用脉冲激光法制备单带差超晶格薄膜太阳电池的新技术的制作方法
【专利摘要】本发明属于新型薄膜太阳电池的结构设计和制备之【技术领域】。脉冲激光沉积（PLD）技术是一种先进的制备多层薄膜技术。本发明使用248nmKrF气体脉冲激光轰击化合物靶材，可以沉积出无组分偏析的化合物晶态薄膜，是制备半导体超晶格多层薄膜的理想技术方法。随着第三代太阳电池概念的提出和薄膜太阳电池研究的发展，基于多带隙半导体太阳电池模型，半导体超晶格薄膜在太阳电池领域的应用备受关注。本发明为了提高薄膜太阳电池的效率，开发新的太阳电池吸收层材料，简化技术环节，设计出了适宜的单带差超晶格薄膜太阳电池结构，并提出了制备这类太阳电池的专用PLD技术方法和思路。
【专利说明】用脉冲激光法制备单带差超晶格薄膜太阳电池的新技术
【技术领域】
[0001]本发明属于新型多层薄膜太阳电池的制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]第三代太阳电池是被寄予厚望的具有高转换效率的电池。宽带隙半导体作为窗口层可以提高太阳电池的短波响应，但其吸收层只有一个确定宽度的能隙，使得电池的理论转换效率受到限制。1997年，A.Lugue等人提出了多带隙半导体太阳电池模型，这类多带隙半导体具有两个或两个以上由很窄的能带(或杂质带)分开的能隙，各个带隙有不同的宽度，因此对不同波长的光都有很好的吸收。之后，M.Green进一步估算出这种电池的理论转换效率上限为86.8%，并将此类太阳能电池列入第三代太阳电池。
[0003]多带隙吸收理论为制备高效率的太阳电池指明了方向，但是并非只有多带隙太阳电池才能吸收不同波段的光。除了多带隙之外，超晶格也存在两种以上的跃迁，也将大大减小光学损失。我们率先利用单带差超晶格结构对太阳光吸收的优越特性，设计出了一种新型的薄膜太阳电池。
[0004]所谓单带差超晶格(single offset superlattice,简称:SOS),即是指导带差或价带差等于零或近似为零的超晶格。普通半导体中电子只有从价带到导带一种跃迁方式，而在单带差超晶格中电子存在两种以上的跃迁。超晶格中电子跃迁有多种方式，可以吸收不同波段的太阳光，用于太阳电池吸收层，可以减少光学损失，从而提高电池的转换效率。
[0005]以I1-VI族半导体为例，根据已有的资料，能带断裂值小于0.15eV的有八对之多。从光学损失和组分相近等因素来考虑，就有如下表的四种超晶格材料可作为单带差超晶格结构。
[0006]表1单带差(能带断裂值小于0.15eV)超晶格材料
【权利要求】
1.本专利的特征是利用脉冲激光沉积(PLD)技术，制备新型的单带差超晶格薄膜太阳电池，包括: 单带差超晶格的结构； 单带差超晶格的材料； 单带差超晶格薄膜太阳电池的PLD技术制备细节。
2.如权利要求1所述，其特征是单带差超晶格薄膜结构为多周期的叠层结构，单带差超晶格可分为两大类，一种是O,另一种是Δ E。?O,此类结构的超晶格中载流子跃迁可能存在I?3种方式。
3.如权利要求1所述，其特征是单带差超晶格薄膜，由满足能带断裂值小于0.15eV的半导体薄膜交替沉积而成。
4.如权利要求1所述，其特征是找出符合权利要求2、3所述的材料，进行结构设计。
5.如权利要求1所述，其特征是重点调控超晶格每周期薄膜厚度，薄至纳米级以下，并满足权利要求2中的能带结构及跃迁方式。
6.如权利要求1所述，其特征是利用单带差超晶格结构对太阳光吸收的优越特性，设计出的一种新型的薄膜太阳电池，以玻璃/透明导电薄膜/含有单带差超晶格结构的η型薄膜层/含有单带差超晶格结构的P型薄膜层/背电极(glass/TCO film/n-SOS/p-SOS/electrode)为主干结构。
7.如权利要求1所述，其特征是使用PLD技术，通过转靶溅射方式，计算机控制挡板遮挡的时间，进而控制每层薄膜的厚度和周期等参数，制备出含有单带差超晶格结构的新型薄膜太阳电池。
【文档编号】C30B23/02GK103715309SQ201410009456
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】黎兵, 曾广根, 王文武, 冯良桓, 张静全, 李卫, 武莉莉 申请人:四川大学