[發明專利]一種含有II型異質結窗口層的太陽電池

有效

• 申請號: 201310614613.X
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103633181A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 陸宏波;張瑋;周大勇;李欣益;孫利杰;陳開建
• 申請（專利權）人: 上?？臻g電源研究所
• 主分類號: H01L31/072
• 分類號: H01L31/072;H01L31/0304
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張靜潔;賈慧琴

技術領域

本發明涉及一種太陽電池，具體地，涉及一種含有II型異質結窗口層的太陽電池。

背景技術

太陽電池可將太陽能直接轉換為電能，是當前利用綠色能源的最有效方式之一。III-V族半導體太陽電池相較于傳統的硅太陽電池，其轉換效率高、抗輻照能力強、溫度特性好等優點，被公認為是新一代高性能長壽命空間主電源，已在航天領域得到廣泛應用。隨著化合物半導體生長技術(如金屬有機化合物汽相外延——MOCVD)?的不斷進步，III-V族太陽電池的效率得到了很大提高，多結太陽電池效率已經超過34%。如何進一步提升III-V族太陽電池的轉換效率成為當前研究熱點。窗口層的引入在發射區表面形成了良好的鈍化界面，提高了短路電流密度，同時提高了開路電壓，并且窗口層需要選擇帶隙大于發射區的材料。當前為了提高太陽電池轉換效率，人們把目光瞄準了超高帶隙半導體，隨之而來的問題是難以找到合適的帶隙更寬的材料作為窗口層。

發明內容

本發明的目的是提供一種異質結太陽電池，選用能與發射區材料形成II型異質結的半導體材料作為寬帶隙太陽電池的窗口層，防止在界面處形成載流子輸運的勢壘。?

為了達到上述目的，本發明提供了一種含有II型異質結窗口層的太陽電池，其中，該太陽電池采用能與發射區材料形成II型異質結的半導體材料作為寬帶隙太陽電池的窗口層，窗口層厚度為10~50nm,?發射區厚度為40~100nm。

上述的含有II型異質結窗口層的太陽電池，其中，所述的窗口層采用n型的GaAsP。

上述的含有II型異質結窗口層的太陽電池，其中，所述的發射區采用n型AlGaInP。

本發明提供的含有II型異質結窗口層的太陽電池具有以下優點：

本發明采用的結構能解決超寬帶隙太陽電池中的窗口層材料選擇問題，為多結高效太陽電池的研制提高了保障。

附圖說明

圖1為本發明的含有II型異質結窗口層的太陽電池的實施例1結構示意圖。

圖2為I型異質結示意圖。

圖3為II型異質結示意圖。

圖4為傳統太陽電池中窗口層與發射區形成的I型異質結能帶圖。

圖5為超寬帶隙太陽電池中所需的II型異質結能帶圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步地說明。

本發明提供的含有II型異質結窗口層的太陽電池，采用能與發射區材料形成II型異質結的半導體材料作為寬帶隙太陽電池的窗口層。

窗口層采用n型的GaAsP（磷砷鎵），窗口層厚度為10~50nm。

發射區采用n型AlGaInP（鋁鎵銦磷），發射區厚度為40~100nm。

實施例1

如圖1所示，以單結太陽電池為例，本發明的異質結太陽電池包括GaAs（砷化鎵）緩沖層1，AlGaInP背場2，AlGaInP有源層3，AlGaInP發射區4，GaAsP窗口層5，GaAs帽子層6。窗口層厚度為40nm，發射區厚度為80nm。該結構采用低壓金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）設備在n型GaAs襯底上生長。

傳統的窗口層一般選用帶隙比發射區材料帶隙稍大的材料作為窗口層，一來不會吸收可利用的光照，二來對發射區形成了良好的鈍化作用。少數載流子在發射區與窗口層界面處的傳輸主要基于量子隧穿作用。當發射區材料的帶隙越來越大時，選擇符合以上條件的材料作為窗口層變得越來越困難。根據組成異質結的兩種材料的能帶匹配情況，可以把異質結分為兩類，圖2所示為I型，即帶隙較小材料的導帶底和價帶頂均位于較大帶隙材料的禁帶內；圖3為II型，即帶隙較小材料的導帶底位于帶隙較大材料的禁帶內，而價帶頂位于禁帶之下。當前太陽電池中窗口層與發射區形成的異質結大都是I型結構，形成的能帶結構如圖4所示，電子在導帶處通過隧穿效應傳輸，空穴在價帶處通過擴散作用傳輸。當發射區材料的帶隙增大時，要實現窗口層的功能就需要采用II型異質結結構了。II型異質結能帶圖如圖5所示，從圖中可以看出，在這種結構的異質結中，電子在導帶處通過擴散作用傳輸，空穴在價帶處也是通過擴散作用傳輸，異質結界面處不存在勢壘，從而有利于載流子的輸運。

本發明提供的含有II型異質結窗口層的太陽電池，能解決超寬帶隙太陽電池中的窗口層材料選擇問題，為多結高效太陽電池的研制提高了保障。

盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。