异质结太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供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。本发明专利技术还提供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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池领域，尤其涉及。
技术介绍
InxGapxN禁带宽度在0. 7eV 3. 4eV (对应波长354nnTl720nm)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I、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。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供。为了解决上述问题，本专利技术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InxGai_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O。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，本专利技术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 I)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I)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。本专利技术提供，优点在于 本专利技术对蓝宝石衬底表面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InxGai_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I是传统异质失配体系太阳电池制备的方法流程 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3是本专利技术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4A至4E是本专利技术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5A是传统失配体系太阳电池能带结构简 图5B是本专利技术提供的异质结太阳能电池的能带结构简图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的的具体实施方式做详细说明。第一具体实施例 本具体实施例提供了一种异质结太阳能电池，结构如图4E所示，包括一具有第一导电类型的第一薄膜403，以及在第一薄膜403表面依次设置的一有源区402及一具有第二导电类型的第二薄膜401，所述第一薄膜403与有源区402之间还包括一与第一薄膜403相异质的具有第一导电类型的接触层408，第一薄膜403、第二薄膜401分别与有源区402相异质，有源区402为渐变层结构。接触层408以及具有渐变层的有源区402，降低了第一薄膜403与有源区402之间及第二薄膜401与有源区402之间的势垒高度，与传统太阳能电池相比，提高了载流子的输运效率。上述第一导电类型为N型或P型，所述第二导电类型与第一导电类型的导电类型相反。所述的异质结太阳能电池，进一步包括一衬底405以及一电流扩展层406，所述第一薄膜403设置在衬底405表面，所述电流扩展层406设置在第二薄膜401表面。有源区402的材料为InxGai_xN，x的范围为0至0. 2，且有源区402中x的按照远离衬底405方向从0. 2渐变至至O。所述接触层408的材料为InGaN或GaN。所述第一薄膜403和第二薄膜401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404，置于衬底405与第一薄膜403之间。本具体实施例中有源区402采用渐变层结构，可降低晶格失配度，避免失配位错的产生，以避免晶格失配产生的材料缺陷带来的载流子符合损失，从而有效提高器件性能，并且可以覆盖更宽的太阳光谱，提高电池的光电性能和转换效率。作为可选实施方式，衬底405为蓝宝石衬底、硅衬底及其它类似的衬底。 作为可选实施方式，第一导电类型为N型或P型。本具体实施例中所述相异质指的是互相异质的两种材料的禁带宽带不同或者晶格常数不同。作为可选实施方式，所述有源区402的材料还可以为AlxGa1J等GaN体系的三元材料，其中X小于等于I且大于等于O。作为可选实施方式，所述缓冲层404为AlN或GaN。作为可选实施方式,所述电流扩展层406为铟锡金属氧化物(Indium tin oxides,ITO)。第二具体实施例 图3所示为所述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所示为所述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。本具体实施例提供了一种如第一具体实施例所述的一种异质结太阳能电池的制备方法，包括步骤 步骤300，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； 步骤301，在接触层裸露表面外延生长具有渐变结构的有源区； 步骤302，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。作为可选实施方式，所述步骤300之前进一步包括步骤提供一衬底405，在衬底405表面生长第一薄膜403 ;所述步骤303之后进一步包括步骤在第二薄膜401裸露表面生长电流扩展层406。作为可选实施方式，所述步骤301中的具有渐变结构的有源区402的生长均采用组分线性变化生长或组分突变生长。作为可选实施方式，所述在衬底表面405生长第一薄膜403的步骤，进一步包括步骤在衬底405表面生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑新和，吴渊渊，张东炎，李雪飞，陆书龙，杨辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：