[发明专利]异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

In_xGa_1-xN禁带宽度在0.7eV~3.4eV(对应波长354nm~1720nm)内可调，是未来实现全光谱太阳电池的重要潜在材料。然而，由于高In组分InGaN的P型掺杂困难以及单结电池的效率限制，使得基于InGaN基多结和较高In组分的P-N结电池仍难以实现。考虑到InGaN的In组分可连续调整，基于其渐变结构的太阳能电池备受关注。

传统基于InGaN有源区设计思想的太阳电池制备方法，简要步骤如图1，包括：步骤100，在衬底205表面依次生长缓冲层204、N型GaN层203，形成结构如图2A；步骤101，在N型GaN层203表面生长晶格失配的有源区202，形成结构如图2B；步骤102，随后在有源区202表面生长顶层P型GaN层201，形成结构如图2C；步骤103，制作电流扩展层206，淀积金属，制作P型层电极207与N型层电极210，形成结构如图2D。如图1、图2A、图2B、图2C和图2D所示，按此方法，在InGaN的有源区202的生长过程中直接生长与N型和P型GaN层晶格常数差别较大的材料，由于晶格失配度高，当生长较厚有源区时因为应力释放的原因会出现大量的失配位错，如图2C中的位错208所示，从而降低材料的结晶质量进而影响太阳电池的性能。同时，由于有源区与N型和P型GaN层之间的材料相差较大，故接触的势垒较高，如传统失配体系太阳电池能带结构简图，即图5A，这不利于载流子的输运，会降低太阳电池的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供异质结太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种异质结太阳能电池，包括一具有第一导电类型的第一薄膜，以及在第一薄膜表面依次设置的一有源区及一具有第二导电类型的第二薄膜，所述第一薄膜与有源区之间还包括一与第一薄膜相异质的具有第一导电类型的接触层，第一薄膜、第二薄膜分别与有源区相异质，有源区为渐变层结构。

所述的异质结太阳能电池，进一步包括一衬底以及一电流扩展层，所述第一薄膜设置在衬底表面，所述电流扩展层设置在第二薄膜表面。

有源区的材料为In_xGa_1-xN，x的范围为0至0.2，且有源区中x的按照远离衬底方向从0.2渐变至0。

所述接触层的材料为InGaN或InGaN。

所述第一薄膜和第二薄膜的材料均为GaN。

所述的异质结太阳能电池，进一步包括一缓冲层，置于衬底与第一薄膜之间。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种如上述的一种异质结太阳能电池的制备方法，包括步骤：

1）在第一薄膜裸露表面生长与第一薄膜相异质且同导电类型的接触层；

2）在接触层裸露表面外延生长具有渐变结构的有源区；

3）在有源区裸露表面生长与有源区相异质的第二薄膜层，且第一薄膜与第二薄膜的导电类型相反。

所述步骤1）之前进一步包括步骤：提供一衬底，在衬底表面生长第一薄膜；所述步骤3）之后进一步包括步骤：在第二薄膜裸露表面生长电流扩展层。

所述步骤2）中有源区的生长均采用组分线性变化生长或组分突变生长。

所述在衬底表面生长第一薄膜的步骤，进一步包括步骤：在衬底表面生长一缓冲层，后在缓冲层表面生长第一薄膜。

本发明提供异质结太阳能电池及其制备方法，优点在于：

本发明对蓝宝石衬底表面InGaN/GaN异质结的太阳电池器件制备方法做出了创新，能在临界厚度范围内获得合理厚度的有源区，避免晶格失配产生的材料缺陷带来的载流子复合损失；采用N型InGaN接触层，降低其与In_xGa_1-xN有源区的势垒高度，提高载流子的输运效率；同时还可以覆盖更宽的太阳光谱，提高了太阳电池的光电性能和效率。

附图说明

图1是传统异质失配体系太阳电池制备的方法流程图；

图2A至2D是传统异质失配体系太阳电池器件制备的工艺步骤流程图；

图3是本发明提供的异质结太阳能电池制备方法第二具体实施例的方法流程图；

图4A至4E是本发明提供的异质结太阳能电池制备第二具体实施例的工艺步骤流程图；

图5A 是传统失配体系太阳电池能带结构简图；

图5B是本发明提供的异质结太阳能电池的能带结构简图。