一种激光电池组件的制作方法

1.本发明属于光伏电池技术领域，具体涉及一种激光电池组件。


背景技术：

2.激光无线传能具有传输能量密度大、传输及转换效率高、能量综合利用率高、系统体积小、供能场景受限小等优势，非常适用于空间环境应用。高轨空间飞行器的太阳电池阵实现太阳能转换为电能，电能再转换为激光，借助激光电池实现激光对其他空间飞行器或临近空间无人机供能。激光电池是无线传能系统激光接收端最重要的组成部分。激光电池组件的光电转换效率直接决定着无线传能系统的整体传输效率。
3.远距离高功率的激光无线传能，要保证实际应用中激光电池组件较高的光电转换效率，对激光电池组件提出了更为苛刻的要求，包括：大尺寸、高电压和对激光光强与入射角变化适应性强。对于单结iii-v族半导体激光电池，其在高功率激光照射下，会产生很大的工作电流，过大的电流在电路中会引起更高的能量损耗，从而降低激光电池组件的光电转换效率。一般会采取串联子电池的方法提升电池电压，进而减小电池输出电流。
4.传统激光电池子电池的串联结构有横向和纵向两种。但横向串联结构子电池间存在分割区域，这减小了电池的有效发电面积。而纵向串联结构，只能针对单一激光强度，来优化每结子电池的吸收厚度。光强和入射角变化都会影响其效率，而且纵向结数越多影响越大。因此传统结构的激光电池无法适应远距离高功率的激光无线传能需求。


技术实现要素：

5.本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种激光电池组件，能够同时满足远距离高功率的激光无线传能中，对激光电池组件的大尺寸、高电压和对激光光强与入射角变化适应性强的三项需求，电池有效受光面积更大，电池串联电阻更小，光电转换效率更高。
6.本发明的目的是提供一种激光电池组件，包括：绝缘衬底、m个激光电池单元、隔离槽、绝缘层、桥联电极，其中：m为大于0的自然数。
7.所述激光电池单元包括下电极、电池外延有源层、上电极、减反射结构。
8.所述隔离槽将相邻激光电池单元分离，所述绝缘层将所述激光电池单元侧壁绝缘钝化，所述桥联电极将相邻所述激光电池单元上下电极连接，实现相邻激光电池单元电学连接，将所述m个激光电池单元依次串联。
9.优选地，所述绝缘衬底的材料为氧化硅、聚酰亚胺、石英中的一种。
10.优选地，m个激光电池单元的面积相同。
11.作为一种可选结构，所述电池外延有源层为gaas基电池有源层，由下向上包括：p型电极接触层、第一结ga(in)as子电池、隧穿结、第二结ga(in)as子电池和n型电极接触层。
12.优选地，所述第一结ga(in)as子电池由下向上包括：gainp背场、ga
x1
in
1-x1
as基区、ga
x1
in
1-x1
as发射区、gainp窗口层，其中0.8≤x1≤1。
13.优选地，所述第二结ga(in)as子电池由下向上包括：gainp背场、ga
x2
in
1-x2
as基区、ga
x2
in
1-x2
as发射区、gainp窗口层，其中0.8≤x2≤1。
14.优选地，所述p型电极接触层为p型gaas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
15.优选地，所述gainp背场为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
16.优选地，所述gainp窗口层为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
17.优选地，所述ga
x1
in
1-x1
as基区为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
18.优选地，所述ga
x1
in
1-x1
as发射区为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
19.优选地，所述ga
x2
in
1-x2
as基区为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
20.优选地，所述ga
x2
in
1-x2
as发射区为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
21.优选地，所述隧穿结包括：n型gaas层与p型gaas层，掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
21
cm-3
，厚度为10～100nm。
22.优选地，所述n型电极接触层为n型gaas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
23.作为另一种可选结构，所述电池外延有源层为inp基电池有源层，由下向上包括：p型电极接触层、第一结gainasp子电池、隧穿结、第二结gainasp子电池和n型电极接触层。
24.优选地，所述第一结gainasp子电池由下向上包括：inp背场、ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
基区、ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
发射区、inp窗口层，其中0≤y1≤0.5，0≤z1≤1。
25.优选地，所述第二结gainasp子电池由下向上包括：inp背场、ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
基区、ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
发射区、inp窗口层，其中0≤y2≤0.5，0≤z2≤1。
26.优选地，所述p型电极接触层为p型gainas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
27.优选地，所述inp背场为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
28.优选地，所述inp窗口层为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
29.优选地，所述ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
基区为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
30.优选地，所述ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
发射区为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
31.优选地，所述ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
基区为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
32.优选地，所述ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
发射区为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm
‑3，厚度为100～500nm。
33.优选地，所述隧穿结包括：n型inp层与p型inp层，掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
21
cm-3
，厚度为10～100nm。
34.优选地，所述n型电极接触层为n型gainas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
35.优选地，所述上电极与桥联电极的材料为au/ge/ag，厚度为2～5μm；所述下电极的材料为ti/pd/au/ge/au，厚度为4～8μm。
36.优选地，所述绝缘层为聚酰亚胺胶。
37.优选地，所述减反射结构由下向上包括：氧化钛/氧化硅减反射膜、纳米阵列陷光结构。
38.本发明具有的有益效果是：
39.1、本发明将传统激光电池子电池横向串联与纵向串联两种技术路径结合，发明了纵向2结内级联结构激光电池组件。纵向2结结构对激光光强与入射角变化适应性较强，横向内级联串联结构有效提升电池电压，电池组件整体在保证高电压同时，减少了因隔离槽造成的电池有效面积损失。在远距离高功率的激光无线传能应用中，可兼顾电池效率与适用性。
40.2、在减反射膜上制作纳米阵列结构，陷光结构可延长光子光学路径，增强激光斜入射情况减反射效果，增强激光电池组件在无线传能应用中的适用性。
附图说明
41.图1为本发明优选实施例中激光电池组件的剖面结构示意图。
42.图2为本发明优选实施例中激光电池组件的俯视面结构示意图。
43.图3为本发明优选实施例中激光电池组件外延有源层的剖面结构示意图。
44.图中：
45.100、绝缘衬底；
46.200、下电极；
47.300、电池外延有源层；
48.310、p型电极接触层；
49.320、第一结ga(in)as子电池或第一结gainasp子电池；
50.321、gainp背场或inp背场；
51.322、ga
x1
in
1-x1
as基区或ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
基区；
52.323、ga
x1
in
1-x1
as发射区或ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
发射区；
53.324、gainp窗口层或inp窗口层；
54.330、隧穿结；
55.331、n型gaas或n型inp；
56.332、p型gaas或p型inp；
57.340、第二结ga(in)as子电池或第二结gainasp子电池；
58.341、gainp背场或inp背场；
59.342、ga
x2
in
1-x2
as基区或ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
基区；
60.343、ga
x2
in
1-x2
as发射区或ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
发射区；
61.344、gainp窗口层或inp窗口层；
62.350、n型电极接触层
63.400、上电极
64.500、减反射结构
65.600、绝缘层
66.700、桥联电极
具体实施方式
67.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细说明，以期能进一步了解本发明的发明内容。
68.显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅是为了便于描述本发明和简化描述，不能理解为对本发明的限制。
70.本发明的目的是提供一种激光电池组件，如图1、2所示，包括：绝缘衬底100、9个激光电池单元、隔离槽、绝缘层600、桥联电极700。
71.激光电池单元包括下电极200，电池外延有源层300，上电极400，减反射结构500。
72.隔离槽将相邻激光电池单元分离，绝缘层600将激光电池单元侧壁绝缘钝化，桥联电极700将相邻激光电池单元上下电极连接，实现相邻激光电池单元电学连接，将9个激光电池单元依次串联。
73.其中：绝缘衬底100的材料为氧化硅、聚酰亚胺、石英中的一种。
74.每个激光电池单元的面积相同。
75.实施例一，一种用于接收780～850nm波段的gaas基激光电池组件结构如下：
76.如图3所示，电池外延有源层300为gaas基电池有源层，由下向上包括：p型电极接触层310、第一结ga(in)as子电池320、隧穿结330、第二结ga(in)as子电池340、n型电极接触层350。
77.其中：第一结ga(in)as子电池320由下向上包括：gainp背场321、ga
x1
in
1-x1
as基区322、ga
x1
in
1-x1
as发射区323、gainp窗口层324，其中0.8≤x1≤1。
78.第二结ga(in)as子电池340由下向上包括：gainp背场341、ga
x2
in
1-x2
as基区342、ga
x2
in
1-x2
as发射区343、gainp窗口层344，其中0.8≤x2≤1。
79.p型电极接触层310为p型gaas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
80.gainp背场321、341为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
81.gainp窗口层324、344为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
82.ga
x1
in
1-x1
as基区322为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
83.ga
x1
in
1-x1
as发射区323为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
84.ga
x2
in
1-x2
as基区342为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
85.ga
x2
in
1-x2
as发射区343为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
86.隧穿结包括：n型gaas层334与p型gaas层332，掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
21
cm-3
，厚度为10～100nm。
87.n型电极接触层350为n型gaas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
88.上电极400与桥联电极700材料为au/ge/ag，厚度为2～5μm；下电极200材料为ti/pd/au/ge/au，厚度为4～8μm。
89.绝缘层600为聚酰亚胺胶。
90.减反射结构500由下向上包括：氧化钛/氧化硅减反射膜、纳米阵列陷光结构。
91.实施例二，一种用于接收950～1600nm波段的inp基激光电池组件结构如下：
92.如图3所示，电池外延有源层300为inp基电池有源层，由下向上包括：p型电极接触层310、第一结gainasp子电池320、隧穿结330、第二结gainasp子电池340、n型电极接触层350。
93.其中，第一结gainasp子电池320由下向上包括：inp背场321、ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
基区基区322、ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
基区发射区323、inp窗口层324，其中0≤y1≤0.5，0≤z1≤1。
94.第二结gainasp子电池340由下向上包括：inp背场341、ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
基区342、ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
发射区343、inp窗口层344，其中0≤y2≤0.5，0≤z2≤1。
95.p型电极接触层310为p型inp层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
96.inp背场321、341为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
97.inp窗口层324、344为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为50～400nm。
98.ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
基区322为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
99.ga
y1
in
1-y1
as
z1
p
1-z1
发射区323为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
100.ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
基区342为p型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
16
～1
×
10
18
cm-3
，厚度为1000～5000nm。
101.ga
y2
in
1-y2
as
z2
p
1-z2
发射区343为n型掺杂，掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～500nm。
102.隧穿结包括：n型inp层334与p型inp层332，掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
21
cm-3
，厚度为10～100nm。
103.n型电极接触层350为n型gainas层，掺杂浓度为1
×
10
18
～1
×
10
19
cm-3
，厚度为100～200nm。
104.上电极400与桥联电极700材料为au/ge/ag，厚度为2～5μm；下电极200材料为ti/pd/au/ge/au，厚度为4～8μm。
105.绝缘层600为聚酰亚胺胶。
106.减反射结构500由下向上包括：氧化钛/氧化硅减反射膜、纳米阵列陷光结构。
107.以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。