光伏与LED集成器件制造技术

本实用新型专利技术提供一种光伏与LED集成器件，包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。第一电极层和第二电极层分别连接储能器件的两极。该集成器件利用共用硅材料层，将光伏与LED高度集成于一体，具有减少太阳能发电能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能发电和LED整体系统发光利用效率等特点，应用前景十分广泛。

Photovoltaic and LED Integrated Devices

The utility model provides a photovoltaic and LED integrated device, which comprises a first electrode layer, a PN-type silicon material layer, a nitride luminescent material layer and a second electrode layer. The first electrode layer and the second electrode layer are respectively connected to the two poles of the energy storage device. The integrated device uses common silicon material layer to integrate photovoltaic and LED. It has the characteristics of reducing energy loss of solar power generation, reducing cost, improving system reliability, and improving the light-emitting efficiency of solar power generation and LED overall system. It has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
光伏与LED集成器件
本技术属于半导体领域，具体涉及一种光伏与LED集成器件。
技术介绍
晶硅电池作为太阳能发电运用最为广泛的光伏电池种类，在市场应用中占据超过90％的份额。目前单晶硅电池中的异质结HIT电池的实验室光电转换效率最高达到25.6％，量产单晶硅HIT异质结光伏电池的转换效率也可达到22.0％。而且HIT异质结电池的加工工艺所需要的温度也是很低的，只有200℃左右。这对于集成器件的工艺来说是很有益的。总而言之，单晶硅太阳能电池具有很高的技术和市场的成熟度，是首选的太阳能电池类型。对于GaNLED来说，一般情况下都是在蓝宝石或SiC基底外延GaN层作为LED发光器件，在上述的基底上得到的GaNLED发光效率高，成本高，其中LED芯片成本约占50％。采用单晶硅为GaN的外延基底可以有效降低成本达一个数量级，具有较好的商业化前景。专利技术人在实现本技术实施例的过程中发现现有技术存在以下技术问题：通常情况下，太阳能与LED的组合应用是将太阳能光伏组件和LED机械地通过连接线结合在一起达到光电转换的目的，但是这种装置的集成度低，系统的有效能量转换效率会由于电能在连接线等结合处损失而显著降低。
技术实现思路
鉴于此，本技术实施例提供一种光伏与LED集成器件，包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。该光伏与LED集成器件，以硅材料为基底，将LED组件中的氮化物发光材料与晶硅电池的PN型硅材料层层叠，从而实现光伏与LED器件的高度集成。由于PN型硅材料具有低价格、大尺寸、易剥离、电导率和热导率比较高等优点，且硅材料的加工工艺和集成技术已经相当成熟，使得硅材料作为有氮化物发光材料的衬底易于大规模集成应用。此外，本技术的光伏与LED集成器件可将多波段的太阳能光谱直接转换为单波段光，有效地提高了系统的发光转换效率。根据本技术的具体实施例，光伏与LED集成器件还可以包括储能器件，第一电极层和第二电极层分别连接储能器件的两极。当光伏与LED集成器件吸收太阳光后，PN型硅材料层产生电子及空穴，同时分离空穴与电子形成电压降，将太阳能转化为电能，再通过第一电极层和第二电极层连接的储能器件将电能转化为化学能储存起来。当需要使用LED照明时，储能器件通过第一电极层和第二电极层给有氮化物发光材料供电，使其发光。根据本技术的具体实施例，所述氮化物发光材料层包括GaN、AlN、InN、InGaN或AlGaN。氮化物发光材料为Ⅲ/Ⅴ族氮化物发光材料，是继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料。Ⅲ/Ⅴ氮化物发光材料包括GaN、AlN、InN、InGaN和AlGaN等，其具有1.9～6.2eV连续可变的直接带隙，覆盖了从紫外到远红外的发光波长，且具有优异的物理、化学稳定性、高饱和电子迁移率等特点，在蓝、绿和紫外波段的光电子器件的应用方面性能较佳，特别是在蓝、绿光发光二极管方面性能较佳。根据本技术的具体实施例，所述氮化物发光材料层呈点状或带状，并且均匀层叠于所述PN型硅材料层的表面。点状或带状发光材料层层叠于PN型硅材料层的表面形成分立的氮化物发光材料平台，可以通过缓冲释放材料层中的张力和应力，从而可以获得高质量无龟裂的硅材料层及氮化物发光材料层。点状或带状发光材料层也可以根据不同的应用场景而设定点光源或线光源。根据本技术的具体实施例，所述氮化物发光材料层具有发光通道，以将发光材料发出的光线透出。根据本技术的具体实施例，所述第二电极层具有通孔。氮化物发光材料层透过通孔将光线发出。通孔的大小、数量、形状可以进行改变和组合，以提供更佳的使用效果和产品的美观。根据本技术的具体实施例，所述PN型硅材料层的硅材料为单晶硅。本技术的光伏与LED集成器件的实施例中，利用共用硅材料层将光伏与LED集成于一体，具有减少太阳能发电能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能发电和LED整体系统发光利用效率等特点，是一种高效的能源转换系统。此外，该集成器件进一步提升了便携性，扩大了太阳能在微型发光器件领域的应用范围，应用前景十分广泛。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例一以及实施例二的光伏与LED集成器件的结构图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。现有技术的太阳能与LED的组合应用是将太阳能光伏组件和LED机械地通过连接线结合在一起达到光电转换的目的，但是这种装置的集成度低，系统的有效能量转换效率会由于电能在连接线等结合处损失而大大降低。为了解决上述问题，本技术实施例提供一种光伏与LED集成器件，包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。该光伏与LED集成器件，以硅材料为基底，将LED组件中的氮化物发光材料与晶硅电池的PN型硅材料层层叠，从而实现光伏与LED器件的高度集成。下面采用具体实施例对本技术上述实施例的技术方案进行详细说明。实施例一图1为本实施例的光伏与LED集成器件结构图。如图1所示的光伏与LED集成器件，包括依次层叠的第一电极层11、PN型硅材料层20、氮化物发光材料层30和第二电极层12。该器件还包括储能器件，第一电极层11和第二电极层12分别连接在储能器件的两极。氮化物发光材料层30的材料可以是GaN、AlN、InN、InGaN或AlGaN。氮化物发光材料层30可以呈点状或带状，并且均匀层叠于所述PN型硅材料层20的表面。氮化物发光材料层30具有发光通道，以将发光材料发出的光线透出。第二电极层12具有通孔121。PN型硅材料层20的硅材料可以为单晶硅，以满足LED在晶硅上异质外延GaN等LED发光材料的要求。本领域技术人员可以采用常规的晶硅光伏电池的制备工艺，包括表面制绒，SiN减反膜，金属银浆制备的上电极栅线等形式，此处不再赘述。本实施例中，氮化物发光材料层30的材料选用GaN。晶硅光伏电池的背面不做任何工艺加工，以作为GaN的外延衬底材料。在PN型硅材料层20的晶硅基底上异质外延GaN的工艺相对比较成熟，可以大幅度降低LED的制造成本，虽然由于异质外延GaN体内的缺陷，在发光效率方面会有所降低。通常情况下，GaN薄膜通过金属氧化物化学气相沉积MOCVD获得，最后通过激光在GaN材料上打孔得到发光通道。第一电极层11或第二电极层12可以是金属材料或者氧化物导电薄膜。针对晶硅电池面积吸光面积有限的问题，可以在晶硅电池的表面增加聚光装置，以提高光电转换效率，进而提高LED的发光亮度。本技术的光伏与LED集成器件的实施例中，利用共用硅材料层将光伏与LED集成于一体，具有减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光伏与LED集成器件，其特征在于：包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。

【技术特征摘要】
1.光伏与LED集成器件，其特征在于：包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。2.根据权利要求1所述的光伏与LED集成器件，其特征在于：还包括储能器件，所述第一电极层和所述第二电极层分别连接所述储能器件的两极。3.根据权利要求1所述的光伏与LED集成器件，其特征在于：所述氮化物发光材料层...

【专利技术属性】
技术研发人员：何嵩，张彬彬，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建,35