一种硅基量子阱太阳电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种硅基量子阱太阳电池，从下至上依次包括衬底、P型晶硅层、N型晶硅层、GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱本征吸收层、AlGaN阻挡层、Mg掺杂p型GaN接触层，其中，在Si掺杂的n-GaN层上设置有负电极，在Mg掺杂p型GaN接触层上设置有正电极。本实用新型结构简单，设计合理，具有较强的可操作性，而且成本较低，适用于商业化生产。
【专利说明】一种硅基量子阱太阳电池
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光电半导体材料及太阳电池【技术领域】，具体涉及一种硅基量子阱太阳电池。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的快速发展，人们对能源的需求日益增加，全球范围内的能源危机和生态环境问题日益恶化，取之不尽用之不竭的太阳能成为了人类未来能源发展的首选。目前，在所有太阳电池中，以硅为基底的太阳电池是目前转换效率最高，技术最为成熟的光伏器件，硅太阳电池占目前世界官方市场的90%以上。尽管硅太阳电池具有较高的光电转换效率，但离理论值还有一定的差距，因此，如何进一步提高硅太阳电池的光电转换效率，降低制造成本成为专家和企业的研究重点。
[0003]近年来，第三代半导体材料GaN以及InGaN，AlGaN为代表的III族氮化物是人们研究的热点，它主要应用于光电器件和高温、高频、大功率器件。
实用新型内容
[0004]针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能够提高短路电流，进而提闻电池光电转换效率的娃基量子讲太阳电池。
[0005]为实现上述目的，本实用新型一种硅基量子阱太阳电池，从下至上依次包括衬底、P型晶硅层、N型晶硅层、GaN缓冲层、Si掺杂的η-GaN层、InGaN/GaN多量子阱本征吸收层、AlGaN阻挡层、Mg掺杂p型GaN接触层，其中，在Si掺杂的η-GaN层上设置有负电极，在Mg掺杂P型GaN接触层上设置有正电极。
[0006]进一步，所述InGaN/GaN多量子阱本征吸收层设置在所述Si掺杂的η-GaN层的局部上表面上，所述Si掺杂的η-GaN层的另外局部上表面上设置有所述负电极。
[0007]进一步，所述P型晶硅层、N型晶硅层中的晶体硅为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅。
[0008]进一步,所述正电极和负电极自下至上依次包括第一 Ti层、Al层、第二 Ti层、Au层。
[0009]进一步，所述第一 Ti层厚度为25nm，所述Al层厚度为200nm，所述第二 Ti层厚度为25nm,所述Au层厚度为200nm。
[0010]进一步，所述Si掺杂的η-GaN层的厚度为3 μ m。
[0011]进一步，所述InGaN/GaN多量子阱本征吸收层的阱层为Ina 16Gaa84N，厚度为3nm，势垒层为GaN，厚度为13nm。
[0012]进一步，所述Mg掺杂P型GaN接触层的厚度为150nm。
[0013]本实用新型结构简单，设计合理，具有较强的可操作性，而且成本较低，适用于商业化生产。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面，参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并将本实用新型的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
[0016]为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下” “左” “右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0017]如图1所示，本实用新型一种硅基量子阱太阳电池，其结构为:从下至上依次包括衬底l、p型晶硅层2、N型晶硅层3、GaN缓冲层4、Si掺杂的η-GaN层5、InGaN/GaN多量子阱本征吸收层7、AlGaN阻挡层8、Mg掺杂p型GaN接触层9，其中，在Si掺杂的η-GaN层5上蒸镀有负电极6，在Mg掺杂P型GaN接触层9上蒸镀有正电极10。
[0018]InGaN/GaN多量子阱本征吸收层7设置在Si掺杂的η-GaN层5的局部上表面上，Si掺杂的η-GaN层5的另外局部上表面上蒸镀有负电极6。
[0019]P型晶硅层2、N型晶硅层3中的晶体硅为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅。正电极10和负电极6自下至上依次包括第一 Ti层、Al层、第二 Ti层、Au层。第一 Ti层厚度为25nm, Al层厚度为200nm，第二 Ti层厚度为25nm，Au层厚度为200nm。
[0020]本实用新型硅基量子阱太阳电池可以按下述方法制备:
[0021]第一步，通过扩散制结的方法制备P型晶硅层2和N型晶硅层3 ；
[0022]第二步，在N型晶硅层3上采用金属有机化学气相沉积技术依次生长GaN缓冲层4,Si掺杂的η-GaN层5、InGaN/GaN多量子阱本征吸收层7、AlGaN阻挡层8和Mg掺杂p型GaN接触层9。
[0023]其中:Si掺杂的η-GaN层5的厚度约为3 μ m。
[0024]InGaN/GaN多量子阱本征吸收层7的阱层为Ina 16Gaa84N，厚度约为3nm，势垒层为GaN,厚度约为13nm。
[0025]Mg掺杂P型GaN接触层9的厚度约为150nm，这个厚度可以提供足够的电荷，以及合适的顶部金属接触条件。
[0026]第三步，采用电子束蒸发设备在P型GaN接触层和η-GaN层上蒸镀厚度为25nm/200nm/25nm/200nm的金属Ti/Al/Ti/Au,随后降至浸泡在丙酮中把非电极图形区域的光刻胶剥离掉，这样就完成了太阳电池正负极的制作，进而得到了本实用新型的硅基量子阱太阳电池。
[0027]本实用新型将晶硅太阳电池和量子阱太阳电池有机地结合在一起，形成一种全新的硅基量子阱太阳电池，将是提高太阳电池转换效率的一个简便易行的方法。其优点在于:将量子阱引入到晶硅电池中，拓宽了电池的光谱吸收范围，有效地提高了短路电流，从而提高了电池的光电转换效率。
[0028]本实用新型中，用多量子阱结构替代传统p-1-n结太阳电池中的i层，提高了太阳电池的开路电压和光电转换效率。量子阱太阳电池采用的量子点主要是InGaN，InGaN能够完整覆盖整个太阳光谱，而且它与太阳光谱具有良好的匹配性。除此之外，InGaN材料和传统的太阳电池材料相比还具有以下优点:1、它是直接带隙材料，其吸收系数要比GaAs、Si高一两个数量级，因此，采用InGaN的量子阱太阳电池可以做得更薄、更轻，从而大大地节约了成本。2、InN、GaN的电子迁移率都较高，有利于抑制电子空穴的复合，从而提高电池的短路电流。3、InGaN的抗辐射能力比S1、GaAs等材料强，更适合应用于强辐射环境。
【权利要求】
1.一种硅基量子阱太阳电池，其特征在于，从下至上依次包括衬底、P型晶硅层、N型晶硅层、GaN缓冲层、Si掺杂的n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱本征吸收层、AlGaN阻挡层、Mg掺杂P型GaN接触层，其中，在Si掺杂的n-GaN层上设置有负电极，在Mg掺杂p型GaN接触层上设置有正电极。
2.如权利要求1所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述InGaN/GaN多量子阱本征吸收层设置在所述Si掺杂的n-GaN层的局部上表面上，所述Si掺杂的n_GaN层的另外局部上表面上设置有所述负电极。
3.如权利要求1所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述P型晶硅层、N型晶硅层中的晶体硅为单晶硅、多晶硅、非晶硅或微晶硅。
4.如权利要求1所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述正电极和负电极自下至上依次包括第一 Ti层、Al层、第二 Ti层、Au层。
5.如权利要求4所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述第一Ti层厚度为25nm,所述Al层厚度为200nm，所述第二 Ti层厚度为25nm，所述Au层厚度为200nm。
6.如权利要求1所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述Si掺杂的n-GaN层的厚度为3μηι。
7.如权利要求1所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述InGaN/GaN多量子阱本征吸收层的阱层为I%16GaQ.84N，厚度为3nm，势垒层为GaN，厚度为13nm。
8.如权利要求1所述的硅基量子阱太阳电池，其特征在于，所述Mg掺杂P型GaN接触层的厚度为150nm。
【文档编号】H01L31/0352GK203721743SQ201320818643
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】薛黎明, 周洪全 申请人:北京桑纳斯太阳能电池有限公司