本发明专利技术为用于光伏器件的多频带半导体组合物。使用氧离子注入和脉冲激光熔融相结合的方法合成了高度错配合金Zn1-yMnyOxTe1-x(0≤y＜1并且0＜x＜1)以及其他的第II-IV族的氧注入合金。少量等价氧的掺入导致了狭窄的、位于Zn1-yMnyTe晶核能带隙内的广延态的氧衍生带的形成。由于存在处于太阳能谱范围内的多能带隙，因此Zn1-yMnyOxTel1-x是一种完全满足具有能量转换效率超过50％潜能的单结光伏条件的材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于光伏器件的新材料，更具体涉及用于高能量转换效率太阳能电池的多频带半导体。
技术介绍
适合用于光伏器件的各种材料是众所周知的，例如四面体的非晶态半导体(举例来说，非晶硅、非晶硅锗和非晶碳化硅)以及包括IV族(Si)、II-VI族化合物半导体(举例来说，CdTe)和III-V族化合物半导体(举例来说，GaAs, GaInP, GaAlAs)的多晶和单晶半导体。传统的太阳能电池使用通过将杂质离子注入或热扩散到硅(Si)或砷化镓(GaAs)的单晶基体中或者通过杂质掺杂层在这种单晶基体上的外延生长而形成的Pn结。然而，这种单结太阳能电池只具有有限的效率，这是因为它们对全部太阳光谱的有限部份都是敏感的。通过使用与具有对太阳光谱的不同部分敏感的不同能带的半导体所形成的大量p/n结可以提高效率。这个概念在多结或串接太阳电池(J.M.01son，T.A.Gessert，M.M.AlJasim，Proc.18th IEEE Photovoltaic Specialists Conference,552, Las Vegas, Oct. 21-25,1985，其全部内容并入本文作为参考)如GaAs/GInP双结或Ge/GaAs/GalnP三结电池中得以实现。在这种电池的最先进型中已经达到37%的能量转换效率。设计的复杂性和高的制造成本限制了这种电池在太空技术上的应用(M. Yamaguchi, Solar Energy Mat. & SolarCells，75，261(2003))。其它改进太阳能电池效率的方法基于多频带半导体的概念(M. Wolf，Proc. IRE,48，1246 (1960)以及 A. Luque, A. Marti.，Phys. Rev. Lett.，78，5014 (1997))。人们已经假设，可以使用一个具有多个吸收来自太阳光谱不同部分光子的吸收边缘的半导体来代替使用几个具有不同带隙的半导体。高效率太阳能电池的这种设计最重要的优点在于它们只需要一个单一的p/n结，从而大大简化电池设计并且降低生产成本。理论上已经预测，在使用具有优化的三条和四条能带的材料所制造的太阳能电池中，可以分别得到高达63%和72%的理想的能量转换效率。能够用于太阳能电池的多频带半导体的实际实现是相当困难的。曾有一些努力想引入大浓度的能够在标准半导体如Si或GaAs的带隙中形成额外窄带的杂质或缺陷。这些努力没有成功，因为杂质和缺陷改变了材料关键的电性能，从而不能制造正常工作的太阳能电池。迄今为止还没有经证实的基于多频带半导体概念上的工作的太阳能电池的示范。近年来出现了一类新的半导体，其基本性能通过将相对小部分的基质原子被非常不同电负性的元素所取代而大大改性，其称作高错配合金(HMAs)。其中第V族阴离子被等价 N 部分取代的 III-V 合金或其中第VI族阴离子被O部分取代的 II-VI 合金[K. M. Yu, ff. ffalukiewicz, J. ffu, J. ff. Beeman, J. ff. Ager, E. E. Haller,I.Miotkowski, A. K. Ramdas 和 P. Becla, Appl. Phys. Lett. 80,1571 (2002)，其全部内容并入本文作为参考]是众所周知的HMA的例子。例如，当只是I %的As原子被N取代时，GaNxASh表现出强的180meV的带隙降低。已经预测并经实验论证,这种HMA的电子带结构由固定的O或N态和半导体基体的广延态之间的反交叉相互作用所决定。交互作用将导带分成两个非抛物线形的次能带E+和E_
技术实现思路
本专利技术提供了一类新的多频带隙半导体材料。这类多频带材料可以用于高效率太阳能电池的设计。在一个实施方案中，依照本专利技术的材料包含第II-VI族化合物半导体，其中一小部分第VI族的原子被氧原子取代形成II-Ox-VIh合金。在一个实施方案中，可以使用离子注入接着通过脉冲激光熔融和/或热退火来制造材料。在另一个实施方案中，材料也可以作为外延膜利用脉冲激光沉积以及包括分子束外延和有机金属化学汽相沉积的各种外延生长工艺而合成。在一个实施方案中，在上述材料中通过形成一个单p/n结而制造太阳能电池。附图说明通过连同附图的后面详细描述，可以很容易地理解本专利技术图I为3. 3% 0+注入的Zna88Mnai2Te样品接着在O. 04-0. 3J/cm2增加的能量注量下被脉冲激光熔融而得到的一系列光调制反射率(PR)谱。图中也列出了处于生长状态的Zna88Mnai2Te晶体的PR谱以用于比较。可以观察到从价带边缘到下层的以及上层的导带边缘的两个吸收边缘，说明形成了一个另外的导带。图2为3. 3% 0+注入的Zna88Mnai2Te样品在注量为O. 15J/cm2的PLM后接着在300和700°C之间的温度下进行10秒钟的RTA而得到的一系列PR谱。图3为不同X值的Zna88Mna 120χΤθι_χ合金的Ε_和E+能量位置。图4用示意图表示了 X 0. 02的Zna88Mntll. WxTe1I中不同能带之间的光学跃迁。计算得到的能带结构(左段)以及态密度(右段)。图的右段显示了三个可能的光学跃迁。图I中较低的(较高的)能量峰对应于EV_(EV+)跃迁。图5为在多频带半导体上制造的P型p/n结的伏安(I/V)特性曲线以及光电压(PV)的光谱关系曲线。结由用O和Cl离子注入的P型Znci 88Mntl l2Te基体组成。顶端的注入层被脉冲激光熔融。O原子部分取代Te原子形成另外的导带。Cl离子取代Te原子而提供η型掺杂。在P型基体和η型顶层之间形成p/n结。图6为计算得出的由3-频带Zna88Mnai2OxTeh合金随O含量的变化所制造的太阳能电池的能量转换效率。实线为计算数据的经验多项式拟合。图7为GaNxASl_x_yPy中相对于导带能量最小值Er和Ex的氮能量即En能级的位置。图8为GaNxAShi6Pa4中上面的导带E+和中间E_导带的能量与N含量x的关系曲线。具体实施例方式现在将详细说明本专利技术的一些具体实施方案。在附图中举例说明这些具体实施方案的实施例。当连同这些具体实施方案一起描述本专利技术时，可以理解为并不是将本专利技术限于所描述的实施方案。相反，它将包括如附加权利要求书所限定的包含在本专利技术的精神和范围之内的供选方案、更改以及等价方案。在以下的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的完全理解。缺少一些或所有的这些具体细节也可以实践本专利技术。在其它情况下，没有详细描述众所周知的过程操作，这不是为了对本专利技术进行不必要地遮掩。为所有目的 起见，这里所引用的全部参考文献的全部内容特意做为参考而在这里被引用。在本说明书以及附加的权利要求书中，除非上下文做额外的明确规定，否则单数形式也包括所提及内容的复数形式。除非另作规定，否则这里所使用的所有专门科学术语与本专利技术所属领域的普通技术人员通常所理解的具有同样的含义。在本专利技术的一个实施方案中，公开了一种包括三元或四元合金的半导体组合物，所述合金包含第II族元素、第VI族元素、氧以及任选的第三种元素“A”，其中所述合金具有(II族)(1_y) (A)yOx(VI族)(1_x)的摩尔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体组合物，其包括：包含GaNxAs1？x？yPy的合金，其中0.3≤y＜0.5并且0＜x＜0.05。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗拉迪斯劳·瓦卢克维兹，于金曼，吴俊乔，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。