本發(fā)明屬于光伏器件領(lǐng)域，具體地講，涉及一種多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，還涉及具有上述多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的光伏器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

激光供能系統(tǒng)是一個創(chuàng)新的能量傳遞系統(tǒng)，憑借這個系統(tǒng)，激光光源發(fā)出的光通過光纖輸送到激光光伏電池上，即可以提供穩(wěn)定的電源輸出。相比傳統(tǒng)的金屬線或同軸電纜傳輸電力的技術(shù)，光纖傳導(dǎo)光繼而轉(zhuǎn)化為電的技術(shù)具有更多的優(yōu)點，其可以應(yīng)用在需要消除電磁干擾或需要將電子器件與周圍環(huán)境隔離的情況下；因此，其在無線電通信，工業(yè)傳感器，國防，航空，醫(yī)藥、能源等方向具有重要的應(yīng)用價值。激光光伏電池主要針對單色光源，因此可以獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。與太陽能電池不同的是，激光光伏電池以適合光纖傳輸?shù)牟ㄩL為790nm～850nm之間的激光為光源。

GaAs是III/V族化合物半導(dǎo)體材料，其在室溫下的禁帶寬度E_g為1.428eV，GaAs的PN結(jié)電池可以用于將波長為808nm～830nm之間的激光的能量轉(zhuǎn)換為電能，其可用作激光供能系統(tǒng)中的激光電池。但是GaAs電池的開路電壓只有1V，不能夠直接用于電子器件電路的電源。為了獲得更高的輸出電壓，現(xiàn)有技術(shù)中的激光光伏電池是通過將多個單結(jié)電池串聯(lián)的方式來實現(xiàn)；具體來說，通過刻蝕隔離槽的方式將電池芯片進行隔離，再通過引線將幾個子電池單元串聯(lián)以獲得高電壓輸出。但是，激光光伏電池的受光面應(yīng)與激光光斑的大小一致，隔離槽的個數(shù)越多將會導(dǎo)致電池的有效受光面積越小，不利于提高輸出電壓。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種光伏器件及其制備方法、以及一種多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，該光伏器件中的光伏電池為多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池(至少為雙結(jié))，從而可獲得較高的輸出電壓；同時，該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池在其制備過程中，無需刻蝕隔離槽，增大了有效受光面積。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，包括：襯底；在所述襯底上依次疊層設(shè)置的至少兩個GaAs子電池；以及，設(shè)置于兩相鄰所述GaAs子電池之間的遂穿結(jié)。

進一步地，所述襯底為導(dǎo)電GaAs。

進一步地，所述GaAs子電池包括按照遠離所述襯底的方向依次疊層設(shè)置的背場層、基區(qū)、發(fā)射區(qū)和窗口層；其中，所述背場層的材料選自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一種，所述基區(qū)的材料為GaAs，所述發(fā)射區(qū)的材料為GaAs，所述窗口層的材料選自Al_xGa_1-xAs或(Al)GaInP中的任意一種；在所述Al_xGa_1-xAs中x的取值范圍為0.2≤x＜1。

進一步地，所述遂穿結(jié)包括依次疊層設(shè)置的AlGaAs層、Ga_0.51In_0.49P層和勢壘層；其中，所述勢壘層的材料選自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一種。

進一步地，所述GaAs子電池的數(shù)目為2～6個。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種光伏器件，包括：多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，所述多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池包括：襯底；在所述襯底上依次疊層設(shè)置的至少兩個GaAs子電池；以及，設(shè)置于兩相鄰所述GaAs子電池之間的遂穿結(jié)；GaAs接觸層，設(shè)置在所述多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的遠離所述襯底的表面上；以及，正電極和負電極，分別對應(yīng)設(shè)置在所述GaAs接觸層上方和所述襯底下方。

進一步地，所述襯底為導(dǎo)電GaAs襯底；所述GaAs子電池包括按照遠離所述襯底的方向依次疊層設(shè)置的背場層、基區(qū)、發(fā)射區(qū)和窗口層；其中，所述背場層的材料選自AlGaAs或(Al)GaInP中的任意一種，所述基區(qū)的材料為GaAs，所述發(fā)射區(qū)的材料為GaAs，所述窗口層的材料選自Al_xGa_1-xAs或(Al)GaInP中的任意一種；在所述Al_xGa_1-xAs中x的取值范圍為0.2≤x＜1。

進一步地，所述遂穿結(jié)包括按照遠離或靠近所述襯底的方向依次疊層設(shè)置的AlGaAs層、Ga_0.51In_0.49P層和勢壘層；其中，所述勢壘層的材料選自AlGaAs或Al(Ga)InP中的任意一種。

進一步地，所述光伏器件還包括減反射層，所述減反射層設(shè)置在所述多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的遠離所述襯底的表面上；其中，所述減反射層的材料選自ZnSe/MgF減反射膜或TiO₂/SiO₂減反射膜中的任意一種；所述正電極和負電極的材料均包括按照遠離所述襯底的方向依次疊層設(shè)置的AuGe/Ni/Au材料 層、Ag材料層和Au材料層。

本發(fā)明的另一目的還在于提供一種光伏器件的制備方法，包括：第一GaAs子電池的制備：采用MOCVD或MBE法在襯底上生長第一GaAs子電池；第一隧道結(jié)的制備：采用MOCVD或MBE法在所述第一GaAs子電池上生長第一隧道結(jié)；第二GaAs子電池的制備：采用MOCVD或MBE法在所述第一隧道結(jié)上生長第二GaAs子電池；依次重復(fù)所述第一隧道結(jié)的制備和所述第二GaAs子電池的制備m次，m為自然數(shù)；直至獲得第Ψ隧道結(jié)及位于其上的第ΦGaAs子電池；所述Φ＝m+2，所述Ψ＝m+1；GaAs接觸層的制備：采用MOCVD或MBE法在所述第ΦGaAs子電池上生長GaAs接觸層作歐姆接觸；減反射層的制備：采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)或鍍膜機在所述GaAs接觸層上形成減反射層；正電極和負電極的制備：采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射的方法分別對應(yīng)在所述GaAs接觸層上方和所述襯底下方形成正電極和負電極。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池通過在襯底上疊層制備若干GaAs子電池(至少兩結(jié))，并利用遂穿結(jié)將所述若干GaAs子電池串聯(lián)起來，即可獲得較高的輸出電壓；也就是說，根據(jù)需要獲得的輸出電壓的大小，可以確定該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的結(jié)數(shù)，即其中GaAs子電池的個數(shù)；而無需通過刻蝕隔離槽的方式來獲得較高的輸出電壓，因此，不僅在制備過程中避免了隔離槽的刻蝕和填充工藝，有效簡化了制備工藝，而且增大了該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的有效受光面積，可以提高輸出電壓；

(2)本發(fā)明的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池所采用的襯底為導(dǎo)電GaAs襯底，一方面所述導(dǎo)電襯底可以改善該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的散熱，繼而降低其在工作時的溫度；另一方面，相比于現(xiàn)有技術(shù)中在非導(dǎo)電襯底上制備子電池的方案，本發(fā)明通過采用導(dǎo)電襯底，可在所述襯底上直接制備子電池，而無需預(yù)先制備導(dǎo)電層或遂穿結(jié)等其他結(jié)構(gòu)，因此避免了導(dǎo)電層或遂穿結(jié)等其他結(jié)構(gòu)的制備過程，工藝更為簡單、成本更加低廉；

(3)本發(fā)明的光伏器件中的負電極直接制備在多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的襯底之下，與制備在GaAs接觸層之上的正電極分別位于襯底不同的兩側(cè)，可大幅增加襯底與負電極之間的接觸面積；與現(xiàn)有技術(shù)中具有半絕緣襯底的光伏器件中正、負電極制作在襯底同側(cè)的情形相比，本發(fā)明的光伏器件有利于減小串聯(lián)電阻，提高填充因子；填充因子作為該光伏器件的最大功率與開路電壓 和短路電流乘積的比值，其值越高，表明該光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率就越高。

附圖說明

通過結(jié)合附圖進行的以下描述，本發(fā)明的實施例的上述和其它方面、特點和優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的光伏器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的第一GaAs子電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的第一遂穿結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的光伏器件的制備方法的步驟流程圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例2的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例2的第一遂穿結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下，將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號將始終被用于表示相同或相似的元件。

將理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件與另一個元件區(qū)分開來。

實施例1

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例1的光伏器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

參照圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例1的光伏器件包括多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1，設(shè)置在所述多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1上的GaAs接觸層21、 減反射層22，以及對應(yīng)分別設(shè)置在GaAs接觸層21的裸露表面上的正電極31和設(shè)置在該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1的裸露表面下的負電極32。在本實施例中，所述多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1為雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池。

具體地，參照圖2中多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池包括在襯底11上依次疊層設(shè)置的第一GaAs子電池121、第一遂穿結(jié)131以及第二GaAs子電池122。所述GaAs接觸層21和減反射層22即設(shè)置在第二GaAs子電池122遠離所述襯底11的表面上。也就是說，在本實施例中，第一GaAs子電池121是直接設(shè)置在所述襯底11上的，但本發(fā)明并不限制于此，在襯底11和第一GaAs子電池121之間還可設(shè)置有其他導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)層。

在本實施例中，襯底11的材料為N型GaAs，其為一導(dǎo)電襯底。該導(dǎo)電的襯底11有助于改善該雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的散熱，繼而降低該光伏器件在工作時的溫度；與此同時，本實施例通過采用導(dǎo)電的襯底11，即可將第一GaAs子電池121直接設(shè)置在所述襯底11上，而無需在其之間先制備導(dǎo)電層或遂穿結(jié)等其他結(jié)構(gòu)，避免了導(dǎo)電層或遂穿結(jié)等其他結(jié)構(gòu)的制備過程，可簡化制備工藝、降低制備成本。

更為具體地，第一GaAs子電池121和第二GaAs子電池122均包括按照遠離所述襯底11的方向依次疊層設(shè)置的背場層、基區(qū)、發(fā)射區(qū)和窗口層；也就是說，參照圖3所示，第一GaAs子電池121包括在襯底11上依次疊層設(shè)置的第一背場層1211、第一基區(qū)1212、第一發(fā)射區(qū)1213和第一窗口層1214，第二GaAs子電池122包括在第一遂穿結(jié)131上依次疊層設(shè)置的第二背場層、第二基區(qū)、第二發(fā)射區(qū)和第二窗口層。參照圖4所示，第一遂穿結(jié)131包括在第一GaAs子電池121上依次疊層設(shè)置的第一AlGaAs層1311、第一Ga_0.51In_0.49P層1312和第一勢壘層1313。

第一背場層1211和第二背場層的材料均為N型AlGaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的S；第一基區(qū)1212和第二基區(qū)的材料均為N型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Si；第一發(fā)射區(qū)1213和第二發(fā)射區(qū)的材料均為P型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的C；第一窗口層1214和第二窗口層的材料均為P型Al_xGa_1-xAs(0.2≤x＜1，本實施例中x的值優(yōu)選為0.5)，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Zn。第一窗口層1214可以阻止與其同位于第一GaAs子電池121中的第一基區(qū)1212中的光生電子向正電極31擴散。

第一AlGaAs層1311的材料為P⁺型AlGaAs，其中摻雜有濃度大于1×10¹⁹cm^-3的C；第一Ga_0.51In_0.49P層1312的材料為N⁺型Ga_0.51In_0.49P，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁹cm^-3的S；第一勢壘層1313的材料為N型AlGaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Si。

GaAs接觸層21的材料為P型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁹cm^-3的C，其用作歐姆接觸；減反射層22的材料為ZnSe/MgF減反射膜。

正電極31和負電極32的材料均包括依次疊層的厚度為35nm/10nm/100nm的AuGe/Ni/Au材料層、厚度為1μm的Ag材料層和厚度為100nm的Au材料層；也就是說，在正電極31中，AuGe/Ni/Au材料層、Ag材料層和Au材料層依次疊層于GaAs接觸層21的裸露表面上方；而在負電極32中，AuGe/Ni/Au材料層、Ag材料層和Au材料層依次疊層于該雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的襯底11的裸露表面下方。

以下將參照圖5對本實施例中的光伏器件的制備方法進行詳細的描述。

參照圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例1的光伏器件的制備方法包括如下步驟：

在步驟110中，在襯底11上制備第一GaAs子電池121。

具體地，在以導(dǎo)電的N型GaAs為材料的襯底11上逐層制備第一背場層1211、第一基區(qū)1212、第一發(fā)射區(qū)1213和第一窗口層1214，以形成第一GaAs子電池121。更為具體地，第一背場層1211的材料為N型AlGaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的S；第一基區(qū)1212的材料為N型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Si；第一發(fā)射區(qū)1213的材料為P型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的C；第一窗口層1214的材料為P型Al_xGa_1-xAs(0.2≤x＜1，本實施例中x的值優(yōu)選為0.5)，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Zn。導(dǎo)電的襯底11可起到改善整個雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的散熱的作用，繼而可降低包括該雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的光伏器件在工作時的溫度；而第一窗口層1214起到了阻止第一基區(qū)1212中的光生電子向正電極31擴散的作用。

在步驟120中，在第一GaAs子電池121上制備第一遂穿結(jié)131。

具體地，在第一窗口層1214上逐層制備第一AlGaAs層1311、第一Ga_0.51In_0.49P層1312和第一勢壘層1313。更為具體地，第一AlGaAs層1311的材料為P⁺型AlGaAs，其中摻雜有濃度大于1×10¹⁹cm^-3的C；第一Ga_0.51In_0.49P 層1312的材料為N⁺型Ga_0.51In_0.49P，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁹cm^-3的S；第一勢壘層1313的材料為N型AlGaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Si。

在步驟130中，在第一遂穿結(jié)131上制備第二GaAs子電池122。

具體地，參照步驟110中第一GaAs子電池121的制備方法，在第一勢壘層1313上逐層制備第二背場層、第二基區(qū)、第二發(fā)射區(qū)和第二窗口層，以形成第二GaAs子電池122。在第二GaAs子電池122中，第二背場層、第二基區(qū)、第二發(fā)射區(qū)和第二窗口層的材料均分別與第一背場層1211、第一基區(qū)1212、第一發(fā)射區(qū)1213和第一窗口層1214對應(yīng)相同。

如此，經(jīng)上述步驟110-130中在襯底11上依次進行的第一GaAs子電池121、第一遂穿結(jié)131以及第二GaAs子電池122的制備，即形成了雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池。

在步驟140中，在第二GaAs子電池122上制備GaAs接觸層21、減反射層22。

具體地，首先在第二窗口層上制備以P型高摻雜GaAs(其中摻雜有濃度約為1×10¹⁹cm^-3的C)為材料的GaAs接觸層21；然后采用干法刻蝕在GaAs接觸層21的裸露表面的指定區(qū)域進行刻蝕，直至露出第二窗口層；最后通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)在第二窗口層的裸露表面上制備以ZnSe/MgF減反射膜為材料的減反射層22。

在上述第一GaAs子電池121、第一遂穿結(jié)131、第二GaAs子電池122以及GaAs接觸層21的制備過程中，均采用金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)的方法。當(dāng)采用此方法時，各N型材料中的摻雜原子還可以是Se或Te，而各P型材料中的摻雜原子還可以是Mg。

在步驟150中，分別在GaAs接觸層21上和襯底11下制備正電極31和負電極32。

具體地，采用電子束蒸發(fā)法分別在GaAs接觸層21的裸露表面上和襯底11的裸露表面下逐層沉積厚度為35nm/10nm/100nm的AuGe/Ni/Au材料層、厚度為1μm的Ag材料層和厚度為100nm的Au材料層，以分別形成正電極31和負電極32。

本實施例通過利用第一遂穿結(jié)131將位于襯底11上的第一GaAs子電池121和第二GaAs子電池122進行串聯(lián)，形成雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池；并在該 雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池上設(shè)置GaAs接觸層21、減反射層22，以及正電極31和負電極32，即獲得了具有近似2V的輸出電壓的光伏器件。相比于現(xiàn)有技術(shù)中通過刻蝕隔離槽來獲得較高的輸出電壓的方法，本實施例的光伏器件在制備過程中無需刻蝕隔離槽，因此不僅增大了其中兩結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的有效受光面積，繼而提高輸出電壓；而且在制備過程中還避免了隔離槽的刻蝕和填充工藝，有效簡化了制備工藝。與此同時，本實施例的光伏器件中的負電極32直接制備在該雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的襯底11之下，其與GaAs接觸層21上的正電極31分別位于襯底11不同的兩側(cè)，不僅可大幅增加襯底11與負電極32之間的接觸面積，還有利于減小該光伏器件的串聯(lián)電阻，提高填充因子，繼而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。

實施例2

在實施例2的描述中，與實施例1的相同之處在此不再贅述，只描述與實施例1的不同之處。具體參照圖6，實施例2中的光伏器件與實施例1中的光伏器件的不同之處在于，本實施例中的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1包括六個GaAs子電池和位于其之間的五個遂穿結(jié)；也就是說，本實施例中的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1為六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，相比實施例1中的雙結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，還包括在第二GaAs子電池122上依次疊層設(shè)置的第二遂穿結(jié)132、第三GaAs子電池123、第三遂穿結(jié)133、第四GaAs子電池124、第四遂穿結(jié)134、第五GaAs子電池125、第五遂穿結(jié)135以及第六GaAs子電池126。其中，本實施例中的襯底11的材料為P型GaAs。

相應(yīng)地，GaAs接觸層21、減反射層22即設(shè)置在所述第六GaAs子電池126的裸露表面上。

與實施例1相類似的，在本實施例中，第一GaAs子電池121也是直接設(shè)置在所述襯底11上的，但本發(fā)明并不限制于此，在襯底11和第一GaAs子電池121之間還可設(shè)置有其他導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)層。

本實施例的以P型GaAs為材料的襯底11仍為一導(dǎo)電襯底，該導(dǎo)電襯底有助于改善該六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的散熱，繼而降低該光伏器件在工作時的溫度；與此同時，本實施例所采用的導(dǎo)電的襯底11，仍可保證將第一GaAs子電池121直接設(shè)置在所述襯底11上，而無需在其之間先制備導(dǎo)電層或遂穿結(jié)等其他結(jié)構(gòu)，避免了導(dǎo)電層或遂穿結(jié)等其他結(jié)構(gòu)的制備過程，可簡化制備工藝、降低制備成本。

具體地，與第一GaAs子電池121和第二GaAs子電池122相類似的，第三GaAs子電池123、第四GaAs子電池124、第五GaAs子電池125以及第六GaAs子電池126均包括按照遠離所述襯底11的方向依次疊層設(shè)置的背場層、基區(qū)、發(fā)射區(qū)和窗口層。也就是說，第三GaAs子電池123包括在第二遂穿結(jié)132上依次疊層設(shè)置的第三背場層、第三基區(qū)、第三發(fā)射區(qū)和第三窗口層；第四GaAs子電池124包括在第三遂穿結(jié)133上依次疊層設(shè)置的第四背場層、第四基區(qū)、第四發(fā)射區(qū)和第四窗口層；第五GaAs子電池125包括在第四遂穿結(jié)134上依次疊層設(shè)置的第五背場層、第五基區(qū)、第五發(fā)射區(qū)和第五窗口層；第六GaAs子電池126包括在第五遂穿結(jié)135上依次疊層設(shè)置的第六背場層、第六基區(qū)、第六發(fā)射區(qū)和第六窗口層。

第一背場層1211、第二背場層、第三背場層、第四背場層、第五背場層以及第六背場層的材料均為P型(Al)GaInP，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的C，本實施例中的(Al)GaInP均指AlGaInP或GaInP；第一基區(qū)1212、第二基區(qū)、第三基區(qū)、第四基區(qū)、第五基區(qū)以及第六基區(qū)的材料均為P型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Mg；第一發(fā)射區(qū)1213、第二發(fā)射區(qū)、第三發(fā)射區(qū)、第四發(fā)射區(qū)、第五發(fā)射區(qū)以及第六發(fā)射區(qū)的材料均為N型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Si；第一窗口層1214、第二窗口層、第三窗口層、第四窗口層、第五窗口層以及第六窗口層的材料均為N型(Al)GaInP，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁸cm^-3的Se，本實施例中的(Al)GaInP均指AlGaInP或GaInP。值得注意的是，每一窗口層均可以阻止與其位于同一GaAs子電池中的基區(qū)中的光生電子向正電極31擴散；也就是說，第一窗口層1214可以阻止第一基區(qū)1212中的光生電子向正電極31擴散，第二窗口層可以阻止第二基區(qū)中的光生電子向正電極31擴散，而第三窗口層也可以阻止第三基區(qū)的光生電子向正電極31擴散，第四窗口層以及第五窗口層同理。

第二遂穿結(jié)132、第三遂穿結(jié)133、第四遂穿結(jié)134以及第五遂穿結(jié)135的結(jié)構(gòu)均與第一遂穿結(jié)131的結(jié)構(gòu)相類似，均包括依次疊層設(shè)置的AlGaAs層、Ga_0.51In_0.49P層和勢壘層；即第一遂穿結(jié)131包括依次疊層設(shè)置的第一AlGaAs層1311、第一Ga_0.51In_0.49P層1312和第一勢壘層1313，第二遂穿結(jié)132包括依次疊層設(shè)置的第二AlGaAs層、第二Ga_0.51In_0.49P層和第二勢壘層，第三遂穿結(jié)133包括依次疊層設(shè)置的第三AlGaAs層、第三Ga_0.51In_0.49P層和第三勢壘層，第四遂穿結(jié)134包括依次疊層設(shè)置的第四AlGaAs層、第四Ga_0.51In_0.49P層和第四勢壘層，第五遂穿結(jié)135包括依次疊層設(shè)置的第五AlGaAs層、第五Ga_0.51In_0.49P 層和第五勢壘層。但值得注意的是，當(dāng)襯底11的材料為P型GaAs時，相比實施例1中的第一遂穿結(jié)131與第一GaAs子電池121之間的連接方式，本實施例中的第一遂穿結(jié)131、第二遂穿結(jié)132、第三遂穿結(jié)133、第四遂穿結(jié)134以及第五遂穿結(jié)135均呈反向連接。也就是說，具體參照圖7所示，第一勢壘層1313、第一Ga_0.51In_0.49P層1312和第一AlGaAs層1311依次疊層設(shè)置在第一GaAs子電池121上；而第二勢壘層、第二Ga_0.51In_0.49P層和第二AlGaAs層依次疊層設(shè)置在第二GaAs子電池122上；第三遂穿結(jié)133、第四遂穿結(jié)134以及第五遂穿結(jié)135分別與位于其下方的相應(yīng)的第三GaAs子電池123、第四GaAs子電池124以及第五GaAs子電池125的連接方式與此相類似。

本實施例中的第一勢壘層1313、第二勢壘層、第三勢壘層、第四勢壘層以及第五勢壘層的材料均為N型Al(Ga)InP。本實施例中的第一AlGaAs層1311、第二AlGaAs層、第三AlGaAs層、第四AlGaAs層以及第五AlGaAs層的材料均與實施例1中的第一AlGaAs層1311的材料相同；第一Ga_0.51In_0.49P層1312、第二Ga_0.51In_0.49P層、第三Ga_0.51In_0.49P層、第四Ga_0.51In_0.49P層以及第五Ga_0.51In_0.49P層的材料均與實施例1中的第一Ga_0.51In_0.49P層1312的材料相同。

GaAs接觸層21的材料為N型GaAs，其中摻雜有濃度約為1×10¹⁹cm^-3的Si，其用作歐姆接觸；減反射層22的材料為TiO₂/SiO₂減反射膜。

在本實施例中的第一GaAs子電池121、第一遂穿結(jié)131、第二GaAs子電池122、第二遂穿結(jié)132、第三GaAs子電池123、第三遂穿結(jié)133、第四GaAs子電池124、第四遂穿結(jié)134、第五GaAs子電池125、第五遂穿結(jié)135、第六GaAs子電池126以及GaAs接觸層21的制備過程中，均采用分子束外延(MBE)的方法。其余參照實施例1中的制備方法，按照本實施例中的光伏器件的結(jié)構(gòu)及材料的要求，逐層制備即可。

也就是說，本發(fā)明的光伏器件中多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的制備方法為：步驟一，在襯底11上制備第一GaAs子電池121；步驟二，在第一GaAs子電池121上制備第一遂穿結(jié)131；步驟三，在第一遂穿結(jié)131上制備第二GaAs子電池122；依次重復(fù)步驟二和步驟三m次，m為自然數(shù)(0、1、2、3、……)，直至得到第Ψ隧道結(jié)及位于其上的第ΦGaAs子電池；所述Φ＝m+2，所述Ψ＝m+1。在本實施例中，m的取值為4，則制備直至獲得第五隧道結(jié)135及位于其上的第六GaAs子電池126，也就是該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1為六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池。

當(dāng)多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1中各結(jié)構(gòu)層以及GaAs接觸層21采用本實施例中所述方法進行制備時，各N型材料中的摻雜原子還可以是Te，而各P型材料中的摻雜原子還可以是Be。

值得說明的是，在制備本實施例的光伏器件時，為保證激光光能的充分利用，并且滿足各GaAs子電池中產(chǎn)生的光電流相同的要求，需預(yù)先設(shè)計各GaAs子電池中吸收層的厚度，也就是各GaAs子電池中基區(qū)與發(fā)射區(qū)的總厚度。吸收層的厚度滿足下式：

其中，n為2、3、……、N，N為GaAs子電池的個數(shù)；d_n表示按照遠離襯底1方向的第(N+1-n)個GaAs子電池中吸收層的厚度。例如在本實施例中，d₆即第一GaAs子電池121中吸收層的厚度，d₅即第二GaAs子電池122中吸收層的厚度，依次類推，d₁為第六GaAs子電池126中吸收層的厚度。X表示該光伏器件所吸收的入射光的百分比；α表示吸收層所用材料的吸收系數(shù)，在本實施例中，α＝1μm^-1。

在保證該光伏器件吸收98％的入射光的前提下，可預(yù)先計算出各GaAs子電池中吸收層的近似厚度，結(jié)果如表1所示。

表1 各GaAs子電池中吸收層的近似厚度

在表1中，GaAs子電池的順序為按照遠離襯底11的方向排序，即“第1個”表示第一GaAs子電池121，以此類推。

在本實施例的光伏器件的制備過層中，采用濕法刻蝕在GaAs接觸層21的裸露表面的指定區(qū)域進行刻蝕，直至露出第六窗口層；再通過濺射方法在第六窗口層的裸露表面上制備減反射層22。而正電極31和負電極32的制備方法均采用熱蒸發(fā)法。但本發(fā)明并不限制于此，減反射層22的制備方法還可以是蒸發(fā)法等其他方法，而正電極31和負電極32的制備方法還可以是磁控濺射等其他方法。

本實施例的光伏器件中包含利用五個遂穿結(jié)將在襯底11上的六個GaAs子電池進行串聯(lián)形成的六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池，獲得了近似6V的輸出電壓；相比于現(xiàn)有技術(shù)中通過刻蝕隔離槽來獲得較高的輸出電壓的方法，本實施例的光伏器件在制備過程中無需刻蝕隔離槽，因此不僅增大了該六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的有效受光面積，繼而提高了輸出電壓；而且在制備過程中還避免了隔離槽的刻蝕和填充工藝，有效簡化了制備工藝。與此同時，本實施例的光伏器件中的負電極22直接制備在該六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的襯底11之下，其與GaAs接觸層21上的正電極31分別位于襯底11不同的兩側(cè)，不僅可大幅增加襯底11與負電極32之間的接觸面積，還有利于減小該六結(jié)GaAs疊層激光光伏電池的串聯(lián)電阻，提高填充因子，繼而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。

值得注意的是，當(dāng)多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1中的襯底11的材料選自N型GaAs或P型GaAs時，相應(yīng)地，每個GaAs子電池中的背場層、基區(qū)、發(fā)射區(qū)以及窗口層的材料的N型或P型需進行相應(yīng)的調(diào)整；同時，每個遂穿結(jié)中的AlGaAs層、Ga_0.51In_0.49P層以及勢壘層的疊層順序也需進行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)襯底11的材料為N型GaAs時，每個GaAs子電池中各結(jié)構(gòu)層的材料選擇以及每個遂穿結(jié)中各結(jié)構(gòu)層的疊層順序參照實施例1中所述；而當(dāng)襯底11的材料為P型GaAs時，每個GaAs子電池中各結(jié)構(gòu)層的材料選擇以及每個遂穿結(jié)中各結(jié)構(gòu)層的疊層順序參照實施例2中所述。

當(dāng)然，本發(fā)明的光伏器件中的多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1并不限于實施例1和實施例2中的雙結(jié)和六結(jié)，其至少為雙結(jié)，在制備該光伏器件的過程中，可根據(jù)實際使用中所需要的輸出電壓的大小，來確定多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1的具體結(jié)數(shù)，即該多結(jié)GaAs疊層激光光伏電池1中GaAs子電池的個數(shù)。

雖然已經(jīng)參照特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和細節(jié)上的各種變化。