激光光伏电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种激光光伏电池及其制作方法，特别是涉及一种背电极技术的激光光伏电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]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790nm-850nm波长的激光。
[0003]GaAsPN结电池可以用于将808nm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IV，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GaAsPN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。由于传统激光光伏器件中从正面引出下电极，下电极接触层中电荷的长距离横向传输导致串联电阻较大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的提供一种激光光伏电池及其制作方法，其可有效解决电极从正面引出导致串联电阻大的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]本申请公开一种激光光伏电池，包括半绝缘衬底以及依次形成于所述半绝缘衬底上的导电层、势垒层、PN结、窗口层和接触层，所述的接触层上形成有上电极，所述的半绝缘衬底沿竖直方向贯穿形成有下电极窗口，下电极窗口与导电层的底面接触，所述导电层暴露于所述下电极窗口内的底面上设有下电极。
[0007]优选的，在上述的激光光伏电池中，所述的半绝缘衬底为GaAs衬底。
[0008]优选的，在上述的激光光伏电池中，所述的下电极覆盖于所述导电层暴露于所述下电极窗口的底面。
[0009]优选的，在上述的激光光伏电池中，所述的导电层为P型GaAs导电层；所述的势垒层为P型AlGaAs或(Al)GaInP势垒层；所述的PN结包括P型GaAs吸收层和N型GaAs吸收层；所述的窗口层为N型AlGaAs或(Al)GaInP窗口层；所述的接触层为N型GaAs接触层。
[0010]所述的(Al)GaInP 是指 GaInP 或 AlGalnP。
[0011]优选的，在上述的激光光伏电池中，所述的半绝缘衬底和导电层之间还形成有AlAs腐蚀阻挡层。
[0012]优选的，在上述的激光光伏电池中，所述AlAs腐蚀阻挡层和半绝缘衬底之间还形成有GaAs缓冲层。
[0013]相应地，本申请还公开了一种激光光伏电池的制作方法，包括步骤:
[0014]S1、在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；
[0015]S2、在GaAs缓冲层上生长AlAs腐蚀阻挡层；
[0016]S3、在AlAs腐蚀阻挡层上生长P型掺杂浓度lX1018cm_3以上的GaAs导电层，并在该P型GaAs导电层上生长掺杂浓度I X 118CnT3以上的P型AlGaAs或(Al)GaInP势垒层；
[0017]S4、在P型AlGaAs或(Al)GaInP势垒层上依次生长P型GaAs吸收层和N型GaAs吸收层形成PN结；
[0018]S5、在PN结上生长掺杂浓度在lX1018cm_3以上的N型窗口层，所述N型窗口层由AlxGa1^xAs (X 彡 0.2)或 Gaa51Ina49P 组成；
[0019]S6、在上述N型窗口层上生长掺杂浓度在5 X 118CnT3以上的N型GaAs接触层用作欧姆接触；
[0020]S7、在由所述步骤SI至S6形成的光伏电池基体上加工形成隔离槽、制作上电极、在半绝缘衬底背面腐蚀下电极窗口、制作下电极，制得目标产品。
[0021]优选的，在上述的激光光伏电池的制作方法中，所述的步骤S7中，依次刻蚀半绝缘衬底、GaAs缓冲层、AlAs腐蚀阻挡层，直至露出P型导电层形成下电极窗口，而后再经下电极窗口于P型导电层上制备下电极。
[0022]优选的，在上述的激光光伏电池的制作方法中，所述的步骤S7中，采用将未分布在上电极下方的接触层去除，通过化学气相淀积技术或镀膜机制备ZnSe / MgF或T12 /S12减反射膜。
[0023]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0024]1.本发明设计的于背电极技术的激光光伏电池通过有几个单元串联可产生高达数伏的输出电压。
[0025]2.本发明设计于背电极技术的激光光伏电池有效地解决了传统激光光伏器件中从正面引出下电极导致串联电阻大的问题。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本发明一较佳实施例中激光光伏电池基体的剖面结构示意图；
[0028]图2是本发明一较佳实施例中激光光伏电池中隔离槽的剖面结构示意图；
[0029]图3是本发明一较佳实施例中激光光伏电池的剖面结构示意图；
[0030]图4是本发明一较佳实施例中激光光伏电池上电极结构示意图；
[0031]图5是本发明一较佳实施例中电绝缘热沉上的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]考虑到现有技术中的诸多不足，如何减小串联电阻、增加激光电池的转换效率，并解决相应的生产技术具有重大意义。
[0033]为此，本发明提供了激光光伏电池及其制作工艺。该光伏电池的特点在于:该光伏电池系GaAs的PN结电池，在衬底背面进行腐蚀形成下电极窗口。
[0034]进一步的讲，该激光光伏电池包括半绝缘衬底以及依次形成于所述半绝缘衬底上的导电层、势垒层、PN结、窗口层和接触层，所述的接触层上形成有上电极，所述的半绝缘衬底沿竖直方向贯穿形成有下电极窗口，下电极窗口与导电层的底面接触，所述导电层暴露于所述下电极窗口内的底面上设有下电极。
[0035]前述激光光伏电池的制作方法包括下列步骤:
[0036]S1、在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；
[0037]S2、在GaAs缓冲层上生长AlAs腐蚀阻挡层；
[0038]S3、在AlAs腐蚀阻挡层上生长P型掺杂浓度lX1018cm_3以上的GaAs导电层，并在该P型GaAs导电层上生长掺杂浓度I X 118CnT3以上的P型AlGaAs或(Al)GaInP势垒层；
[0039]S4、在P型AlGaAs或(Al)GaInP势垒层上依次生长P型GaAs吸收层和N型GaAs吸收层形成PN结；
[0040]S5、在PN结上生长掺杂浓度在lX1018cm_3以上的N型窗口层，所述N型窗口层由AlxGa1^xAs (X 彡 0.2)或 Gaa51Ina49P 组成；
[0041]S6、在上述N型窗口层上生长掺杂浓度在5 X 118CnT3以上的N型GaAs接触层用作欧姆接触；
[0042]S7、在由所述步骤SI至S6形成的光伏电池基体上加工形成隔离槽、制作上电极、在半绝缘衬底背面腐蚀下电极窗口、制作下电极，制得目标产品。
[0043]该光伏电池中的各层是采用MOCVD或MBE方法生长形成的，其中MOCVD的N型掺杂原子为S1、Se、S或Te，P型掺杂原子为Zn、Mg或C ；MBE的N型掺杂原子为S1、Se、S或Te，P型掺杂原子为Be、Mg或C
[0044]前述步骤(7)中通过干法或湿法刻蚀依次刻蚀N型接触层、N型窗口层、PN结、P型势垒层、P型导电层、AlAs腐蚀阻挡层和GaAs缓冲层(如果有)，直至露出半绝缘GaAs衬底的方式于光伏电池基结构中形成隔离槽以电学隔离光伏电池器件的各子单元，而后在该隔离槽中填充绝缘材料。
[0045]前述步骤(7)中通过干法或湿法刻蚀工艺依次刻蚀衬底、GaAs缓冲层(如果有)、AlAs腐蚀阻挡层，直至在衬底背部露出P型导电层形成正电极欧姆接触窗口的方式，而后再经下电极窗口于P型导电层上制备下电极，该下电极延伸至衬底背部固定位置，在N型接触层上制备上电极。
[0046]前述下电极、上电极是通过电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射分别在N型接触层和P型导电层上沉积一层或多层金属并退火形成欧姆接触而制成的。进一步的，在N型接触层形成前述上电极之后，还将未分布在该金属电极正下方的接触层去除，通过化学气相淀积技术或镀膜机制备ZnSe / MgF或T12 / S12减反射膜。
[0047]前述电池芯片与制作好适当电极图形的电绝缘热沉上的相应电极对准键合，再按一定的次