻雜。
[0009] 進(jìn)一步地，所述正向三結(jié)太陽能電池采用InGaAs量子講結(jié)構(gòu)。
[0010] 進(jìn)一步地，所述InGaAs量子講層的厚度為2~20nm。
[0011] 進(jìn)一步地，所述InGaAs量子講層中InGaAs材料的In組分介于5%_80%。
[0012] 進(jìn)一步地，所述間隔層采用InGaAs，厚度為5-100nm。
[0013] 進(jìn)一步地，所述間隔層采用GaAs，厚度為5-100nm〇
[0014] 進(jìn)一步地，所述量子阱層的摻雜濃度為10軟~10避;cm崎:。
[0015] 進(jìn)一步地，所述間隔層的摻雜濃度為10啟~10談:cm:,:。
[0016] 進(jìn)一步地，所述量子阱和所述間隔層的周期數(shù)為3~200。
[0017] 本發(fā)明提供的一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，通過在量子 阱和/或周圍間隔層進(jìn)行有意的P型摻雜，抑制量子阱結(jié)構(gòu)的非輻射復(fù)合，從而促進(jìn)光生載 流子的有效分離，達(dá)到降低暗電流，提高短路電流的目的，最終獲得大短路電流的三結(jié)太陽 電池，通過本發(fā)明提供的P型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)載流子在大于880nm波段的響應(yīng)，提 高電池的短路電流密度。
[0018]
【附圖說明】
[0019] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步說明： 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于P型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)InGaAs太陽能電池 的InGaAs多量子阱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正 向三結(jié)太陽能電池作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征 將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、 明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0022] 本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提供的一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié) 太陽能電池，通過在量子阱和/或周圍間隔層進(jìn)行有意的P型摻雜，抑制量子阱結(jié)構(gòu)的非輻 射復(fù)合，從而促進(jìn)光生載流子的有效分離，達(dá)到降低暗電流，提高短路電流的目的，最終獲 得大短路電流的三結(jié)太陽電池，通過本發(fā)明提供的P型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)載流子在 大于880nm波段的響應(yīng)，提高電池的短路電流密度。
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，包括： 量子阱層和間隔層，所述量子阱層和/或所述間隔層為P型摻雜。
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)InGaAs太陽能 電池的InGaAs多量子阱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖1，在中電池基區(qū)11上形成緩沖層12,在 緩沖層12上形成量子阱整體周期結(jié)構(gòu)13,在所述量子阱整體周期結(jié)構(gòu)13上形成蓋層14， 在所述蓋層14上形成中電池發(fā)射區(qū)15,其中，量子阱整體周期結(jié)構(gòu)13包括量子阱層131和 間隔層132,所述量子阱層131和/或所述間隔層132為p型摻雜。
[0025] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述正向三結(jié)太陽能電池采用InGaAs量子講結(jié)構(gòu)，所述 InGaAs量子講層的厚度為2~20nm，所述InGaAs量子講層中InGaAs材料的In組分介于 5%-80%，所述間隔層可以采用InGaAs也可以GaAs，厚度為5-100nm，所述量子阱層的摻雜濃 度為10&~10 19cm氣所述間隔層的摻雜濃度為10 ?…10?:cm ^所述量子阱和所述間 隔層的周期數(shù)為3~200。
[0026] 載流子在量子阱結(jié)構(gòu)中的基本機(jī)制有輻射復(fù)合、非輻射復(fù)合，以及在勢皇頂部的 熱離子逃逸。何種機(jī)制占主導(dǎo)由量子阱周圍的的摻雜水平、載流子的分布、樣品溫度決定。 在量子阱周圍或量子阱內(nèi)部主動(dòng)引入摻雜可以改變界面處勢皇的高度以及載流子的分布 狀態(tài)。在本發(fā)明實(shí)施例中，在GaAs電池中生長InGaAs量子阱的過程中采用調(diào)節(jié)摻雜來增 強(qiáng)載流子在太陽能電池中的輸運(yùn)特性。
[0027] 通過在量子阱或周圍間隔層進(jìn)行有意的p型摻雜，抑制量子阱結(jié)構(gòu)的非輻射復(fù) 合，從而促進(jìn)光生載流子的有效分離，達(dá)到降低暗電流，提高短路電流的目的，最終獲得大 短路電流的三結(jié)太陽電池。
[0028] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于P型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，其特征在于，包括：量子阱層 和間隔層，所述量子阱層和/或所述間隔層為P型摻雜。2. 如權(quán)利要求1所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，其特征在于， 所述正向三結(jié)太陽能電池采用InGaAs量子阱結(jié)構(gòu)。3. 如權(quán)利要求2所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，其特征在于， 所述InGaAs量子阱層的厚度為2~20nm〇4. 如權(quán)利要求2所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，其特征在于， 所述InGaAs量子講層中InGaAs材料的In組分介于5%_80%。5. 如權(quán)利要求2所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，其特征在于， 所述間隔層采用InGaAs，厚度為5-100nm〇6. 如權(quán)利要求2所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，其特征在于， 所述間隔層采用GaAs，厚度為5-100nm〇7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電 池，其特征在于，所述量子阱層的摻雜濃度為10 ·…10 # cm 4。8. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電 池，其特征在于，所述間隔層的摻雜濃度為10 15: ~1〇 3S:Cm:^。9. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電 池，其特征在于，所述量子阱和所述間隔層的周期數(shù)為3~200。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，包括：量子阱層和間隔層，所述量子阱層和/或所述間隔層為p型摻雜。本發(fā)明提供的一種基于p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)的正向三結(jié)太陽能電池，通過在量子阱和/或周圍間隔層進(jìn)行有意的p型摻雜，抑制量子阱結(jié)構(gòu)的非輻射復(fù)合，從而促進(jìn)光生載流子的有效分離，達(dá)到降低暗電流，提高短路電流的目的，最終獲得大短路電流的三結(jié)太陽電池，通過本發(fā)明提供的p型摻雜量子阱結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)載流子在大于880nm波段的響應(yīng)，提高電池的短路電流密度。
【IPC分類】H01L31/0352, H01L31/0687, H01L31/0304, H01L31/0256
【公開號】CN105355683
【申請?zhí)枴緾N201510912065
【發(fā)明人】周大勇, 陳開建, 施祥蕾, 孫利杰, 賈巍
【申請人】上?？臻g電源研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月11日