[发明专利]三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光光伏电池领域，尤其涉及三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法。

背景技术

激光供能系统是一个创新的能量传递系统，凭借这个系统，将激光光源发出的光通过光纤输送到激光光伏电池上，可以提供稳定的电源输出。通过光纤传导光转化为电比传统的金属线和同轴电缆电力传输技术有更多的优点，可以应用在需要消除电磁干扰或需要将电子器件与周围环境隔离的情况下，在无线电通信、工业传感器、国防、航空、医药、能源等方向有重要应用。激光光伏电池的工作原理与太阳能电池类似，只是有可获得更高的转换效率，更大的输出电压，能传递更多的能量，与一般太阳能电池不同的是，光源采用适合光纤传输的790 nm - 850 nm波长的激光。

GaAs是III/V族半导体材料，室温下的禁带宽度Eg是1.428 eV，GaAs PN结电池可以用于将808 nm的激光能量转换为电能，用作激光供能系统中的激光电池，但是GaAs电池的开路电压只有为1 V，不能够直接用于电子器件电路中的电源。早期的激光光伏电池是将几个单结电池单元串联以获得所需的输出电压，通过刻蚀隔离沟槽的方式将单位面积的电池芯片进行隔离，再通过引线的方式将几个单结电池单元串联。隔离沟槽的个数越多就会导致电池的有效受光面积就越小，为解决此问题我们提出将每个电池单元设计为通过隧穿结连接的双结电池结构，这样可以减小隔离沟槽的影响，增大激光光电池的有效受光面积，减小电池互联的串联电阻，有助于提高器件的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种三结叠层GaAs激光光伏电池，包括GaAs的衬底，以及在所述衬底上依次设置的N型GaAs导电层、第一隧穿结、底电池、第二隧穿结、中电池、第三隧穿结、顶电池、N型窗口层以及GaAs接触层。

所述的三结叠层GaAs激光光伏电池，进一步包括隔离槽，所述隔离槽为从接触层向衬底方向贯穿，直至显露出衬底，并且所述隔离槽中填充有氧化硅或聚酰亚胺胶。

所述第一隧穿结、第二隧穿结和第三隧穿结均包括按照远离衬底方向依次生长的N型(Al)GaAs((Al)GaInP)层、N型GaAs(Ga_0.51In_0.49P)层、P型 (Al)GaAs层和P型AlGaAs((Al)GaInP)层。

所述底电池、中电池和顶电池均为基于GaAs的PN结电池，且所述底电池、中电池和顶电池各自的P区、N区均依次远离衬底。

所述的三结叠层GaAs激光光伏电池，进一步包括正电极窗口，所述正电极窗口为从接触层往导电层方向贯穿，直至显露出导电层。

所述的三结叠层GaAs激光光伏电池，进一步包括材料为ZnSe/MgF或TiO₂/SiO₂的减反射膜，置于所述窗口层的裸露表面上。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种一种如上述的三结叠层GaAs激光光伏电池制备方法，包括步骤：（1）提供GaAs衬底；（2）在衬底上依次生长N型GaAs导电层、第一隧穿结、底电池、第二隧穿结、中电池、第三隧穿结、顶电池、窗口层与GaAs接触层。

所述的三结叠层GaAs激光光伏电池的制备方法，进一步包括步骤：（3）采用干法或湿法刻蚀方法从接触层向衬底方向刻蚀，直至显露出衬底表面，形成隔离槽；（4）在隔离槽中填充氧化硅或聚酰亚胺胶。

所述的三结叠层GaAs激光光伏电池的制备方法，进一步包括步骤：（5）采用干法或湿法刻蚀方法从接触层往导电层方向刻蚀，直至显露出导电层，形成正电极窗口。

所述的三结叠层GaAs激光光伏电池的制备方法，进一步包括步骤：采用干法或湿法刻蚀方法刻蚀指定区域的GaAs接触层，直至裸露出窗口层的表面；在窗口层的裸露表面上生长减反射膜，所述生长减反射膜的方法为化学气相淀积、蒸发和溅射中任意一种。

本发明提供三结叠层GaAs激光光伏电池及其制备方法，优点在于：

1. 三结叠层GaAs激光光伏电池实现了每个单元有三个电池串联，减小了串联电阻，有利于电池效率的提高；

2. 本发明中，对于同等开路电压的光伏电池，减少了隔离沟槽所占受光面积的比例，减少了入射光在隔离沟槽上的损失，有利于电池效率的提高；