一种太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池包括n型氮化物半电池，还包括p型钙钛矿半电池，p型钙钛矿半电池设置于n型氮化物半电池上，n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池构成异质结。该太阳能电池通过n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池构成异质结，避免在太阳能电池中生长p型氮化物半导体层，从而降低了该太阳能电池的制备难度，同时，p型钙钛矿半电池中钙钛矿材料的光吸收系数强，载流子迁移距离长，相对于氮化物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池的结合能够拓宽整个太阳能电池对太阳光各波段的吸收范围，从而进一步提高了太阳能电池的光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，具体地，涉及一种太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
氮化物太阳能电池如GaN电池和InxGa1-xN电池。GaN为宽禁带半导体材料，禁带宽度3.4ev，只能吸收蓝紫光。InxGa1-xN的禁带宽度为0.64-3.4eV，几乎覆盖整个太阳光波段，而受到人们的关注，但是在制备高In组分InGaN的合金材料时容易出现铟聚集的“铟滴”析出，所以难以制备高In组分的氮化物薄膜。氮化物太阳能电池的p型氮化物半导体层在外延生长过程中，一般采用Mg等元素进行掺杂，生长较为困难，p型重掺杂GaN更是难以制备。钙钛矿太阳能电池是发展最为迅速的一类太阳能电池，钙钛矿太阳能电池禁带宽度1.2-2.3eV可调，钙钛矿材料禁带宽度较窄，无法实现对太阳光各波段的吸收。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池通过n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池构成异质结，避免在太阳能电池中生长p型氮化物半导体层，从而降低了该太阳能电池的制备难度，同时，p型钙钛矿半电池中钙钛矿材料的光吸收系数强，载流子迁移距离长，相对于氮化物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池的结合能够拓宽整个太阳能电池对太阳光各波段的吸收范围，从而进一步提高了太阳能电池的光电转化效率。本专利技术提供一种太阳能电池，包括n型氮化物半电池，还包括p型钙钛矿半电池，所述p型钙钛矿半电池设置于所述n型氮化物半电池上，所述n型氮化物半电池和所述p型钙钛矿半电池构成异质结。优选地，所述n型氮化物半电池包括单晶衬底、n型氮化镓层、应力释放层和量子阱层，沿远离所述衬底的方向，所述n型氮化镓层、所述应力释放层和所述量子阱层依次叠置。优选地，所述p型钙钛矿半电池包括钙钛矿吸收层和空穴传输层，沿远离所述衬底的方向，所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层依次叠置于所述量子阱层上。优选地，所述n型氮化镓层中形成有贯穿其厚度的穿透位错，所述应力释放层中对应在所述穿透位错的正上方形成有V型凹槽，所述V型凹槽还向远离所述衬底的方向延伸至贯通所述量子阱层；所述钙钛矿吸收层覆盖所述量子阱层，且所述钙钛矿吸收层材料充满所述V型凹槽。优选地，所述V型凹槽的开口尺寸范围为0～1μm；所述V型凹槽的深度尺寸范围为0～1μm。优选地，所述量子阱层包括由InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层相互叠置构成的叠层单元，其中，0<x<0.5。优选地，所述叠层单元的数量为10～100个。本专利技术还提供一种上述太阳能电池的制备方法，包括制备n型氮化物半电池，还包括在所述n型氮化物半电池上制备p型钙钛矿半电池。优选地，所述制备n型氮化物半电池包括：将单晶衬底在200～1000℃下通入氢气进行清洗；在所述衬底上生长n型氮化镓层，同时所述n型氮化镓层与所述衬底之间的应力作用在所述n型氮化镓层中生成贯穿其厚度的穿透位错；其中，所述n型氮化镓层的生长温度范围为900～1100℃，所述n型氮化镓层n型掺杂的掺杂浓度范围为1×1017cm-3～1×1019cm-3；在所述n型氮化镓层上生长应力释放层，同时所述n型氮化镓层与所述衬底之间的应力作用在所述应力释放层中形成V型凹槽；在所述应力释放层上生长量子阱层，同时所述n型氮化镓层与所述衬底之间的应力作用使所述V型凹槽延伸至贯通所述量子阱层；在N2和NH3或者H2和NH3混合气体氛围中退火烤掉部分所述V型凹槽斜面上的所述量子阱层材料；其中退火温度范围为700℃～1200℃；将制备形成的所述n型氮化物半电池冷却至室温。优选地，所述制备p型钙钛矿半电池包括：在冷却至室温的所述n型氮化物半电池的所述量子阱层上旋涂PbI2的DMF溶液，自然晾干；再在所述量子阱层上旋涂CH3NH3I的异丙醇溶液，在150℃下退火30分钟，形成钙钛矿吸收层；取重均分子量50000g/mol，规整度大于95％的P3HT，溶于1,2-二氯苯溶液中，溶液浓度5mg/ml，将所述溶液旋涂在所述钙钛矿吸收层上，形成空穴传输层。本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的太阳能电池，通过n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池构成异质结，避免在太阳能电池中生长p型氮化物半导体层，从而降低了该太阳能电池的制备难度，同时，p型钙钛矿半电池中钙钛矿材料的光吸收系数强，载流子迁移距离长，相对于氮化物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，n型氮化物半电池和p型钙钛矿半电池的结合能够拓宽整个太阳能电池对太阳光各波段的吸收范围，从而进一步提高了太阳能电池的光电转化效率。附图说明图1为本专利技术实施例中太阳能电池的结构剖视示意图；图2为本专利技术实施例中n型氮化物半电池中量子阱层的结构剖视示意图；图3为本专利技术实施例中太阳能电池制备方法的流程图。其中的附图标记说明：1.n型氮化物半电池；10.衬底；11.n型氮化镓层；110.穿透位错；12.应力释放层；120.V型凹槽；L.V型凹槽的开口尺寸；H.V型凹槽的深度尺寸；13.量子阱层；130.InxGa1-xN量子阱层；131.GaN量子垒层；2.p型钙钛矿半电池；20.钙钛矿吸收层；21.空穴传输层。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术所提供的一种太阳能电池及其制备方法作进一步详细描述。本实施例提供一种太阳能电池，如图1所示，包括n型氮化物半电池1，还包括p型钙钛矿半电池2，p型钙钛矿半电池2设置于n型氮化物半电池1上，n型氮化物半电池1和p型钙钛矿半电池2构成异质结。该太阳能电池通过n型氮化物半电池1和p型钙钛矿半电池2构成异质结，避免在太阳能电池中生长p型氮化物半导体层，从而降低了该太阳能电池的制备难度，同时，p型钙钛矿半电池2中钙钛矿材料的光吸收系数强，载流子迁移距离长，相对于氮化物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，n型氮化物半电池1和p型钙钛矿半电池2的结合能够拓宽整个太阳能电池对太阳光各波段的吸收范围，从而进一步提高了太阳能电池的光电转化效率。本实施例中，n型氮化物半电池1包括单晶衬底10、n型氮化镓层11、应力释放层12和量子阱层13，沿远离衬底10的方向，n型氮化镓层11、应力释放层12和量子阱层13依次叠置。p型钙钛矿半电池2包括钙钛矿吸收层20和空穴传输层21，沿远离衬底10的方向，钙钛矿吸收层20和空穴传输层21依次叠置于量子阱层13上。其中，衬底10采用Al2O3、GaN或者SiC材料，但不限于上述材料。n型氮化镓层11为Si掺杂，掺杂浓度范围为1×1017cm-3～1×1019cm-3。n型氮化镓层11的厚度范围为100-1000nm。应力释放层12采用AlxInyGa(1-x-y)N材料，其中x≥0，y≤1，厚度为0～1μm。如图2所示，量子阱层13包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池，包括n型氮化物半电池，其特征在于，还包括p型钙钛矿半电池，所述p型钙钛矿半电池设置于所述n型氮化物半电池上，所述n型氮化物半电池和所述p型钙钛矿半电池构成异质结。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池，包括n型氮化物半电池，其特征在于，还包括p型钙钛矿半电池，所述p型钙钛矿半电池设置于所述n型氮化物半电池上，所述n型氮化物半电池和所述p型钙钛矿半电池构成异质结。


2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型氮化物半电池包括单晶衬底、n型氮化镓层、应力释放层和量子阱层，沿远离所述衬底的方向，所述n型氮化镓层、所述应力释放层和所述量子阱层依次叠置。


3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述p型钙钛矿半电池包括钙钛矿吸收层和空穴传输层，沿远离所述衬底的方向，所述钙钛矿吸收层和所述空穴传输层依次叠置于所述量子阱层上。


4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型氮化镓层中形成有贯穿其厚度的穿透位错，所述应力释放层中对应在所述穿透位错的正上方形成有V型凹槽，所述V型凹槽还向远离所述衬底的方向延伸至贯通所述量子阱层；
所述钙钛矿吸收层覆盖所述量子阱层，且所述钙钛矿吸收层材料充满所述V型凹槽。


5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述V型凹槽的开口尺寸范围为0～1μm；所述V型凹槽的深度尺寸范围为0～1μm。


6.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述量子阱层包括由InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层相互叠置构成的叠层单元，其中，0<x<0.5。


7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，所述叠层单元的数量为10～100个。


8.一种如权利要求1-7任意一项所述的太...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗轶，李琳琳，宋士佳，
申请(专利权)人：东泰高科装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11