带隙变化的太阳能电池制造技术

一种改进的多量子阱太阳能电池能够通过确保每一量子阱薄层的带隙与其它这样的层相比是不均一的来实现。通过改变在连续形成的量子阱内的至少两种II族～VI族元素的含量，和/或改变连续的量子阱层的厚度而产生的带隙的渐变提供了跨越可利用的太阳能光谱的较大范围的吸收的增加。

Band gap solar cells

An improved multi quantum well solar cell can be achieved by ensuring that each band of quantum well thin layers is inhomogeneous compared to other such layers. Through the change of at least two II ~ in quantum well continuous formation inside the content of VI elements, and / or change the continuous quantum well layer thickness and band gap gradient provides a larger range across the solar spectrum can be used to increase the absorption of the.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带隙变化的太阳能电池
本专利技术涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种并入了多量子阱的太阳能电池设计。
技术介绍
半导体太阳能电池(诸如氮化铟镓(InGaN)电池)具有改进现有的太阳能捕获技术的效率的潜力。由于InGaN可调节的直接带隙，它尤其表现出作为太阳能电池半导体材料的巨大潜力，随着在InxGa1-xN层中的铟含量在0.0～1.0的范围内改变，该可调节的直接带隙可以在大约0.67eV～大约3.4eV的范围内变化，从而InGaN显示出几乎跨越整个太阳光谱的吸收。InGaN具有进一步有用的特性，诸如高载流子迁移率、高饱和速度以及对高温和辐射的较好抗性。通常，在形成这样的太阳能电池时，GaN层将用作基底或下面的外延层，使相对高铟含量的InGaN层在该GaN层上生长以能够实现期望的吸收效率。该途径的一个问题是由于InxGa1-xN和GaN之间的巨大的晶格失配所产生的高应力，能够导致不期望的结果，诸如相分离和错配位错。这样使得在实际中相对厚的InGaN层的生长成为一困难的途径，该相对厚的InGaN层对增加太阳能的吸收是有用的。一种已经被提出的方案是在结构内使用多量子阱(MQW)。每一量子阱(QW)是显示出低带隙的非常薄的半导体材料层，且被夹在两个较高带隙的阻挡层之间。当处理半导体材料时，诸如InGaN，其具有高光学吸收系数且因此非常薄的材料层可以提供足够水平的吸收，使用多量子阱是切实可行的途径。例如，使用这些InGaN的低维度多量子阱使得能够形成与较厚的InGaN层相比高质量的晶体层，从而使夹层应力和相分离大大降低，同时提供量子化能级的进一步优点。但是，迄今为止，在太阳能电池中使用多量子阱的现有技术的实例已经患有小于最佳光吸收以及显著的与极化相关的电荷之不足，从而导致太阳光能向电能的相对低的能量转换。美国专利申请号2011/0220190提出在太阳能电池中使用渐变的缓冲层(gradedbufferlayer)，该分级缓冲层可以包括InGaAs、GaAs、AlGaAs、InGaP、AlGaInP和AlGaInAs。这些材料用于III-V族(多结)太阳能电池，其中V族元素是As和/或P。美国专利申请号2011/0197956记载了使用包括无定形SiGe层，或作为过渡层的a-Si和μc-Si的混合层，或a-Si和多-Si的混合层的多层或在大的带隙光吸收层(诸如a-Si)和小的带隙光吸收层(诸如c-Si)之间的隧道结(tunnellingjunction)。该专利申请仔细考虑了过渡层可以具有逐渐改变的带隙，该逐渐改变的带隙例如是通过在膜形成过程中持续改变在加工气体(processgas)中的氢含量从而改变Si层的结晶度来实现的。例如，具有a-Si的层(结晶度＝0％)逐渐改变成μc-Si(结晶度＝60～100％)。US2009/0255580记载了在量子点太阳能电池中使用不同尺寸的量子点。由于不同的结构，量子点太阳能电池和量子阱太阳能电池在工业中是分别处理的，这意味着对比的图是不可靠的。因此，该文件对于非量子点太阳能电池提供很少的帮助。WO2000/077861记载了一种装置，包括许多不同波长选择性的有源层，这些有源层设置在具有单调降低的带隙的垂直堆叠中。带隙在每一层内保持相同，同时在下面的随后的层中带隙降低。分别在每一层的侧面发生接触。该文件提到将这些薄膜层结构用于可能的太阳能应用中，但主要强调了图像应用。该文件提到使用具有超宽带隙的半导体或绝缘体的量子阱不能够出现跨越堆叠中的层的必需的欧姆接触。因此，该文件没有提供对于上述问题的令人满意的方案。需要一种太阳能电池，该太阳能电池能够利用多量子阱的优点，同时改进光吸收，且因此改进总效率。
技术实现思路
以一种宽泛的形式，本专利技术存在于(residein)一种太阳能电池，该太阳能电池包括多量子阱有源区，其中，每一量子阱层的组成均与相邻的或连续的量子阱层(consecutivequantumwelllayer)的组成不同。在第一方面，虽然不需要是仅有的或事实上最宽泛的形式，但本专利技术存在于一种太阳能电池，该太阳能电池包括：(a)第一连结层(junctionlayer)；(b)第二连结层；以及(c)在所述第一连结层和所述第二连结层之间的有源区，所述有源区包括多个量子阱层，所述多个量子阱层的每一量子阱层被夹在阻挡层之间，其中，连续的量子阱层由于层厚度的改变和/或它们具有不同组成的至少一种它们的构成元素而具有不同的带隙值。优选地，随着远离在使用中太阳光将入射到其上的所述太阳能电池的表面，连续的量子阱层的带隙降低。适当地，所述构成元素可为至少两种II族～VI族元素。当所述构成元素是II族元素时，它可选自由锌、镁、铍和镉组成的组。当所述构成元素是III族元素时，它可选自由硼、铝、镓和铟组成的组。当所述构成元素是IV族元素时，它可选自由碳、硅、锗和钛组成的组。当所述构成元素是V族元素时，它可选自由氮、磷、砷和锑组成的组。当所述构成元素是VI族元素时，它可选自由氧、碲、硒和硫组成的组。邻近的量子阱层可出现不同的量子化能量水平。优选地，随着进一步远离在使用中太阳光入射到其上的所述太阳能电池的范围，在连续的量子阱层中的至少一种II族～VI族元素的含量增加。应理解，虽然随着进一步远离在使用中太阳光入射到其上的所述太阳能电池的范围，在连续的量子阱层中的一种II族～VI族元素的含量增加，但另一种II族～VI族元素的含量可减少。例如，如果量子阱层由InGaN组成，那么随着进一步远离在使用中太阳光入射到其上的所述太阳能电池的范围，铟含量可增加而镓含量减少。因此，保持II族～VI族元素的总平衡。可选择或组合地，随着进一步远离在使用中太阳光入射到其上的所述太阳能电池的范围，连续的量子阱层的厚度减小。在一个实施方式中，各个量子阱层的组成在各自遍及的范围内基本恒定。在可替代的实施方式中，当从与一个邻近的阻挡层接触的区域向与另一个邻近的阻挡层接触的区域前进穿过所述量子阱层时，所述各个量子阱层的组成可以持续的方式改变。在部分连续的量子阱层的元素组成之间可以重叠，但应理解，随着远离在使用中最靠近入射太阳光的量子阱层，总的趋势是在连续的量子阱层中至少一种构成元素的相对含量将增加，而相关或伴随的元素的相对含量将减少，这样，量子阱层的带隙随着它们进一步远离面向太阳的层而降低。适当地，量子阱层包括两种或多种构成元素，且这些元素的至少两种的相对含量在不同层之间发生变化。优选地，在量子阱层之间含量不同的至少一种构成元素是III族元素，选自由铟、铝和镓组成的组。更优选地，在量子阱层之间含量不同的III族元素是铟。形成量子阱层的材料优选是II族～VI族的氮化物、砷化物或磷化物。优选地，形成量子阱层的材料是III族的氮化物、砷化物或磷化物。更优选地，形成量子阱层的材料选自由氮化铟镓、氮化铝铟镓、氮化铟铝、氮化铝镓、砷化铟镓、氮化铟镓砷、氮化铝铟镓砷、磷化铟镓、磷化铟镓砷、磷化铟砷、砷化铟铝和砷化铟铝镓组成的组。甚至更优选地，形成量子阱层的材料时氮化铟镓。在优选的实施方式中，其中，量子阱层由氮化铟镓形成，具有最高带隙且位于太阳能电池最靠近适于接收太阳光的表面的一端的量子阱层是具有最低铟含量的量子阱层。适当地，每一量子阱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，包括：(a)第一连结层；(b)第二连结层；以及(c)在所述第一连结层和所述第二连结层之间的有源区，所述有源区包括多个量子阱层，所述多个量子阱层的每一量子阱层被夹在阻挡层之间，并且形成各量子阱层的材料独立地是III族的氮化物，其中，由于层的厚度变化和/或它们的构成元素中的至少一种构成元素具有不同组成，连续的量子阱层具有不同的带隙值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.23 AU 20119039441.一种太阳能电池，包括：(a)第一连结层；(b)第二连结层；以及(c)在所述第一连结层和所述第二连结层之间的有源区，所述有源区包括多个量子阱层，所述多个量子阱层的每一量子阱层被夹在阻挡层之间，并且形成各量子阱层的材料独立地是III族的氮化物，其中，由于层的厚度变化和/或它们的构成元素中的至少一种构成元素具有不同组成，连续的量子阱层具有不同的带隙值。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，随着远离在使用中太阳光将会入射到其上的太阳能电池的表面，连续的量子阱层的带隙降低。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述构成元素选自由铝、镓、铟和氮组成的组。4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，随着进一步远离在使用中太阳光入射到其上的所述太阳能电池的范围，连续的量子阱层中的至少一种构成元素的含量增加。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，随着进一步远离在使用中太阳光入射到其上的所述太阳能电池的范围，连续的量子阱层的厚度减小。6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，各个量子阱层的组成在各自遍及的范围内基本恒定。7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，当从与一个邻近的阻挡层接触的区域向与下一个邻近的阻挡层接触的区域前进穿过所述量子阱层时，各个量子阱层的组成以持续的方式变化。8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，变化的是至少两种III族元素的相对含量，所述III族元素选自由铟、铝和镓组成的组。9.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，形成所述量子阱层的III族的氮化物材料选自由氮化铟镓、氮化铝铟镓、氮化铟铝和氮化铝镓组成的组。10.根据权利要求9所述的太阳能电池，其中，所述量子阱层包括氮化铟镓，且在连续的量子阱层之间，铟含量和镓含量是变化的。11.根据权利要求10所述的太阳能电池，其中，具有最高带隙且位于所述太阳能电池最靠近适于接收太阳光的表面的一端的量子阱层是具有最低铟含量的量子阱层。12.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，每一量子阱层的厚度为1nm～5nm。13.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层包括选自由氮化镓、氮化铝、氮化铟镓、氮化铟铝和氮化铝铟镓组成的组中的材料。14.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述阻挡层被选择为使所述阻挡层的带隙高于被夹在中间的所述量子阱层的带隙。15.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述太...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨蒂亚纳拉扬·巴利克，
申请(专利权)人：盖利姆企业私人有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU