[發(fā)明專利]異質結太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210203828.8
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102738290A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設計）人: 鄭新和;吳淵淵;張東炎;李雪飛;陸書龍;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/0735
• 分類號: H01L31/0735;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤;翟羽

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能電池領域，尤其涉及異質結太陽能電池及其制備方法。

背景技術

In_xGa_1-xN禁帶寬度在0.7eV~3.4eV(對應波長354nm~1720nm)內可調，是未來實現(xiàn)全光譜太陽電池的重要潛在材料。然而，由于高In組分InGaN的P型摻雜困難以及單結電池的效率限制，使得基于InGaN基多結和較高In組分的P-N結電池仍難以實現(xiàn)。考慮到InGaN的In組分可連續(xù)調整，基于其漸變結構的太陽能電池備受關注。

傳統(tǒng)基于InGaN有源區(qū)設計思想的太陽電池制備方法，簡要步驟如圖1，包括：步驟100，在襯底205表面依次生長緩沖層204、N型GaN層203，形成結構如圖2A；步驟101，在N型GaN層203表面生長晶格失配的有源區(qū)202，形成結構如圖2B；步驟102，隨后在有源區(qū)202表面生長頂層P型GaN層201，形成結構如圖2C；步驟103，制作電流擴展層206，淀積金屬，制作P型層電極207與N型層電極210，形成結構如圖2D。如圖1、圖2A、圖2B、圖2C和圖2D所示，按此方法，在InGaN的有源區(qū)202的生長過程中直接生長與N型和P型GaN層晶格常數(shù)差別較大的材料，由于晶格失配度高，當生長較厚有源區(qū)時因為應力釋放的原因會出現(xiàn)大量的失配位錯，如圖2C中的位錯208所示，從而降低材料的結晶質量進而影響太陽電池的性能。同時，由于有源區(qū)與N型和P型GaN層之間的材料相差較大，故接觸的勢壘較高，如傳統(tǒng)失配體系太陽電池能帶結構簡圖，即圖5A，這不利于載流子的輸運，會降低太陽電池的效率。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供異質結太陽能電池及其制備方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種異質結太陽能電池，包括一具有第一導電類型的第一薄膜，以及在第一薄膜表面依次設置的一有源區(qū)及一具有第二導電類型的第二薄膜，所述第一薄膜與有源區(qū)之間還包括一與第一薄膜相異質的具有第一導電類型的接觸層，第一薄膜、第二薄膜分別與有源區(qū)相異質，有源區(qū)為漸變層結構。

所述的異質結太陽能電池，進一步包括一襯底以及一電流擴展層，所述第一薄膜設置在襯底表面，所述電流擴展層設置在第二薄膜表面。

有源區(qū)的材料為In_xGa_1-xN，x的范圍為0至0.2，且有源區(qū)中x的按照遠離襯底方向從0.2漸變至0。

所述接觸層的材料為InGaN或InGaN。

所述第一薄膜和第二薄膜的材料均為GaN。

所述的異質結太陽能電池，進一步包括一緩沖層，置于襯底與第一薄膜之間。

為了解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種如上述的一種異質結太陽能電池的制備方法，包括步驟：

1）在第一薄膜裸露表面生長與第一薄膜相異質且同導電類型的接觸層；

2）在接觸層裸露表面外延生長具有漸變結構的有源區(qū)；

3）在有源區(qū)裸露表面生長與有源區(qū)相異質的第二薄膜層，且第一薄膜與第二薄膜的導電類型相反。

所述步驟1）之前進一步包括步驟：提供一襯底，在襯底表面生長第一薄膜；所述步驟3）之后進一步包括步驟：在第二薄膜裸露表面生長電流擴展層。

所述步驟2）中有源區(qū)的生長均采用組分線性變化生長或組分突變生長。

所述在襯底表面生長第一薄膜的步驟，進一步包括步驟：在襯底表面生長一緩沖層，后在緩沖層表面生長第一薄膜。

本發(fā)明提供異質結太陽能電池及其制備方法，優(yōu)點在于：

本發(fā)明對藍寶石襯底表面InGaN/GaN異質結的太陽電池器件制備方法做出了創(chuàng)新，能在臨界厚度范圍內獲得合理厚度的有源區(qū)，避免晶格失配產(chǎn)生的材料缺陷帶來的載流子復合損失；采用N型InGaN接觸層，降低其與In_xGa_1-xN有源區(qū)的勢壘高度，提高載流子的輸運效率；同時還可以覆蓋更寬的太陽光譜，提高了太陽電池的光電性能和效率。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)異質失配體系太陽電池制備的方法流程圖；

圖2A至2D是傳統(tǒng)異質失配體系太陽電池器件制備的工藝步驟流程圖；

圖3是本發(fā)明提供的異質結太陽能電池制備方法第二具體實施例的方法流程圖；

圖4A至4E是本發(fā)明提供的異質結太陽能電池制備第二具體實施例的工藝步驟流程圖；

圖5A?是傳統(tǒng)失配體系太陽電池能帶結構簡圖；

圖5B是本發(fā)明提供的異質結太陽能電池的能帶結構簡圖。