[发明专利]一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，特别涉及一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池及其制备方法。

背景技术

GaAs基化合物太阳电池，因其较高的光电转换效率，良好的抗辐照性能和空间稳定性等优势近年来获得了飞速发展，是目前太空航天器的主要供电来源。目前多结太阳电池研究较多的体系是InGaP/GaAs/Ge结构电池，传统多结太阳电池虽可以提高器件的光电转换效率，然而随着层数的增加多结电池也存在一些新的问题。首先，InGaP/GaAs/Ge太阳电池带隙排布为1.84/1.42/0.67eV，底电池和中间子结电池较大的带隙失配导致Ge子电池中的光生电流大于其他子结中的电流，而多结叠层太阳电池的电流取决于子结中最小的光生电流，因此电流失配将导致部分光生电流损失进而影响器件效率；其次，多结叠层太阳电池对材料组分要求严格，器件在设计制备及测试等环节的复杂性和成本均大幅上升，器件的制备成本高昂也正是III-V族太阳电池无法真正实现民用的主要原因。因此研究如何在保持器件高的光电转换效率的同时有效简化器件的制备工艺成本，具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池，光电转换效率高且成本低。

本发明的另一目的在于提供上述等离激元增强GaAs基多结太阳电池的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池，由下至上依次包括底电极、In_0.3Ga_0.7As底电池、隧穿结、GaAs顶电池和顶电极；所述In_0.3Ga_0.7As底电池由下至上依次包括p-In_0.3Ga_0.7As薄膜、第一n-In_0.3Ga_0.7As薄膜、Ag/Al合金纳米颗粒层和第二n-In_0.3Ga_0.7As薄膜。

所述p-In_0.3Ga_0.7As薄膜的厚度为60-600纳米，掺杂浓度为2×10¹⁷-5×10¹⁷cm^-3；所述第一n-In_0.3Ga_0.7As薄膜的厚度为20-80纳米，掺杂浓度为2×10¹⁷～5×10¹⁷cm^-3；所述Ag/Al合金纳米颗粒层中的Ag/Al纳米金属颗粒平均高度为10-20纳米，平均直径为10-30纳米；所述第二n-In_0.3Ga_0.7As薄膜的厚度为80-250纳米；掺杂浓度为2×10¹⁷～5×10¹⁷cm^-3。

所述隧穿结为重掺GaAs遂穿结，由下至上依次包括n-GaAs薄膜和p-GaAs薄膜，所述n-GaAs薄膜厚度为3-8纳米，掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3；所述p-GaAs薄膜的厚度为3-8纳米，掺杂浓度为1×10¹⁸～5×10¹⁸cm^-3。

所述GaAs顶电池由下至上依次包括p-GaAs薄膜和n-GaAs薄膜；所述p-GaAs薄膜厚度为100-800纳米，掺杂浓度为1.5×10¹⁷-4×10¹⁸cm^-3；所述n-GaAs薄膜的厚度为2-5微米，掺杂浓度为1×10¹⁷-3×10¹⁷cm^-3。

所述底电极为AuGeNi薄膜，厚度为300-600纳米。

所述顶电极为Au薄膜，厚度为300-600纳米。

所述的等离激元增强GaAs基多结太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)In_0.3Ga_0.7As底电池的制备：