[发明专利]NPN结构的激光光伏电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于反向结技术的NPN结构激光光伏电池及其制备方法，具体涉及一种高效的激光光伏电池，尤其是以在半绝缘GaAs衬底上以GaAs同质PN结为光电转换层的光电池及其制备方法。

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，只是可以获得更高的转换效率，更大的输出电压，能传递更多的能量，光源采用适合光纤传输的790 nm - 850 nm波长的激光。

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GaAs PN结电池生长在半绝缘GaAs衬底上，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得到高电压输出。由于半绝缘GaAs衬底在光照下电阻明显变小，在光电池工作时的并联电导显著增加，即光电池PN结漏电严重，结构示意图和等效电路图如图1。这使得I-V曲线变形，最终导致光伏电池的填充因子减小和转换效率急剧降低，如图2，单节电池IV特性表现良好，双结串联表现明显漏电现象。

有鉴于此，有必要提供一种新型的激光光伏电池。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于反向结技术的NPN结构激光光伏电池及其制备工艺，其可有效增大激光光伏电池的并联电阻，增加其转换效率，从而获得高效激光光伏电池。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种NPN结构的激光光伏电池，其中，所述光伏电池包括依次形成于半绝缘衬底上反向P/N结、P型导电层、P/N结电池、N型窗口层和N型接触层，所述反向P/N结包括依次形成于所述半绝缘衬底上的N型层和P型层，所述P/N结电池包括沿远离半绝缘衬底方向依次设置的P型吸收层和N型吸收层。

作为本发明的进一步改进，还包括位于所述P型导电层和P/N结电池之间的势垒层。

优选的，所述势垒层为P型的AlGaAs((Al)GaInP)。

作为本发明的进一步改进，所述的半绝缘衬底、P型层、N型层、P型导电层、P型吸收层、N型吸收层以及N型接触层的材料均为GaAs。

作为本发明的进一步改进，所述窗口层的材料为AlGaAs((Al)GaInP)。

作为本发明的进一步改进，还包括隔离槽，所述隔离槽将所述光伏电池分隔成多个电池单元，电池单元之间串联连接。

优选的，所述的隔离槽分别贯穿所述接触层、窗口层、P/N结电池、P型导电层和反向P/N结。

作为本发明的进一步改进，还包括正电极和负电极，所述正电极形成于所述导电层上，所述负电极与所述接触层接触。

本申请还公开了一种激光光伏电池的制备方法，包括：

（1）在半绝缘衬底上生长N型层和P型层形成反向P/N结；

（2）在上述P型层上依次生长P型导电层，并在该P型导电层上生长P型势垒层；

（3）在上述P型势垒层上依次生长P型吸收层和N型吸收层形成P/N结；

（4）在上述P/N结上生长N型窗口层；

（5）在上述N型窗口层上生长N型接触层用作欧姆接触；

（6）按照电池标准工艺，在由前述步骤形成的光伏电池基体上制备隔离槽、正电极、负电极、减反射层以及电极引线，获得目标产品。

作为本发明的进一步改进，所述导电层为P型掺杂浓度1×10¹⁸ cm^-3以上的GaAs导电层；所述势垒层为掺杂浓度1×10¹⁸ cm^-3以上的P型AlGaAs((Al)GaInP) 势垒层；所述N型窗口层为掺杂浓度在1×10¹⁸ cm^-3以上的窗口层；所述N型接触层为掺杂浓度在2×10¹⁸ cm^-3以上的GaAs接触层。