[发明专利]含Bi热光伏电池的结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种含Bi的热光伏电池的结构及其制备方法。

背景技术

热光伏电池(TPV)是将高温热发射体发出的红外辐射能通过半导体材料直接转化为电能的一种电池。早在1956年，美国麻省理工大学(MIT)的H.H.Kolm博士就设计制造出了一个应用硅电池的热光伏系统，并推断出其理论输出功率可达到1W。1989年，GaSb太阳能电池的研制使得热光伏系统的优越性得到了进一步验证，使得基于III-V化合物的热光伏电池也逐渐发展了起来。20世纪末，G.D.Cody曾做出推断，对工作在1000～1800℃的红外发射体，禁带宽度在0.25～0.5eV的材料能使热光伏电池获得最高工作效率和最大功率密度。GaSb等III-V族半导体材料具有较低的禁带宽度，适合作为制备热光伏电池的材料。目前，对III-V族半导体材料热光伏电池的研究主要集中在GaSb电池、InGaAsSb/GaSb电池、InGaAs/InP电池和InAsSbP/InAs电池等。GaSb材料体系主要存在价格昂贵，均匀性差的问题。与GaSb材料相比，晶格匹配的In_0.53Ga_0.47As/InP材料具有更好的晶体质量，但由于其禁带宽度约为0.73eV转换效率比较低。与InP衬底晶格失配的InGaAs材料的禁带宽度达0.5～0.6eV，甚至更低，但随着失配程度的增加，也会引入更多的失配缺陷。虽在InP衬底上生长一层InAsP材料做为缓冲层，可以实现晶格常数的过渡，实现无残余应力的InGaAs材料，但是，InGaAs内的位错密度在10⁶/cm²限制了器件的性能。

发明内容

针对现有热光伏电池的不足，本发明的目的之一在于提出一种新型的热光伏电池器件，能有效提高转化效率。

为达到上述目的，本发明提供一种含Bi热光伏电池的结构，包括生长在InP衬底上并与所述InP衬底晶格匹配的In_xGa_1-xAs_1-yBi_y电池，所述In_xGa_1-xAs_1-yBi_y电池的禁带宽度为0.21～0.73eV。

优选地，所述In_xGa_1-xAs_1-yBi_y电池为单结电池结构，包括按照远离所述InP衬底方向依次生长的InP缓冲层、In_xGa_1-xAs_1-yBi_y子电池及欧姆接触层。

优选地，所述In_xGa_1-xAs_1-yBi_y子电池包括按照远离所述InP衬底方向依次生长的InP背场层、In_xGa_1-xAs_1-yBi_y基区、In_xGa_1-xAs_1-yBi_y发射区、InP窗口层。

优选地，所述In_xGa_1-xAs_1-yBi_y电池为双结电池结构，包括按照远离所述InP衬底的方向依次生长的InP缓冲层、第一In_xGa_1-xAs_1-yBi_y子电池、隧道结、第二In_xGa_1-xAs_1-yBi_y子电池以及欧姆接触层；所述第一In_xGa_1-xAs_1-yBi_y子电池的禁带宽度小于第二In_xGa_1-xAs_1-yBi_y子电池的禁带宽度。