[發明專利]InGaN/Si雙結太陽能電池

有效

• 申請號: 201210246805.5
• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102751368A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 張啟明;王帥;高鵬;王保民;劉如彬;孫強;穆杰
• 申請（專利權）人: 天津藍天太陽科技有限公司;中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/0224
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，特別是涉及一種InGaN/Si雙結太陽能電池。

背景技術

目前公知的能源都是不可再生的，經過多年的開采之后，這些能源的儲量都在一天天地減少，而且使用后會造成嚴重的環境問題，于是人們對太陽能這種取之不盡用之不竭的綠色能源越來越重視，長期以來，都在孜孜不倦地尋找太陽能高轉換效率的材料。近年來，以GaN及InGaN，AlGaN為代表的第三代半導體材料——Ⅲ族氮化物是人們研究的熱點，它主要應用于光電器件和高溫、高頻、大功率器件。2002年的研究結果表明，InN的禁帶寬度不是之前報道的1.89eV而是0.7eV，這就意味著通過調節InGaN材料中In組分，可使其禁帶寬度從3.4eV（GaN）到0.7eV（InN）連續可調，也就是其對應吸收光譜的波長從紫外部分（365nm）可以一直延伸到近紅外部分（1770nm），幾乎完整地覆蓋了整個太陽光譜，除此之外，還有吸收系數高、電子遷移率高、抗輻射能力強等優點，于是InGaN材料在太陽能電池領域中的應用引起了人們的密切關注。

藍寶石和碳化硅襯底是目前生長InGaN使用最多的材料，使用藍寶石襯底的制備工藝已經很成熟了，但是其硬度高、導電及導熱差，限制了InGaN器件的性能；碳化硅襯底相比藍寶石襯底具有更優良的性能，但其價格昂貴，限制了它的應用；而硅襯底不僅硬度和價格低，而且具有易解理、易得到大面積高質量商業化襯底以及硅基器件易于集成，帶隙為1.12eV等優點，被認為是最有希望取代以上兩種襯底生長InGaN的一種理想材料，但是硅襯底存在晶格失配和熱膨脹失配的問題。

經過檢索發現，人們開始研究如何采用Si襯底生長InGaN材料制備太陽能電池，并克服晶格失配和熱膨脹失配的問題。如：申請號為200810240351.4，名稱為“p-i-n型InGaN量子點太陽能電池結構及其制作方法”的發明專利，結構包括：一襯底，其上依次為低溫氮化鎵成核層、非有意摻雜氮化鎵緩沖層、n型摻雜In_xGa_1-xN層、非摻雜i層In_yGa_1-yN量子點結構和p型摻雜In_xGa_1-xN層；申請號為201110300096.X，名稱為“含有超晶格結構的p-i-n型InGaN太陽電池”的發明專利，結構包括：一襯底，其上依次為高溫AlN成核層、非有意摻雜氮化鎵緩沖層、n型摻雜GaN層、InGaN/GaN超晶格和p型摻雜GaN層，而且p型GaN層表面有Ni/Au電極，n型GaN層表面有Al/Au電極。

上述檢索到的專利均采用Si作為襯底制備InGaN系太陽能電池，解決了晶格失配和熱膨脹失配的問題，但由于增加了外延工藝的復雜度，降低了電池的總轉換效率，提高了生產成本。

發明內容

本發明為解決現有技術存在的問題，提供了一種易于制備、總轉換效率高、抗輻射能力強、使用壽命長，并且生產成本低的一種InGaN/Si雙結太陽能電池。

本發明InGaN/Si雙結太陽能電池采用如下技術方案：

一種InGaN/Si雙結太陽能電池，包括n-Si襯底，n-Si襯底上面自下至上依次有AlN成核層、GaN緩沖層、Si摻雜的n-In_xGa_1-xN層、Mg摻雜的p-In_xGa_1-xN層和正電極，其特點是：所述AlN成核層和n-Si襯底之間制有p-Si層，p-Si層與n-Si襯底形成Si底電池；所述Mg摻雜的p-In_xGa_1-xN層上面蒸鍍有半透明電流擴展層；負電極蒸鍍于n-Si襯底的下面。

本發明InGaN/Si雙結太陽能電池還可以采用如下技術措施：

所述的半透明電流擴展層為ITO薄膜；半透明電流擴展層上光刻出正電極區域，半透明電流擴展層的其余部分被光刻膠保護形成保護區；所述正電極蒸鍍于正電極區域。

所述的正電極為自下至上蒸鍍成一體、厚度為20nm/60nm的Ni/Au電極。

所述的負電極為自上至下蒸鍍成一體、厚度為15nm/15nm/400nm的Ti/Pd/Ag電極。

所述的正電極區域的深度為50-100nm。

本發明具有的優點和積極效果：