本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種兩結(jié)激光電池外延層及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前，激光電池在空間無(wú)線能量傳輸領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景，適合在空間無(wú)線傳輸中(高軌的空間飛行器太陽(yáng)電池陣實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，電能再轉(zhuǎn)換為激光，借助激光電池實(shí)現(xiàn)激光對(duì)地面激光電池陣供能、激光對(duì)臨近空間的無(wú)人機(jī)供能、激光對(duì)低軌的空間飛行器供能)，作為能量接收器使用或信號(hào)接收器使用。然而目前國(guó)內(nèi)還沒有任何公司或者研究所研究出相關(guān)的商用產(chǎn)品，對(duì)多結(jié)激光電池的研究尚屬空白。

以GaAs為代表的III-V族化合物具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如它具有直接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)，光吸收系數(shù)大，還具有良好的抗輻照性能和較小的溫度系數(shù)，是作為激光電池的理想材料。對(duì)于功率較高的激光來(lái)說(shuō)，采用多結(jié)的GaAs太陽(yáng)電池可以減小總電流，從而可以減小串聯(lián)電阻引起的功率損失，提高轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種兩結(jié)激光電池外延層及其制備方法，其晶體質(zhì)量較好，穩(wěn)定性強(qiáng)，易于制作，并可在將來(lái)作為完整的電池直接應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種兩結(jié)激光電池外延層，包括從下至上依次設(shè)置在GaAs襯底上的GaAs緩沖層、第一隧道結(jié)、第一GaAs電池、第二隧道結(jié)、第二GaAs電池和cap層。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，GaAs緩沖層使用n型摻雜劑，摻雜劑的摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，GaAs緩沖層的厚度為100nm-4000nm。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，第一隧道結(jié)包括依次設(shè)置的n型摻雜劑摻雜的n⁺-GaInP層和p型摻雜劑摻雜的p⁺-AlGaAs層，n⁺-GaInP層的厚度為10nm-100nm，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，p⁺-AlGaAs層的厚度為10nm-100nm，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，第一GaAs電池包括依次設(shè)置的n型摻雜劑摻雜的n-GaAs發(fā)射區(qū)層和p型摻雜劑摻雜的p-GaAs基區(qū)層，發(fā)射區(qū)層的厚度為50nm-1000nm，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，基區(qū)層的厚度為500nm-5000nm，摻雜濃度為1×10¹⁵-1×10¹⁸cm^-3。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，第二隧道結(jié)包括依次設(shè)置的n型摻雜劑摻雜的n⁺-GaInP層和p型摻雜劑摻雜的p⁺-AlGaAs層，n⁺-GaInP層的厚度為10nm-100nm，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，p⁺-AlGaAs層的厚度為10nm-100nm，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，第二GaAs電池包括依次設(shè)置的n型摻雜劑摻雜的n-GaAs發(fā)射區(qū)層和p型摻雜劑摻雜的p-GaAs基區(qū)層，發(fā)射區(qū)層的厚度為50nm-1000nm，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，基區(qū)層的厚度為500nm-5000nm，摻雜濃度為1×10¹⁵-1×10¹⁸cm^-3。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，cap層為n型摻雜劑摻雜的n⁺-Ga_1-xIn_xAs，其中0.01≤x≤0.4，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度為50nm-1000nm。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，p型摻雜劑為Zn、Mg或C。

技術(shù)方案中，優(yōu)選的，n型摻雜劑為Si、Se或Te。

一種制備兩結(jié)激光電池外延層的方法，包括以下步驟：采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在GaAs襯底上沉積GaAs緩沖層；在GaAs緩沖層上依次生長(zhǎng)第一隧道結(jié)、第一GaAs子電池、第二隧道結(jié)、第二GaAs子電池和cap層。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、該兩結(jié)激光電池采用兩個(gè)子電池串聯(lián)減小總電流，從而可以減小串聯(lián)電阻引起的功率損失，提高轉(zhuǎn)換效率。

2、本發(fā)明的一種兩結(jié)激光電池外延層的制備方法，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，生長(zhǎng)過(guò)程可以得到精確控制，形成的晶體質(zhì)量好。

3、本發(fā)明的兩結(jié)激光電池外延層易于生長(zhǎng)，后續(xù)工藝流程成熟，產(chǎn)品電池穩(wěn)定性好，具有大批生產(chǎn)的潛力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種兩結(jié)激光太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、GaAs襯底 2、GaInAs緩沖層 3、第一隧道結(jié)

4、GaAs子電池 5、第二隧道結(jié) 6、GaAs子電池

7、cap層

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步描述：

一種兩結(jié)激光太陽(yáng)電池，包括砷化鎵襯底，從下至上依次為GaAs緩沖層、第一隧道結(jié)、(AlGa)_1-xIn_xAs漸變緩沖層、GaAs電池、第二隧道結(jié)、GaAs電池和cap層。其制作過(guò)程為：

1.采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(MOCVD)在砷化鎵襯底上面沉積GaAs緩沖層；

GaAs緩沖層，其n型摻雜劑為Si、Se或Te，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，反應(yīng)室壓力為50-200mbar，生長(zhǎng)溫度為600–700℃，厚度范圍為100-4000nm；

2.在GaAs緩沖層上生長(zhǎng)第一隧道結(jié)，包括依次生長(zhǎng)n型摻雜的n+-GaInP層和p型摻雜的p+-AlGaAs層，其中n+-GaInP層的摻雜劑為Si、Se或Te，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度范圍為10nm-100nm，生長(zhǎng)溫度為550–650℃；其中p+-AlGaAs層的摻雜劑為Zn、Mg或C，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度范圍為10nm-100nm，生長(zhǎng)溫度為550–650℃；

3.在第一隧道結(jié)上生長(zhǎng)第一GaAs子電池，包括依次生長(zhǎng)n型摻雜的n-GaAs發(fā)射區(qū)層和p型摻雜的p-GaAs基區(qū)層，其中n-GaAs發(fā)射區(qū)層的摻雜劑為Si、Se或Te，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，厚度范圍為50nm-1000nm，生長(zhǎng)溫度為600–700℃；其中p-GaAs基區(qū)層的摻雜劑為Zn、Mg或C，摻雜濃度為1×10¹⁵-1×10¹⁸cm^-3，厚度范圍為500nm-5000nm，生長(zhǎng)溫度為600–700℃；

4.在第一GaAs子電池上生長(zhǎng)第二隧道結(jié)，包括依次生長(zhǎng)n型摻雜的n+-GaInP層和p型摻雜的p+-AlGaAs層，其中n+-GaInP層的摻雜劑為Si、Se或Te，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度范圍為10nm-100nm，生長(zhǎng)溫度為550–650℃；其中p+-AlGaAs層的摻雜劑為Zn、Mg或C，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度范圍為10nm-100nm，生長(zhǎng)溫度為550–650℃；

5.在第二隧道結(jié)上生長(zhǎng)第二GaAs子電池，包括依次生長(zhǎng)n型摻雜的n-GaAs發(fā)射區(qū)層和p型摻雜的p-GaAs基區(qū)層，其中n-GaAs發(fā)射區(qū)層的摻雜劑為Si、Se或Te，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3，厚度范圍為50nm-1000nm，生長(zhǎng)溫度為600–700℃；其中p-GaAs基區(qū)層的摻雜劑為Zn、Mg或C，摻雜濃度為1×10¹⁵-1×10¹⁸cm^-3，厚度范圍為500nm-5000nm，生長(zhǎng)溫度為600–700℃；

6.在第二子電池上生長(zhǎng)cap層；

帽層為n型摻雜的n+-Ga1-xInxAs，其中0.01≤x≤0.4，摻雜劑為Si、Se或Te，摻雜濃度為1×10¹⁸-1×10²¹cm^-3，厚度范圍為50nm-1000nm，生長(zhǎng)溫度為550–700℃。

上述各層材料生長(zhǎng)之后，總時(shí)間為1-3小時(shí)，之后的器件工序和正向匹配三結(jié)太陽(yáng)電池完全相同，是公知的技術(shù)。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。