一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池的制作方法
【专利说明】-种基于P型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种基于p型掺杂量子阱结构的正向 三结太阳能电池。
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【背景技术】
[0004] 太阳电池可将太阳能直接转换为电能，可以在很大程度上减少人们生产生活对煤 炭、石油及天然气的依赖，是一种最有效的清洁能源形式。III-V族化合物半导体太阳电池 的转换效率在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强、温度 特性好等优点，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，已在航天领域得到广泛应用。 随着化合物半导体生长技术（如M0CVD)的不断进步，III-V族太阳电池的效率得到了很大 提高，三结太阳电池效率已经超过30%。如何进一步提升III-V族太阳电池的转换效率成为 当前研究热点。
[0005]GaAs中电池的短路电流由于受到自身材料禁带宽度的限制，无法吸收太阳光谱中 波长大于880nm的光子，使得顶中电池的最大匹配电流受到了限制。因此，基于量子阱太 阳能电池如何进一步调整顶中电池的匹配电流成为亟待解决的问题。为了扩展吸收光谱， Barnham等研究者提出了在pn结的本征层中加入多量子讲结构（MQW)，形成了量子讲太阳 能电池的概念。量子阱电池利用应变平衡等外延生长技术，可以较好地解决晶格失配的问 题，由于量子阱结构引入了中间能级，使得电池的光谱响应得到扩展，从而达到提高电池的 短路电流的目的。与常规三结太阳电池相比，通过拓展GaAs中电池的光谱响应，调整顶中 电池的匹配电流，最终实现电池转换效率的提升。
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【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，以 解决如何进一步调整顶中电池的匹配电流的问题。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种基于p型掺杂量子阱结 构的正向三结太阳能电池，包括：量子阱层和间隔层，所述量子阱层和/或所述间隔层为P 型掺杂。
[0009] 进一步地，所述正向三结太阳能电池采用InGaAs量子讲结构。
[0010] 进一步地，所述InGaAs量子讲层的厚度为2~20nm。
[0011] 进一步地，所述InGaAs量子讲层中InGaAs材料的In组分介于5%_80%。
[0012] 进一步地，所述间隔层采用InGaAs，厚度为5-100nm。
[0013] 进一步地，所述间隔层采用GaAs，厚度为5-100nm〇
[0014] 进一步地，所述量子阱层的掺杂浓度为10软~10避;cm崎:。
[0015] 进一步地，所述间隔层的掺杂浓度为10啟~10谈:cm:,:。
[0016] 进一步地，所述量子阱和所述间隔层的周期数为3~200。
[0017] 本发明提供的一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，通过在量子 阱和/或周围间隔层进行有意的P型掺杂，抑制量子阱结构的非辐射复合，从而促进光生载 流子的有效分离，达到降低暗电流，提高短路电流的目的，最终获得大短路电流的三结太阳 电池，通过本发明提供的P型掺杂量子阱结构能够增强载流子在大于880nm波段的响应，提 高电池的短路电流密度。
[0018]
【附图说明】
[0019] 下面结合附图对发明作进一步说明： 图1为本发明实施例提供的基于P型掺杂量子阱结构的正向三结InGaAs太阳能电池 的InGaAs多量子阱剖面结构示意图。
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【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于p型掺杂量子阱结构的正 向三结太阳能电池作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征 将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、 明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0022] 本发明的核心思想在于，本发明提供的一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结 太阳能电池，通过在量子阱和/或周围间隔层进行有意的P型掺杂，抑制量子阱结构的非辐 射复合，从而促进光生载流子的有效分离，达到降低暗电流，提高短路电流的目的，最终获 得大短路电流的三结太阳电池，通过本发明提供的P型掺杂量子阱结构能够增强载流子在 大于880nm波段的响应，提高电池的短路电流密度。
[0023] 本发明实施例提供一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，包括： 量子阱层和间隔层，所述量子阱层和/或所述间隔层为P型掺杂。
[0024] 图1为本发明实施例提供的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结InGaAs太阳能 电池的InGaAs多量子阱剖面结构示意图。参照图1，在中电池基区11上形成缓冲层12,在 缓冲层12上形成量子阱整体周期结构13,在所述量子阱整体周期结构13上形成盖层14， 在所述盖层14上形成中电池发射区15,其中，量子阱整体周期结构13包括量子阱层131和 间隔层132,所述量子阱层131和/或所述间隔层132为p型掺杂。
[0025] 在本发明实施例中，所述正向三结太阳能电池采用InGaAs量子讲结构，所述 InGaAs量子讲层的厚度为2~20nm，所述InGaAs量子讲层中InGaAs材料的In组分介于 5%-80%，所述间隔层可以采用InGaAs也可以GaAs，厚度为5-100nm，所述量子阱层的掺杂浓 度为10&~10 19cm气所述间隔层的掺杂浓度为10 ?…10?:cm ^所述量子阱和所述间 隔层的周期数为3~200。
[0026] 载流子在量子阱结构中的基本机制有辐射复合、非辐射复合，以及在势皇顶部的 热离子逃逸。何种机制占主导由量子阱周围的的掺杂水平、载流子的分布、样品温度决定。 在量子阱周围或量子阱内部主动引入掺杂可以改变界面处势皇的高度以及载流子的分布 状态。在本发明实施例中，在GaAs电池中生长InGaAs量子阱的过程中采用调节掺杂来增 强载流子在太阳能电池中的输运特性。
[0027] 通过在量子阱或周围间隔层进行有意的p型掺杂，抑制量子阱结构的非辐射复 合，从而促进光生载流子的有效分离，达到降低暗电流，提高短路电流的目的，最终获得大 短路电流的三结太阳电池。
[0028] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种基于P型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，其特征在于，包括：量子阱层 和间隔层，所述量子阱层和/或所述间隔层为P型掺杂。2. 如权利要求1所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，其特征在于， 所述正向三结太阳能电池采用InGaAs量子阱结构。3. 如权利要求2所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，其特征在于， 所述InGaAs量子阱层的厚度为2~20nm〇4. 如权利要求2所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，其特征在于， 所述InGaAs量子讲层中InGaAs材料的In组分介于5%_80%。5. 如权利要求2所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，其特征在于， 所述间隔层采用InGaAs，厚度为5-100nm〇6. 如权利要求2所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，其特征在于， 所述间隔层采用GaAs，厚度为5-100nm〇7. 如权利要求1至6中任一项所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电 池，其特征在于，所述量子阱层的掺杂浓度为10 ·…10 # cm 4。8. 如权利要求1至6中任一项所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电 池，其特征在于，所述间隔层的掺杂浓度为10 15: ~1〇 3S:Cm:^。9. 如权利要求1至6中任一项所述的基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电 池，其特征在于，所述量子阱和所述间隔层的周期数为3~200。
【专利摘要】本发明提供一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，包括：量子阱层和间隔层，所述量子阱层和/或所述间隔层为p型掺杂。本发明提供的一种基于p型掺杂量子阱结构的正向三结太阳能电池，通过在量子阱和/或周围间隔层进行有意的p型掺杂，抑制量子阱结构的非辐射复合，从而促进光生载流子的有效分离，达到降低暗电流，提高短路电流的目的，最终获得大短路电流的三结太阳电池，通过本发明提供的p型掺杂量子阱结构能够增强载流子在大于880nm波段的响应，提高电池的短路电流密度。
【IPC分类】H01L31/0352, H01L31/0687, H01L31/0304, H01L31/0256
【公开号】CN105355683
【申请号】CN201510912065
【发明人】周大勇, 陈开建, 施祥蕾, 孙利杰, 贾巍
【申请人】上海空间电源研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月11日