一种太阳能转换多结极联光电池
专利汇可以提供一种太阳能转换多结极联光电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 太阳能 转换多结极联光 电池 ，属 半导体 材料技术领域。用于解决现有极联光电池 光谱 响应范围和光电转换效率方面存在的问题。其方案中包括顶电池、中间电池和底电池，改进后的底电池是Ge的一个或多个 PN结 电池，中间电池是GaAs的一个或多个PN结电池，顶电池是ZnSe的 肖特基结 MIS。本 发明 采用ZnSe、GaAs、Ge三种功能材料搭配，制成单晶 薄膜 多结极联电池以转换光能。其合成光谱响应曲线可 覆盖 阳光总光谱能的95％，理论效率达56％，实际效率达30％以上。另外，本发明通过 电流 匹配、提高开路 电压 以提高输出功率，采用Au/n－ZnSe肖特基结，避开了P型掺杂的困难，上 电极 的引出工艺也更为简单。，下面是一种太阳能转换多结极联光电池专利的具体信息内容。
1.一种太阳能转换多结极联光电池，它包括顶电池、中间电池和底电 池，其特征在于，所述底电池[3]是Ge的一个或多个PN结电池，所述中间电池 [2]是GaAs的一个或多个PN结电池，所述顶电池[1]是一个ZnSe的肖特基结 MIS。
2.根据权利要求1所述的太阳能转换多结极联光电池，其特征在于， 在所述顶电池[1]和中间电池[2]、以及中间电池[2]和底电池[3]之间各延生有 一层GaAs的隧道结层[4]或[5]。
3.根据权利要求2所述的太阳能转换多结极联光电池，其特征在于， 在所述底电池和隧道结之间延生有一层P型GaAs的缓冲层[6]。
4.根据权利要求3所述的太阳能转换多结极联光电池，其特征在于， 在所述顶电池[1]的肖特基结MIS结构中，半导体采用N型ZnSe层，金属采用 Au，Au层和本征ZnSe绝缘层采用格栅式结构。
5.根据权利要求4所述的太阳能转换多结极联光电池，其特征在于， 在所述顶电池[1]中设有减反射膜AR。
技术领域
本发明涉及一种改进的太阳能转换光电池，属半导体材料技术领域。
背景技术
发明内容
本发明所述问题是通过以下技术方案实现的：
一种太阳能转换多结极联光电池，它包括顶电池、中间电池和底电池，其 改进在于，所述底电池是Ge的一个或多个PN结电池，所述中间电池是GaAs的一个或多个PN结电池，所述顶电池是一个ZnSe的肖特基结MIS (Metal/Insulator/Semiconductor，金属/绝缘体/半导体)电池。
上述太阳能转换多结极联光电池，为改善电子通过PN结势垒的导电过程， 在所述顶电池和中间电池、以及中间电池和底电池之间延生有一层GaAs的隧道 结层。
上述太阳能转换多结极联光电池，在所述底电池和隧道结之间延生有一层 P型GaAs的缓冲层。
上述太阳能转换多结极联光电池，在所述顶电池的肖特基结MIS结构中， 半导体采用N型ZnSe层，金属采用Au，Au层和本征ZnSe绝缘层采用格栅式结 构。
上述太阳能转换多结极联光电池，在所述顶电池中设有减反射膜AR(Anti Reflection)。
上述太阳能转换多结极联光电池，所述隧道结的厚度在100A°-500A °之间，所述各PN结功能层的厚度在1μm-5μm之间。
上述太阳能转换多结极联光电池，所述各层的搀杂浓度在1×1017--5× 1019cm-3之间。
本发明首次采用ZnSe、GaAs、Ge三种半导体功能材料搭配，制成单晶薄 膜多结极联电池，把光能转换为电能，根据阳光辐射谱数据，其合成光谱响应 曲线可覆盖阳光总光谱能的95％，理论效率可达56％，实际效率可达30％以上。 另外，为了提高输出功率，本发明提出通过电流匹配、提高开路电压以提高光 电池的实际输出功率，本发明中光电池总的开路电压是底电池、中间电池、顶 电池各子电池开路电压之和；
本发明采用Au/n-ZnSe肖特基结作为ZnSe顶电池结构，既能得到与ZnSe的PN结结构相同的效果，而又避开了P型掺杂的困难。同时，上电极引出工艺 也被简化，因为从金属Au上引出金属电极很简单，而从p-ZnSe上引出金属电 极要麻烦得多，需要制作专门的欧姆接触，以防止形成附加的、有害的接触势 垒。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是测得的ZnSe顶电池的外量子效率曲线(峰值位于400nm处)；
图3是德国夫琅禾费研究所报道的GaInP/GaAs极联光电池及相应的单结 光电池的外量子效率曲线；
(图中：A为GaAs底电池的外量子效率曲线；
B为InGaP顶电池的外量子效率曲线；
C为GaAs单结电池的外量子效率曲线，从图中可以看到，在400nm
处的外量子效率曲线已下降了一半，图2中ZnSe的曲线恰在峰值
处，两者交叠衔接贴切，可有效补偿GaAs量子效率的下降；
D为InGaP单结电池的外量子效率曲线；
E为InGaP单结电池的外量子效率曲线；)
图4是美国国家可再生能源实验室报道的GaInP/GaAs/Ge级联电池的外量 子效率曲线。
具体实施方式
图2是测得的ZnSe PN结的外量子效率曲线。它表明ZnSe吸收峰在400nm、 半高宽响应范围是450-360nm；图3是InGaP/GaAs极联电池和相应的InGaP、 GaAs单结电池的外量子效率曲线；图4是InGaP2/GaAs/Ge三结极联电池的外 量子效率曲线。当把图2的曲线移到图3上时可以看出，ZnSe与单结GaAs的 半高宽响应范围交叠衔接贴切，在GaAs已力所不及的高频段正好由ZnSe发挥 了作用。由于ZnSe的Eg＝2.6eV，可以吸收太阳总光谱能的19％(AM1.0)，因此 可以把效率在原25.67％的基础上再提高4.5个百分点(假设效率是25％)，达 30％以上。同时，由于ZnSe的禁带宽度比InGaP的大很多，因此可得到更高的 开路电压。
底电池3、中间电池2分别是Ge、GaAs的一个或多个pn结电池，顶电池1 是一个ZnSe的肖特基结MIS(Metal/Insulator/Semiconductor，金属/绝缘体/ 半导体)电池，分别对阳光中的低、中、高能光子进行光电转换。各子电池之 间用高掺杂的GaAs隧道结4或5和一个GaAs的缓冲层6串联起来。在N型 Ge衬底上外延的各层厚度是：隧道结4或5在100A°-500A°之间，各PN 结功能层在1μm-5μm之间。各层搀杂浓度在1×1017--5×1019cm-3之间。
实现上述技术方案中的多层外延时，可采用MOCVD(金属有机化学气相沉积) 或MBE(分子束外延)技术，此处不再赘述。
本发明中总的开路电压是底电池、中间电池、顶电池各子电池开路电压之 和；总的电流与底电池、中间电池、顶电池各自的电流应相等，因此要求各层 电流必须匹配。由于GaAs中间电池的光电流密度最大，因此可以把GaAs中间 电池拆成两个串联的GaAs PN结次级电池，使其电压提高为原来的两倍、电流 降低为原来的二分之一，去与顶电池、底电池匹配。这样既可实现电流匹配， 又不损失光生功率。在相同功率下，用高电压、小电流比用低电压、大电流更 有利。
也可以把GaAs中间电池拆成三个串联的GaAs PN结次级电池，把Ge底电 池拆成两个串联的Ge的PN结次级电池。
本发明的顶电池采用MIS结构，目的是要得到与ZnSe的PN结结构相同的 效果，而又避开了P型掺杂的困难。Ge、GaAs等材料的P型、N型掺杂都较容 易实现，ZnSe的N型掺杂也较容易实现，但ZnSe的P型掺杂却很难达到1× 1018cm-3以上。这一难题困扰了人们一、二十年。科学家们虽然也找到了一些 方法，可把搀杂浓度提高到5×1018cm-3，但十分复杂，在实际使用中难以推广。 由于ZnSe与Au(金)的肖特基(接触)势垒高达1.5eV，因而可以形成足够强 的结电场，形成良好的肖特基结。由于肖特基结的MIS结构具有与PN结几乎相 同的功能，因此在本发明中被用作顶电池的基本结构。同时，这样作的结果也 使上电极的引出工艺被简化了，因为从金属Au上引出金属电极很简单，而从 P-ZnSe上引出金属电极要麻烦得多，需要制作专门的欧姆接触，以免形成附加 的、有害的接触势垒。
为了使尽量多的光子进入n-ZnSe有源层产生电子、空穴对，Au层和ZnSe本征层均为格栅式结构，而不是全覆盖式结构。如果Au层是全覆盖式结构，将 会反射掉很大一部分入射光，使电池效率下降。当Au层采用格栅式结构后， ZnSe本征层也要相应地采用格栅式结构，形成MIS结构。另外，为了防止光子 被反射，在顶电池的表面设有一层减反射膜AR(Anti Reflection)。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种AGV小车的供电系统 | 2020-05-08 | 667 |
| 汽车能量管理控制方法、系统、车载终端及存储介质 | 2020-05-08 | 5 |
| 一种转矩链控制架构及双电机四驱电动汽车 | 2020-05-11 | 378 |
| 一种考虑电转气消纳风电的电力-天然气耦合系统鲁棒协同调度方法 | 2020-05-08 | 171 |
| 一种含分布式和储能的分层分级控制策略 | 2020-05-08 | 767 |
| 一种基于边缘计算的多智能体负荷调控方法 | 2020-05-08 | 969 |
| 一种双面太阳能电池片及光伏组件 | 2020-05-08 | 562 |
| 城市综合能源网统一平台潮流计算方法 | 2020-05-08 | 145 |
| 一种以低品位复合热源为能量的热循环发电系统 | 2020-05-08 | 85 |
| 一种接收整流天线系统 | 2020-05-11 | 990 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
