專利名稱：基于npn結(jié)構(gòu)的激光光伏電池及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于NPN結(jié)構(gòu)的高效激光光伏電池的制作方法，具體涉及一種高效的激光光伏電池，尤其是以在半絕緣GaAs襯底上以GaAs同質(zhì)PN結(jié)為光電轉(zhuǎn)換層的光電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
激光供能系統(tǒng)在戶外遠程電子系統(tǒng)如智能電網(wǎng)、偏遠地區(qū)通訊系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、工業(yè)傳感、航空器油箱監(jiān)控等需要提供穩(wěn)定電源或需要避免電火花的環(huán)境中電子系統(tǒng)的供電方面具有重要應(yīng)用。激光供能采用大功率半導體激光器光源，將光能用光纖輸送到需要供電的遠端惡劣環(huán)境中，再用激光電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過穩(wěn)壓后提供穩(wěn)定的電源輸出。激光電池是整個激光供能系統(tǒng)的一個核心技術(shù)，與一般太陽能電池不同的是， 其光源采用適合光纖傳輸?shù)?90-850nm波長的激光，這樣使得光的傳輸損耗很低。對于 790-850nm波長的激光敏感的光伏器件采用GaAs光電池將激光能量轉(zhuǎn)換為電能，提供穩(wěn)定的電源輸出。GaAs是III/V族半導體材料，室溫下的禁帶寬度Eg是1. 43eV,(理論計算表明，當Eg在1. 2 1. 6eV范圍時，電池轉(zhuǎn)換效率最高)與太陽光譜匹配，是理想的太陽能電池材料。GaAs太陽能電池具有高的光電轉(zhuǎn)換效率，單結(jié)GaAs太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可達 28%0 GaAs PN結(jié)電池可以用于將808nm的激光能量轉(zhuǎn)換為電能，用作激光供能系統(tǒng)中的激光電池(參閱US005342451)。由于要求每個激光電池元件要有幾伏的輸出電壓(如6V)， 而GaAs電池的開路電壓約為IV，這就需要GaAs電池的設(shè)計中每個光電池上需要有幾個電池單元串聯(lián)以獲得所需的輸出電壓。激光電池光敏面接收的功率密度較高，相當于幾百個太陽的照射強度，光電流密度在每平方厘米十幾到幾十安培的量級。如此大的電流密度下，減小串聯(lián)電阻非常有助于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。早期的激光光伏電池一般采用在半絕緣襯底上生長N型緩沖層，再生長P/N結(jié)，P型窗口層和接觸層，其后在接觸層上制備金屬柵狀電極，而后再將未分布在金屬柵狀電極下方的接觸層去除，該金屬柵狀電極設(shè)計要得到盡量小的串聯(lián)電阻，又不能對入射到電池上的光能有太大的遮擋。目前主要采用增加P型窗口層和P性吸收層的厚度或摻雜濃度的方式來減小電池的串聯(lián)電阻，但這樣又會增加材料生長時間，從而大幅提高制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池及其制備工藝，其可有效減小激光光伏電池的串聯(lián)電阻，增加其轉(zhuǎn)換效率，從而獲得高效激光光伏電池。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于所述光伏電池包括依次生長在半絕緣襯底上的N型導電層、P/N結(jié)和N型窗口層，所述P/N結(jié)與N型導電層之間經(jīng)隧穿結(jié)連接。具體而言，所述光伏電池包括依次生長在半絕緣GaAs襯底上的N型GaAs導電層、 隧穿結(jié)和GaAs電池，所述GaAs電池包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P/N結(jié)和N型
窗口層。優(yōu)選的，所述GaAs電池包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P型勢壘層、P/N 結(jié)、N型窗口層和N型接觸層。優(yōu)選的，所述P/N結(jié)包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P型吸收層和N型吸收層。所述N型GaAs導電層和隧穿結(jié)之間還設(shè)有N型勢壘層，且所述N型GaAs導電層直接生長于半絕緣GaAs襯底上。所述光伏電池包括依次生長在半絕緣GaAs襯底上的N型GaAs導電層、N型 AlGaAs((Al)GaInP)勢壘層、隧穿結(jié) N 型 GaAs (GEta51Ina49P)層、隧穿結(jié) P 型(Al)GaAs 層、P 型AlGaAs((Al)^JnP)勢壘層、P型GaAs電池基區(qū)、N型GaAs電池發(fā)射區(qū)、N型GaAs窗口層和N型GaAs接觸層。一種如上所述基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于，該方法為 在半絕緣襯底上依次生長N型導電層、隧穿結(jié)、P/N結(jié)、N型窗口層及N型接觸層，形成光伏電池基體，其后在前述光伏電池基體上加工形成隔離槽、正電極、負電極、減反射層以及電極引線，制得目標產(chǎn)物。進一步的講，該方法包括如下步驟(1)在半絕緣GaAs襯底上生長N型摻雜濃度1 X IO18CnT3以上的GaAs導電層；(2)在上述N型GaAs導電層上依次生長摻雜濃度1 X IO19CnT3以上的 GaAs (Giia51Ina49P) N型層和摻雜濃度IXlO19cnT3以上的(Al)GaAs的P型層，形成隧穿結(jié)，所述N型層和P型層的厚度> IOnm ；(3)在上述隧穿結(jié)上生長摻雜濃度IXlO18Cnr3以上的P型AlGaAS((Al)feJnP)勢
壘層；(4)在上述P型勢壘層上依次生長P型GaAs吸收層和N型GaAs吸收層形成PN 結(jié)；(5)在上述PN結(jié)上生長摻雜濃度在IX IO18CnT3以上的N型GaAs窗口層；(6)在上述N型窗口層上生長摻雜濃度在2X IO18CnT3以上的N型GaAs接觸層用作歐姆接觸；(7)按照電池標準工藝，在由前述步驟形成的光伏電池基體上制備隔離槽、正電極、負電極、減反射層以及電極引線，獲得目標產(chǎn)物。該方法中于步驟(1)和(2)之間還可包括如下步驟先在N型GaAs導電層上生長摻雜濃度1 X IO18CnT3以上的N型AlGaAs ((Al) GaInP) 勢壘層，而后再在該N型勢壘層上生長隧穿結(jié)。步驟(5)中所述N型GaAs窗口層是由AlxGi^xAs (Ga0.51In0.49P)組成的，其中 χ ≥ 0. 2。作為一種可選用的實施方式，該光伏電池中的各層是采用MOCVD方法生長形成的，其中N型摻雜原子為Si、Se、S或Te，P型摻雜原子為ZruMg或C。
作為另一種可選用的實施方式，該光伏電池中的各層是采用MBE方法生長形成的，其中N型摻雜原子為Si、Se、S或Te，P型摻雜原子為Be、Mg或C。前述步驟(7)中是通過依次刻蝕接觸層、窗口層、PN結(jié)、P型勢壘層、隧穿結(jié)、N型勢壘層和導電層，直到露出半絕緣的GaAs襯底，再通過填膠或氧化硅等電絕緣材料進行隔離，從而在光伏電池基體上形成隔離槽的。前述步驟(7)中是通過干法或濕法刻蝕工藝依次刻蝕接觸層、窗口層、PN結(jié)、P型勢壘層、隧穿結(jié)和N型勢壘層，直到露出N型GaAs導電層，從而在光伏電池基體上形成負電極窗口，其后再由該負電極窗口制備負電極。前述正電極、負電極是通過電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射分別在N型接觸層和N 型導電層上沉積一層或多層金屬并退火形成歐姆接觸而制成的。進一步的，在N型接觸層形成前述正電極之后，還將未分布在該金屬電極正下方的接觸層去除。 前述減反射層通過化學氣相淀積技術(shù)或鍍膜機制備的a^e/MgF或Ti02/Si02減反射膜。前述正、負電極通過金屬壓焊或蒸鍍金屬的方式實現(xiàn)該光伏電池中各單元電池的串聯(lián)。由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點1.與P型GaAs相比，N型GaAs襯底易于獲得低電阻率，本發(fā)明中上、下導電層都采用N型GaAs，光伏電池的串聯(lián)電阻比PN結(jié)構(gòu)電池更低，有利于電池接收更高的光功率密度和電池效率的提高；2.本發(fā)明設(shè)計的NPN結(jié)構(gòu)光伏電池具有比PN結(jié)構(gòu)電池更高的轉(zhuǎn)換效率；3.本發(fā)明中，上、下導電層都采用N型GaAs，在電池工藝中一步可以完成上下電極的歐姆接觸金屬的蒸發(fā)或電鍍加厚，從而可減少光刻、剝離工序，并減少光刻版的用量，節(jié)省工藝加工時間和降低成本；4.本發(fā)明設(shè)計的NPN結(jié)構(gòu)光伏電池通過有幾個單元串聯(lián)可產(chǎn)生高達數(shù)伏的輸出電壓。


圖1是本發(fā)明一較佳實施例中NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明一較佳實施例中NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池中隔離槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明一較佳實施例中NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明一較佳實施例中NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的俯視圖； 以上圖中，01為半絕緣GaAs襯底，02為N型GaAs導電層，03為N型AlGaAs ((Al) GaInP)勢壘層，04為隧穿結(jié)N型GaAs (&ια 5Jna49P)，05為隧穿結(jié)P型(Al)GaAs, 06為P型 AlGaAs((Al)GaInP)勢壘層，07為P型GaAs電池基區(qū)，08為N型GaAs電池發(fā)射區(qū)，09為N 型GaAs窗口層，10為N型GaAs接觸層，11為隧穿結(jié)，12為PN結(jié)，13為激光電池基體結(jié)構(gòu)， 14為隔離槽，15、16分別為正和負電極，17為減反射膜，18為電極引線。
具體實施例方式考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的諸多不足，如何減小串聯(lián)電阻、增加激光電池的轉(zhuǎn)換效率，并解決相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)具有重大意義。為此，本發(fā)明提供了基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其包括GaAs電池和隧穿結(jié)。該光伏電池的特點在于該光伏電池系GaAs的PN結(jié)電池，其上、下導電層都采用N型GaAs， 電池結(jié)構(gòu)直接生長在半絕緣GaAs襯底上。進一步的講，該光伏電池的結(jié)構(gòu)為在半絕緣GaAs襯底上按順序生長N型導電層、 N型勢壘層(可選擇性的生長或不生長)、隧穿結(jié)、P型勢壘層、P型吸收層、N型吸收層、N 型窗口層和N型接觸層。前述N型導電層是在半絕緣GaAs襯底上直接生長的N型GaAs導電層。前述P型吸收層與N型導電層通過P/N隧穿結(jié)連接。前述基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法包括下列步驟(1)在半絕緣GaAs襯底上用外延生長等方法生長N型摻雜濃度在1 X IO18CnT3以上的GaAs導電層；(2)在N型GaAs導電層上生長摻雜濃度在1 XlO18CnT3以上的N型AlGaAs ((Al) GaInP)勢壘層，該步驟也可省去；(3)在上述勢壘層上生長N型摻雜濃度在lX1019cm_3以上的GaAs(GEia5Jna49P) 層，再生長摻雜濃度在1 X IO19CnT3以上的(Al) GaAs的P型層，形成一個隧穿結(jié)，P型和N型區(qū)的厚度大于IOnm;(4)在上述隧穿結(jié)上生長摻雜濃度在lX1018cm_3以上的P型MGaAs ((Al) feJnP) 勢壘層，并作為GaAs電池的背場層；(5)在上述勢壘層上生長P型GaAs吸收層，并在P型GaAs吸收層上生長N型GaAs 吸收層，形成一個PN結(jié)；(6)在N型GaAs吸收層上生長摻雜濃度在1 X IO18CnT3以上的N型GaAs窗口層；(7)在上述窗口層上生長摻雜濃度在2X IO18CnT3以上的N型GaAs接觸層，用作歐姆接觸，至此形成光伏電池基體；(8)按照電池標準工藝，在光伏電池基體上制備隔離槽、正電極、負電極、減反射層以及電極引線，獲得目標產(chǎn)物。前述窗口層可采用AlxGi^xAs(GEia5Jna49P)來制作，其中Al組分χ彡0. 2。該光伏電池的各結(jié)構(gòu)層可采用MOCVD方法生長，其中，N型摻雜原子為Si、Se、S或 Te，P型摻雜原子為Zn、Mg或C。該光伏電池的各結(jié)構(gòu)層亦可采用MBE方法生長，其中N型摻雜原子為Si、Se、S或 Te，P型摻雜原子為Be、Mg或C。前述隔離槽的制備過程為依次刻蝕接觸層、窗口層、PN結(jié)、P型勢壘層、隧穿結(jié)、N 型勢壘層和導電層，直到露出半絕緣的GaAs襯底，再通過填膠或氧化硅等電絕緣材料進行隔1 °前述負電極的制備過程為通過干法或濕法刻蝕依次刻蝕接觸層、窗口層、PN結(jié)、 P型勢壘層、隧穿結(jié)和N型勢壘層，直到露出N型GaAs導電層，制成負電極窗口，而后通過電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射在導電層上沉積一層或多層金屬并退火形成歐姆接觸。
前述正電極的制備過程為采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射在接觸層上沉積一層或多層金屬并退火形成歐姆接觸，而后將除金屬電極下面以外的接觸層GaAs去除。前述減反射層通過化學氣相淀積技術(shù)或鍍膜機制備a^e/MgF或Ti02/Si&減反射膜。該光伏電池中，正負電極通過金屬壓焊或蒸鍍金屬的方式實現(xiàn)電池中各單元電池的串聯(lián)。本發(fā)明基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池以半絕緣GaAs作為基底，該電池通過隧穿結(jié)將GaAs電池與GaAs導電層連接，實現(xiàn)幾個單元電池的串聯(lián)連接，實現(xiàn)每個電池元件有幾伏的輸出電壓，從而獲得了高效的激光電池。尤其是本發(fā)明采用N型窗口層取代P型窗口層可獲得較低的電池串聯(lián)電阻，且采用將PN結(jié)中N型和P型倒置的設(shè)計，可有效提高光電池的量子效率。以下結(jié)合附圖及若干較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。參閱圖1-4，該基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制作工藝包括下列步驟一、應(yīng)用MOCVD方法生長NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池1、采用半絕緣GaAs襯底01，厚度在200至500微米左右，作為襯底同質(zhì)生長GaAs 材料；2、進入MOCVD或MBE生長室，先生長一層1000nm-5000nm的N型GaAs導電層02， 摻雜濃度高達1XIO18-IX IO19cm-3 ；3、在導電層02上生長摻雜濃度IX IO18CnT3以上的10_50nm的N型AlGaAs ((Al) GaInP)勢壘層03，4、生長 N 型摻雜濃度大于 IX IO19CnT3 的 IO-SOnmmGaAs(GEia5Jna49P)層 04，再生長P型摻雜濃度大于1 X IO19CnT3的約IOnm的(Al)GaAs層05，形成一個隧穿結(jié)11，使GaAs 電池的P型層07和下面的N型GaAs導電層02能夠很好連接，P型和N型區(qū)的厚度大于 IOnm ；5、在隧穿結(jié)11上生長摻雜濃度IX IO18CnT3以上的10_50nm的P型AlGaAs ((Al) GaInP)勢壘層06，并作為GaAs電池的背場層；6、生長 2500-3500nm 的 P 型的摻雜濃度為 5X X IO18CnT3 的 GaAs 吸收層 07， 作為GaAs太陽能電池的基區(qū)，再生長100-600nm的N型摻雜濃度為1 X IO1MXIOiW的 GaAs吸收層08，作為GaAs太陽能電池的發(fā)射區(qū)；形成一個PN結(jié)12 ；7、在GaAs吸收層08上生長1000_3000nm的摻雜濃度IX IO18CnT3以上的N型的 AlxGa1^xAs (χ 彡 0. 2)或 Gei。.51 Ina49P 窗口層 09 ；8、在窗口層09上生長100_300nm的摻雜濃度IXlO18Cnr3以上的N型的GaAs接觸層10，用來做歐姆接觸，至此制得光伏電池基體。二、應(yīng)用標準工藝制備NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池1、在光伏電池基體上通過干法或濕法刻蝕依次刻蝕接觸層10、窗口層09、PN結(jié) 12、P型勢壘層06、隧穿結(jié)11、N型勢壘層03、導電層02，直至半絕緣GaAs襯底01，再通過填膠或氧化硅電絕緣等材料進行隔離，形成隔離槽14 ；2、通過干法或濕法刻蝕依次刻蝕接觸層10，窗口層09，PN結(jié)12，P型勢壘層06，隧穿結(jié)11，N型勢壘層03，直至N型GaAs導電層02，形成負電極窗口 ；
3、通過電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等方式制備AuGe/Ni/Au = 35/10/100nm, Ag = 1 μ m或Au = IOOnm金屬材料的正電極15和負電極16形成歐姆接觸；4、通過濕法刻蝕將除金屬電極下面以外的接觸層10去除。5、通過化學氣相淀積技術(shù)或鍍膜機制備減反射層18，應(yīng)用a^e/MgF或Ti02/Si02 等減反射材料；6、制備電極引線18，實現(xiàn)電池串聯(lián)。本發(fā)明的激光電池通過幾個電池單元串聯(lián)以獲得所需的輸出電壓，其中GaAs電池的開路電壓約為IV，這樣每個電池元件有幾個單元串聯(lián)就有約幾伏的輸出電壓(如6V)。 激光電池生長在半絕緣GaAs襯底上以便在隨后的電池加工工藝中實現(xiàn)每個單元之間電學隔離，然后將一個電池的正極與另一個電池的負極相連而制作幾個單元的串聯(lián)連接。這樣設(shè)計的結(jié)果是電池的正電極和負電極都從電池的外延面一側(cè)引出，為了減少電極的遮光比、充分吸收照射到電池光敏面上的激光能量，底電極在電池光敏面的外圍，和電池底部的導電層相連。此外，該激光電池中光敏面接收的功率密度較高，相當于幾百個太陽的照射強度， 光電流密度在每平方厘米十幾到幾十安培的量級。如此大的電流密度下，減小串聯(lián)電阻非常有助于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。電池中，底部導電層的橫向?qū)щ婋娮枋请姵卮?lián)電阻的主要來源，通過提高該層材料的電導率和加大厚度來減小其電阻，而P型GaAs的電阻率遠大于N型GaAs的電阻率(幾倍到幾十倍)，為了減小電池的串聯(lián)電阻，電池常采用P/N結(jié)構(gòu)， 即電池頂部為P型，底部為N型。然而由于少子電子的擴散長度遠大于空穴的擴散長度，P/ N結(jié)構(gòu)的電池的效率低于N/P結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述設(shè)計，本發(fā)明的激光光伏電池的串聯(lián)電阻比PN結(jié)構(gòu)電池更低，有利于電池接收更高的光功率密度和電池效率的提高，具有比PN結(jié)構(gòu)電池更高的轉(zhuǎn)換效率，具有很好的實際應(yīng)用價值。以上對本發(fā)明一較佳實施例的詳細描述，對本案保護范圍不應(yīng)構(gòu)成任何限制，凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方法，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于所述光伏電池包括依次生長在半絕緣襯底上的N型導電層、P/N結(jié)和N型窗口層，所述P/N結(jié)與N型導電層之間經(jīng)隧穿結(jié)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于所述光伏電池包括依次生長在半絕緣GaAs襯底上的N型GaAs導電層、隧穿結(jié)和GaAs電池，所述GaAs電池包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P/N結(jié)和N型窗口層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于所述GaAs電池包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P型勢壘層、P/N結(jié)、N型窗口層和N型接觸層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于 所述P/N結(jié)包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P型吸收層和N型吸收層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于，所述N型GaAs 導電層和隧穿結(jié)之間還設(shè)有N型勢壘層，且所述N型GaAs導電層直接生長于半絕緣GaAs 襯底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池，其特征在于，所述光伏電池包括依次生長在半絕緣GaAs襯底上的N型GaAs導電層、N型MGaAs ((Al) feJnP)勢壘層、 隧穿結(jié) N 型 GaAs (GEta5Jna49P)層、隧穿結(jié) P 型(Al) GaAs 層、P 型 AlGaAs ((Al) feJnP)勢壘層、P型GaAs電池基區(qū)、N型GaAs電池發(fā)射區(qū)、N型GaAs窗口層和N型GaAs接觸層。
7.—種如權(quán)利要求1所述基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于，該方法為在半絕緣襯底上依次生長N型導電層、隧穿結(jié)、P/N結(jié)、N型窗口層及N型接觸層，形成光伏電池基體，其后在前述光伏電池基體上加工形成隔離槽、正電極、負電極、減反射層以及電極引線，制得目標產(chǎn)物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)在半絕緣GaAs襯底上生長N型摻雜濃度1X IO18CnT3以上的GaAs導電層；(2)在上述N型GaAs導電層上依次生長摻雜濃度1X 1019cm_3以上的GaAs (Ga0.5Jna49P) N型層和摻雜濃度IXlO19cnT3以上的(Al)GaAs的P型層，形成隧穿結(jié)，所述N型層和P型層的厚度> IOnm;(3)在上述隧穿結(jié)上生長摻雜濃度IXlO18cnT3以上的P型AK}aAS((Al)fe^nP)勢壘層；(4)在上述P型勢壘層上依次生長P型GaAs吸收層和N型GaAs吸收層形成P/N結(jié)；(5)在上述P/N結(jié)上生長摻雜濃度在IXIO18CnT3以上的N型GaAs窗口層，；(6)在上述N型窗口層上生長摻雜濃度在2XIO18CnT3以上的N型GaAs接觸層用作歐姆接觸；(7)按照電池標準工藝，在由前述步驟形成的光伏電池基體上制備隔離槽、正電極、負電極、減反射層以及電極引線，獲得目標產(chǎn)物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于，該方法中于步驟(1)和(2)之間還包括如下步驟先在N型GaAs導電層上生長摻雜濃度lX1018cm_3以上的N型MGaAs ((Al) feJnP)勢壘層，而后再在該N型勢壘層上生長隧穿結(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于步驟(5)中所述N型GaAs窗口層是由Alx^vxAs (Geiq. 51Ιηα49Ρ)組成的，其中χ彡0. 2。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于該光伏電池中的各層是采用MOCVD方法生長形成的，其中N型摻雜原子為Si、Se、S或 Te，P型摻雜原子為Zn、Mg或C。
12.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于該光伏電池中的各層是采用MBE方法生長形成的，其中N型摻雜原子為Si、k、S或Te， P型摻雜原子為Be、Mg或C。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于步驟(7)中是采用依次刻蝕N型接觸層、N型窗口層，P/N結(jié)，P型勢壘層、隧穿結(jié)、N型勢壘層和N型導電層直至露出半絕緣GaAs襯底的方式于光伏電池基體中形成槽狀結(jié)構(gòu)，而后在該槽狀結(jié)構(gòu)中填充絕緣材料而形成隔離槽的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于步驟(7)中是采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射工藝分別在N型接觸層和N型導電層上沉積一層以上金屬并退火形成歐姆接觸而制成正電極和負電極的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于 步驟(7)中是采用依次刻蝕N型接觸層、N型窗口層，P/N結(jié)，P型勢壘層、隧穿結(jié)和N型勢壘層，直至露出N型導電層形成負電極窗口的方式，而后再經(jīng)負電極窗口于N型導電層制備負電極的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于 步驟(7)中在N型接觸層上制成正電極后，還應(yīng)去除未分布在正電極正下方區(qū)域內(nèi)的其余 N型接觸層。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于所述減反射層是形成于N型窗口層上的a^e/MgF或Ti02/Si&減反射膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池的制備方法，其特征在于所述正、負電極通過金屬壓焊或蒸鍍金屬的方式實現(xiàn)電池中各單元電池的串聯(lián)，形成一個光伏電池整體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于NPN結(jié)構(gòu)的激光光伏電池及其制備工藝。該光伏電池包括依次生長在半絕緣GaAs襯底上的N型GaAs導電層、隧穿結(jié)和GaAs電池，所述GaAs電池包括沿逐漸遠離襯底的方向依次分布的P/N結(jié)和N型窗口層。其制備工藝為以外延生長方法在半絕緣襯底上依次生長N型導電層、隧穿結(jié)、P/N結(jié)、N型窗口層及N型接觸層形成光伏電池基體，其后在該光伏電池基體上加工形成隔離槽、正電極、負電極、減反射層以及電極引線，制得目標產(chǎn)物。本發(fā)明光伏電池的串聯(lián)電阻低，輸出電壓高，光吸收及轉(zhuǎn)換效率高，可作為高效激光光伏電池廣泛應(yīng)用，且其制備工藝簡便，可有效節(jié)省器件加工時間和降低成本，滿足規(guī)模化生產(chǎn)的需求。
文檔編號H01L31/068GK102184999SQ20111008301
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者季蓮, 李奎龍, 楊輝, 董建榮, 趙勇明, 趙春雨, 陸書龍 申請人:中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所