[發(fā)明專利]硅電池上生長氮鎵銦系的三結(jié)太陽能電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310335019.7
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN104347747A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張啟明;王帥;高鵬;吳艷梅;劉如彬;孫強;肖志斌
• 申請（專利權(quán)）人: 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(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種硅電池上生長氮鎵銦系的三結(jié)太陽能電池。

背景技術(shù)

公知的能源都是不可再生的，經(jīng)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(huán)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(zhuǎn)換效率的材料。近年來，以GaN及InGaN，AlGaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料—Ⅲ族氮化物是人們研究的熱點，它主要應(yīng)用于光電器件和高溫、高頻、大功率器件。2002年的研究結(jié)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(diào)節(jié)InGaN材料中In組分，可使其禁帶寬度從3.4eV（GaN）到0.7eV（InN）連續(xù)可調(diào)，也就是其對應(yīng)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(shù)高、電子遷移率高、抗輻射能力強等優(yōu)點，于是InGaN材料在太陽能電池領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了人們的密切關(guān)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(jīng)很成熟了，但是其硬度高、導(dǎo)電及導(dǎo)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(yōu)良的性能，但其價格昂貴，限制了它的應(yīng)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(zhì)量商業(yè)化襯底以及硅基器件易于集成，帶隙為1.12eV等優(yōu)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(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，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?zhí)枮?00810240351.4，名稱為“p-i-n型InGaN量子點太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制作方法”的發(fā)明專利，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和p型摻雜In_xGa_l-xN層；申請?zhí)枮?01110300096.X，名稱為“含有超晶格結(jié)構(gòu)的p-i-n型InGaN太陽電池”的發(fā)明專利，結(jié)構(gòu)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；申請?zhí)枮?01210246805.5，名稱為“InGaN/Si雙結(jié)太陽能電池”的發(fā)明專利，結(jié)構(gòu)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、半透明電流擴展層和正電極；申請?zhí)枮?01210246406.9，名稱為“一種InGaN/Si雙結(jié)太陽能電池的制備方法”的實用新型專利，結(jié)構(gòu)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、半透明電流擴展層和正電極。

上述檢索到的專利申請均采用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，但前兩個由于增加了外延工藝的復(fù)雜度，降低了電池的總轉(zhuǎn)換效率，提高了生產(chǎn)成本；后兩個為兩結(jié)太陽能電池，并不能充分利用太陽光譜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供了一種易于制備、生產(chǎn)成本低、能夠充分利用太陽光譜、總轉(zhuǎn)換效率高、抗輻射能力強、使用壽命長的硅電池上生長氮鎵銦系的三結(jié)太陽能電池。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：