[發明專利]一種InGaN太陽能電池外延片及其制備方法

無效

• 申請號: 201110274962.2
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102290458A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 李述體;張康
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/075;H01L31/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件技術領域，特別是涉及一種InGaN太陽能電池及其制備方法。

背景技術

近年來，以GaN、InGaN為代表的Ⅲ族氮化物太陽能電池成為人們研究的熱點。研究表明，InN的禁帶寬度為0.7eV，這意味著通過調節In_xGa_1-xN三元合金中的InN組分，其對應的吸收光譜的波長幾乎完整地覆蓋了整個太陽光譜。由于In組分的連續可調，能夠達到設計的理想禁帶寬度組合，而易獲得更高的轉換效率，多結InGaN電池光電轉換效率最高可達太陽能電池的最大轉化效率72%。

現有的InGaN太陽能電池基本都是單結的，即吸收層只有一個，如一層未摻雜InGaN層或InGaN/GaN量子阱。InGaN太陽能電池主要是普通的P-I-N結構，如圖6所示，一般包括襯底、緩沖層、n型層、吸收層、p型層。其中襯底材料可采用藍寶石、SiC、Si、GaN等。吸收層可以采用一定厚度的非故意摻雜的InGaN層，也可采用InGaN/GaN量子阱結構。雖然InGaN帶邊吸收強烈，但是其吸收譜卻很窄，采用一定厚度的非故意摻雜的InGaN層，或采用InGaN/GaN量子阱結構，只能在較窄的光波范圍產生較強的吸收。要提高太陽能電池效率最佳的結構是生長多結太陽能電池，需要生長In組分不同的多結結構，使其在較寬的光波范圍產生較強吸收。然而，由于高In組分InGaN制備困難，且多結結構很復雜，需要在結與結之間生長高載流子濃度的隧穿結，其生長難度較大，容易形成很多缺陷，導致暗電流過大等不利影響。

發明內容

本發明的一個目的是克服現有技術的不足，提供一種太陽能電池外延片，從而提高InGaN基太陽能電池外延片性的能。

本發明的另一個目的是提供所述外延片的制備方法。

本發明的第一個發明目的通過以下技術方案來予以實現：

提供一種InGaN太陽能電池外延片，所述外延片的結構從下至上依次為襯底、緩沖層、n型層、吸收層Ⅰ、吸收層Ⅱ和p型層。襯底與n型層可根據現有技術生長一低溫緩沖層。

優選地，所述緩沖層和n型層之間還可以包括一層未摻雜GaN層。

最好的是，所述吸收層Ⅰ為InGaN/GaN量子阱層結構，為多量子阱，周期范圍為8~15。

最好的是，所述吸收層Ⅱ為未摻雜的InGaN層。

本發明外延片在量子阱吸收層Ⅰ后生長未摻雜的InGaN吸收層Ⅱ，所述吸收層Ⅱ的In組分可以比量子阱的低，也可以比量子阱的高。這樣的發明設計，一方面，由于增加了未摻雜的InGaN吸收層Ⅱ，可以拓寬吸收譜的寬度，從而增加太陽能電池量子效率；另一方面，吸收層Ⅱ增加了吸收層的厚度從而增加了對光子的吸收，提高太陽能電池的整體光電轉換效率。

所采用的吸收層Ⅱ，如果吸收譜能夠與量子阱的吸收譜剛好匹配的話就能夠達到接近多結太陽能電池的光電轉換效率，而且其暗電流等性能參數與單結太陽能電池相當。總體來說增加的吸收層Ⅱ都是可以增加光電轉換效率，從而提升電池性能的

最好的是，所述吸收層Ⅱ中In組分一般為0.01~0.5。

最好的是，生長的吸收層Ⅱ的In組分可以是恒定的也可以是漸變的，恒定的生長較容易，但是其吸收譜寬度恒定，而漸變的生長難度大，但是晶格匹配更好。

最好的是，所述吸收層Ⅱ厚度一般為3nm~100nm。

最好的是，所述吸收層Ⅱ生長完成后可以有GaN?覆蓋層，也可以沒有GaN?覆蓋層。

最好的是，所述襯底為藍寶石襯底或硅襯底。

最好的是，本發明外延片n型層優選n型GaN：si層。

最好的是，所述p型層為p型GaN:Mg層，或p型AlGaN:Mg層和GaN:Mg層。

本發明的第二個發明目的是提供一種具有雙吸收層的InGaN太陽能電池的制備方法，采用MOCVD設備制備所述外延片，包括以下步驟：

（1）在1000℃在氫氣氛圍下烘烤襯底10分鐘；

（2）降溫至480℃，在襯底上生長厚度為30nm的GaN低溫度緩沖層；

（3）在1000℃的溫度下，在襯底上生長n型層；

（4）將溫度降至650℃～780℃，生長量子阱吸收層Ⅰ；

（5）溫度650℃～780℃，生長未摻雜的InGaN吸收層Ⅱ；

（6）溫度升至800℃～1000℃，生長p型層即制備得到所述外延片。