Полупроводниковый фотоэлемент Советский патент 1981 года по МПК H01L31/02 

Изобрет.ение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к преобразователям солнечной энергии в электрическую.

Известны фотоэлементы на основе гетеропереходов lnGctAs-рАб . As с постоянной шириной запрещенной зоны твердых растворов. В этих фотоэлементах не используется часть солнечного излучения с энергией большей ширины запрещенной зоны твердого раствора, так как это излучение, поглощаясь в приповерхностном слое, не доходит до р-П-перехода и не дает вклад в фототок.

Цель изобретения - увеличение коэффициента полезного действия преобразователя солнечной энергии в электрическую.

Это достигается путем использования твердых растворов AIv а. As с градиентом концентрации алюминия в интервале от О до 50 ат.% на 1 мкм толщины слоя в направлении, перпендикулярном плоскости р-И-гетероперехода.

На фиг.1 и фиг.2 представлены зонные модели гетероперехода h GaAs-pAl Ga. As с уменьшением и увеличением концентрации алюминия к облучаемой поверхности фотоэлемента.

Фотоэлемент состоит из двух частей: арсенида галлия Ц -типа проводимости и твердого раствора AlyGa As р-типа проводимости, соединенных в одном монокристалле. Благодаря близости параметров решетки арсенида галлия и A) в этом гетеропереходе отсутствуют дефекты на границе раздела,что позволяет осу- , ществить контакт этих материалов с близким к единице коэффициентом разделения носителей в гетеропереходе. Разрьш зон приходится на зону проводимости, а разрыв в валентной зо.не, препятствующий разделению неос,новны Г носителей тока из арсенида галлия, отсутствует. Ширина запрещенной зоны в первом .варианте (фиг.1) уменьшается, а во -втором (фиг. 2.)--увеличивается к облу)чаемой повёрхйоёти фотоэлемента в соответствии с ум йьшением-или увеличением концентрации

алюминия.

Из требования стабильности работы фотоэлемента и технологичности его изготовления следует, что минимально допустимая толщина слоя твердого раствора составляет I мкм, максимально возможный интервал изменения концентрации алюминия Б твердом растворе 50 ат.%. Поэтому предел величины градиента концентрации алюминия в направлении, перпендикулярном плоскости р-И-гетероперехода, устанавливают равным 50 ат.% на 1 мкм толщины слоя.

Данная структура может быть изготовлена путем выращивания на подложке VI-типа арсенида галлия твердых растворов A1}( р-типа из раствора мышьяка в расплаве галлий + + алюминий + акцепторная примесь, причем в процессе кристаллизации необходимо осуществлять плавное изменение концентрации алюминия.

Гетерофотоэлемент облучается со стороны р Свет с энергией, меньшей Eq (фиг.1), проходит без поглощения через слой твердого раствора, поглощается в у GaAs и генерирует электронно-дырчатые пары. При этом неосновные носители тока (дырки) разделяются полем р-И-гетероперехода и создают фото-ЭДС. Свет

С энергией фотонов, большей Eqn, поглощается в поверхностном слое и также генерирует пары носителей тока.

По первому варианту (фиг-.) эти пары рекомбинируют с излучением света с энергией ll 1) Ео2.Часть этого излучения проходит без существенного поглощения через твердый , благодаря наличию градиента ширины запрещающей зоны и эффективно поглощается в ИGaAs, давая дополнительный вклад в фото-ЗДС,

По второму варианту (фиг.2) градиент ширины запрещенной зоны создает тянущее электрическое поле, увеличивающее эффективную диффузионную длину смещения неосновных носителей тока генерированных вблизи поверхности фотоэлемента. Поэтому электроны доходят до р-уггетероперехода беч существенной рекомбинации и, разделяясь полем перехода, дают дополнительный вклад в фото-ЭДС.

Формула изобретения

Полупроводниковый фотоэлемент ия основе гетероперехода Vi GaAs-pAljj Ga As, отличающийся тем,что, с целью увеличения коэффицента полезного действия, твердый ратвор имеет градиент концентрации алюминия в направлении, перпендикулярном плоскости гетероперехода в интервале 0-50 ат.% на 1 мкм.

Af.

У.

Af,

f.

9,