一种采用数字‑指数混合方式掺杂功能区的太阳电池及其制备方法与流程

本发明涉及一种太阳电池，具体地，涉及一种采用数字-指数混合方式掺杂功能区的太阳电池。

背景技术：

太阳电池是一种将自然界的太阳能直接转换为人类可使用的电能的装置，是当前利用绿色能源的最具潜力方式之一。相较于传统的硅太阳电池，利用III-V族半导体材料制备的太阳电池，具有转换效率高、抗辐照能力强、温度特性好等优点，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，已在航天领域得到广泛应用。随着化合物半导体生长技术(如金属有机化合物汽相外延——MOCVD) 的不断进步，III-V族太阳电池的效率得到了很大提高，多结太阳电池效率已经超过36%，是当前所有太阳电池中转化效率最高的。如何进一步提升III-V族太阳电池的转换效率成为当前研究热点。在当前较为成熟的技术条件下，大幅度提升太阳电池的转化效率已经非常困难，效率的提升转向了细节的优化。

太阳电池中，为了形成pn结，会在外延层中进行相应的掺杂。以n on p电池（基区为p型，发射区为n型）为例，基区采用p型掺杂，发射区采用n型掺杂。为了对电池前后表面进行钝化，减小载流子复合损失，通常在电池的后表面引入p型掺杂的背场，在电池前表面引入n型掺杂的窗口层。这些功能层通常采用均匀掺杂，最终目的都是为了更有效地促进光生载流子分离。然而，这种均匀掺杂在电池结构中形成的有效电场强度有限，致使光生电子空穴对的分离效率不高，制约了电池性能的进一步提升。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种太阳电池，在太阳电池中采用数字-指数混合方式对各功能层进行掺杂，该种掺杂方式能在电池内部形成增强电场，促进光生电子空穴对有效分离，提升太阳电池性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用数字-指数混合方式掺杂功能区的太阳电池的制备方法，该制备方法采用数字掺杂配合指数掺杂的方式制备该太阳电池的功能区；所述的数字掺杂配合指数掺杂的方式是指：掺杂区分段进行数字式掺杂，掺杂剂的流量以数字式跃变（比如掺杂剂的量是5/10/15这样3段式跳变，而不是连续的从5均匀升至15）掺入到反应室中；而在相邻的两个掺杂浓度之间采用指数式变化。该种数字-指数混合掺杂方式能够在电池结构中形成增强电场，促进光生载流子分离，从而提高光生电流。

上述的制备方法，其中，所述功能区包括背场、基区和发射区。

上述的制备方法，其中，该太阳电池包含正向生长的电池，该正向生长的电池中，背场采用负指数掺杂，即掺杂浓度递减；基区采用正指数掺杂，即掺杂浓度递增；发射区采用正指数掺杂。

上述的制备方法，其中，该太阳电池包含反向生长的电池，该反向生长的电池中，发射区采用负指数掺杂，基区采用负指数掺杂，背场采用正指数掺杂。

本发明还提供了一种上述的采用数字-指数混合方式掺杂功能区的太阳电池，其特征在于，该太阳电池的功能区采用数字掺杂配合指数掺杂的方式制备，以形成增强的内建电场，从而提高载流子迁移率。

上述的采用数字-指数混合方式掺杂功能区的太阳电池，其中，所述功能区包括背场、基区和发射区。

上述的采用数字-指数混合方式掺杂功能区的太阳电池，其中，该太阳电池包含正向生长的电池，该正向生长的电池中，背场采用负指数掺杂，基区采用正指数掺杂，发射区采用正指数掺杂。

上述的采用数字-指数混合方式掺杂功能区的太阳电池，其中，该太阳电池包含反向生长的电池，该反向生长的电池中，发射区采用负指数掺杂，基区采用负指数掺杂，背场采用正指数掺杂。

本发明提供的采用数字-指数混合掺杂方式的太阳电池具有以下优点：

（1）采用指数式掺杂，在形成增强的内建电场同时，将电势变化移动到界面附近，降低了载流子在界面的复合速率；（2）数字式掺杂降低了掺杂剂的滞后效应，有助于形成增强的内建电场，增强光生载流子分离，从而提高载流子的迁移率。

附图说明

图1为负指数掺杂的示意图，其中横坐标表示生长时间，纵坐标表示掺杂剂的有效流量。

图2为正指数掺杂的示意图，其中横坐标表示生长时间，纵坐标表示掺杂剂的有效流量。

图3为采用数字-指数式掺杂的正向生长太阳电池示意图。

图4为采用数字-指数式掺杂的反向生长太阳电池示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明提供的数字-指数混合掺杂方式适用于正向生长的正装太阳电池和反向生长的倒装太阳电池，该方式主要在功能区，如基区、背场和发射区中起作用。所述数字-指数混合掺杂方式是指，掺杂区分段进行数字式掺杂，即在生长过程中，掺杂剂的流量以数字式跃变通入反应室中；而在相邻的两个掺杂浓度之间采用指数式变化，如图1、图2所示。

下面以GaInP（镓铟磷）单结电池的MOCVD生长为例，说明本发明的具体实现方式。

实施例1

如图3所示，以正向生长的GaInP单结太阳电池为例，首先在GaAs（砷化镓）衬底1上外延生长GaAs缓冲层2，接着依次生长AlGaInP（铝镓铟磷）背场3，GaInP基区4，GaInP发射区5，AlInP（铝铟磷）窗口层6，GaAs帽子层7。该结构采用低压金属有机物化学气相沉积（LP-MOCVD）设备生长。在电池结构的背场、基区和发射区中采用数字-指数式掺杂方式进行掺杂，其中，背场采用如图1的负指数掺杂，即掺杂浓度递减；基区采用如图2的正指数掺杂，即掺杂浓度递增；发射区采用如图2的正指数掺杂，即掺杂浓度递增。

实施例2

如图4所示，以反向生长的GaInP单结太阳电池为例，首先在GaAs（砷化镓）衬底10上外延生长GaAs缓冲层20，接着依次生长AlInP（铝铟磷）窗口层30，GaInP发射区40，GaInP基区50，AlGaInP（铝镓铟磷）背场60，GaAs接触层70。该结构采用低压金属有机物化学气相沉积（LP-MOCVD）设备生长。在电池结构的发射区、基区和背场中采用数字-指数式掺杂方式进行掺杂，其中，发射区采用如图1的负指数掺杂，即掺杂浓度递减；基区采用如图1的负指数掺杂，即掺杂浓度递减；背场采用如图2的正指数掺杂，即掺杂浓度递增。

指数式掺杂，在形成增强的内建电场同时，将电势变化移动到界面附近，降低了载流子在界面的复合速率；数字式掺杂降低了掺杂剂的滞后效应，有助于形成增强的内建电场，增强光生载流子分离，从而提高载流子的迁移率。本发明提供的采用数字-指数混合掺杂方式的太阳电池，在太阳电池主要功能层中采用该数字-指数混合掺杂方式，以形成增强的内建电场，促进光生载流子更有效地分离。采用该结构能显著增强载流子的寿命，对电池的开路电压提升尤为显著，为下一代超高效太阳电池的研制奠定了坚实的基础。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。