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专利号: 2018103809726
申请人: 西安电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池,其特征在于,包括InGaP/InGaAs/Ge三结电池以及顶部表面的微纳减反结构,所述InGaP/InGaAs/Ge三结电池中包括Ge底电池、InGaAs中电池和InGaP顶电池,Ge底电池由p-Ge衬底和其上方的n-Ge薄膜共同构成;在Ge底电池和InGaAs中电池之间由下至上依次分布的InGaP第一异质层、n-InGaAs缓冲层和p-GaAs/n-GaAs隧道结;在InGaAs中电池和InGaP顶电池之间设有p-AlGaAs/n-InGaP隧道结;InGaP顶电池上方设有GaAs层,GaAs层通过GaAs接触层上表面引出Ni/Cr/Au金属电极,在GaAs接触层周边GaAs层上表面设有复合微纳减反结构;

所述复合微纳减反结构为周期性排布六方结构,每一个重复单元由凸起或凹陷的椭圆柱与其上的圆锥共同构成;周期宽度为200~1200nm,长度为宽度的 倍;

所述椭圆柱短轴长度与圆锥底面直径相等,短轴长度与周期宽度的比例为0.1~0.7;

所述椭圆柱长轴长度与周期长度的比例为0.1~0.7;所述椭圆柱高度为100~500nm;所述圆锥顶角为30°~150°;

复合微纳减反结构的反射率降低幅度大于20倍。

2.根据权利要求1所述的一种具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池,其特征在于,所述InGaP顶电池包括由上至下依次分布的n-AlInP窗口、n-InGaP发射极、p-InGaP基极和p-AlInP BSF层。

3.根据权利要求1所述的一种具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池,其特征在于,所述InGaAs中电池包括由上至下依次分布的n-InGaP窗口、n-InGaAs发射极、p-InGaAs基极和p-InGaP BSF层。

4.根据权利要求1所述的一种具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池,其特征在于,所述n-Ge薄膜带隙宽度为0.65eV;Ge底电池的pn结是在p型Ge衬底上生长的第一层外延层的过程时,V族原子扩散到Ge衬底中自动形成的。

5.根据权利要求4所述的一种具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池,其特征在于,所述n-InGaAs缓冲层和InGaAs中电池n-InGaP窗口的上表面均为条栅结构,宽度为100~1000nm,长度为5~15mm,深度80~100nm,栅间距为200~2000nm。

6.一种权利要求1-5任一项所述的具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)选择p型Ge衬底,抛光,清洗,采用MOVPE金属有机化合物气相外延的方法在Ge表面淀积P原子,Ge衬底加热到580℃~750℃,将含有P的气体引入到Ge衬底表面,淀积在表面的P原子逐渐扩散到Ge衬底内部,形成n-Ge薄膜,时间持续1h小时;

2)采用MOVPE的方法在Ge表面继续引入含有In元素和Ga元素的气体,同含有P元素的气体一起,生长InGaP第一异质层;

3)采用MOVPE的方法生长n-InGaAs缓冲层;

4)采用纳米软压印法,在n-InGaAs缓冲层表面制备条栅结构;

5)采用MOVPE的方法按顺序生长p-GaAs/n-GaAs隧道结、p-InGaP BSF层、p-InGaAs基极、n-InGaAs发射极和n-InGaP窗口;

6)采用纳米软压印法,在n-InGaP窗口表面制备条栅结构;

7)采用MOVPE的方法按顺序生长p-AlGaAs/n-InGaP隧道结、p-AlInP BSF、p-InGaP基极、n-InGaP发射极、n-AlInP窗口和GaAs层;

8)采用纳米软压印法,在GaAs层表面制备复合微纳减反结构;

9)采用电子束蒸发法在GaAs层和p-Ge层上制备出Ni/Cr/Au金属电极,并在大气中500~600℃退火8~12min,即完成具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池的制作;

制备条栅结构和复合微纳减反结构的工艺流程如下:

1)SU-8甩胶在500~600rpm转速下25~35s,再2500~3500rpm转速下5~10min;后50~

70℃下烘10~20min,再85~100℃下烘干20~30min;UV光固化30~40s;PDMS软印章压印30~40min;

2)揭下印章,用体积比为36-38%HCl:H2O=1:2盐酸溶液刻蚀1min;

3)用上述步骤2)的盐酸溶液刻蚀5~10min;

4)去Su-8余胶,即完成条栅结构和复合微纳减反结构的制作。

7.根据权利要求6所述的具有微纳减反结构的InGaP/InGaAs/Ge三结太阳电池的制作方法,其特征在于,所述InGaAs缓冲层中In的含量为1%,使Ge与GaAs的晶格失配由0.08%降至更低,这时InGaAs与Ge精确晶格匹配,不产生失配位错。