一种含有双边场助效应的异质结太阳电池的制作方法

本发明涉及一种太阳电池，具体涉及一种含有双边场助效应的异质结太阳电池。

背景技术：

III-V族化合物太阳电池因其转换效率高、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。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。目前，单结GaAs电池效率已经超过29%，键合五结III-V族太阳电池效率已经达到36%。实现高效五结-六结太阳电池得关键点之一是获得带隙在1.7-1.8eV即波长在690nm-730nm的第二结，通常该吸收波段材料采用Al组分在20-28%的AlGaAs，众所周知的是高Al组分化合物通常具有比较低的载流子有效寿命，尤其是n型掺杂所形成的DX中心缺陷是非常严重的复合中心。

在通常的异质结太阳电池中，如图1所示没有在窄带隙发射区中采用场助结构，或者如图2所示采用了含有未掺杂层的场助结构，而在宽带隙基区中没有采用场助结构，这都降低了载流子的输运能力尤其是窄带隙发射区的空穴向宽带隙基区的跃迁。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种含有双边场助效应的异质结太阳电池，该电池克服已有了技术载流子的输运能力低，尤其是窄带隙材料区的空穴向宽带隙基区的跃迁能力低的问题，通过双场助结构，提高载流子的输运能力和跃迁能力，提高太阳能电池的利用率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种含有双边场助效应的异质结太阳电池，该电池包含依次设置的宽带隙材料区、窄带隙材料区和窗口层区域。

其中，所述的宽带隙材料区包含依次设置的宽带隙基区和未掺杂区。

其中，所述的宽带隙基区和未掺杂区形成了第一同质结，该第一同质结具有场助结构。

其中，所述的窄带隙材料区和窗口层区域形成了第一异质结，该第一异质结具有场助结构。

其中，所述的宽带隙材料区和窄带隙材料区形成了第二异质结。

其中，所述的宽带隙基区采用i/p-/p+型Al_yGa_1-yAs，0.24 ≤y ≤0.3，厚度为10~3000nm，p型掺杂浓度从10¹⁶到10¹⁸cm^-3。

其中，所述的窄带隙材料区采用n+/n-型Al_xGa_1-xAs，x ≤0.2，厚度为10~100nm，n型掺杂浓度为10¹⁶cm^-3到10¹⁸cm^-3。

其中，所述的窗口层区域采用采用n型的Al(Ga)InP或Al_zGa_1-zAs，z≥0.4，厚度为10~50nm，n型掺杂浓度为10¹⁷~10¹⁸cm^-3。

所述的窄带隙材料区包含依次设置的弱n型掺杂区和重n型掺杂区，该弱n型掺杂区和重n型掺杂区的n型掺杂浓度不同。

所述的弱n型掺杂区和重n型掺杂区的厚度均为10~50nm。

所述的弱n型掺杂区和重n型掺杂区形成了第二同质结，该第二同质结具有场助结构。

所述的第二同质结和第一异质结的场助结构均为n+/n-型场助。

所述的第一同质结的场助结构为i/p-型场助。

所述的宽带隙基区和窄带隙材料区的掺杂浓度分布函数为梯度、线性、多项式或指数形式中的任意一种。

所述的未掺杂区采用Al_yGa_1-yAs，0.24 ≤y ≤0.3，厚度为10~100nm，未掺杂。

所述的太阳电池还包含设置在宽带隙基区侧的背场。

所述的背场采用n型的Al_zGa_1-zAs，z≥0.4，厚度为10~50mm，p型掺杂浓度为10¹⁷~10¹⁸cm^-3。

本发明提供的一种含有双边场助效应的异质结太阳电池，解决了已有技术存在的载流子的输运能力和跃迁能力低的问题，具有以下优点：

该太阳电池的宽带隙材料区和窄带隙材料区形成了第二异质结，并且在第二异质结的两侧形成i/p-型场助和n+/n-型场助，使该太阳电池具有双场助效应，从而电池效率提高；通过合理设置太阳能电池不同材料区位置、材料中p型或n型掺杂的浓度以及不同区域的厚度，使窄带隙材料区和宽带隙材料区所形成的异质结通过两边的场助结构里的电场加速载流子，提高了载流子的输运能力，同时增强了载流子跨越异质结势垒的能力；通过将宽带隙基区和窄带隙材料区的掺杂浓度分布函数为梯度、线性、多项式或指数形式，使得同质结和异质结的浓度变化缓慢，能够提高载流子传输效率。

附图说明

图1为已有技术的窄带隙发射区中没有采用场助结构的异质结太阳电池的能带图（Ec：导带底能量，Ef：费米能级，Ev：价带顶能量）。

图2为已有技术的窄带隙区域含有未掺杂层的场助结构的异质结太阳电池能带图。

图3为本发明的一种含有双边场助效应的异质结太阳电池能带图。

图4为本发明提供的含有双边场助效应的异质结太阳电池的优选实施例结构示意图。

图5为本发明提供的含有双边场助效应的异质结太阳电池的优选实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图4所示，本发明用于提供一种含有双边场助效应的异质结太阳电池，本发明提供了一种含有双边场助效应的异质结太阳电池，该电池包含依次设置的宽带隙材料区10、窄带隙材料区20和窗口层区域30。

宽带隙材料区10包含依次设置的宽带隙基区11和未掺杂区12。

宽带隙基区11和未掺杂区12形成了第一同质结，该第一同质结具有场助结构。

窄带隙材料区20和窗口层区域30形成了第一异质结，该第一异质结具有场助结构。

宽带隙材料区10和窄带隙材料区20形成了第二异质结。

宽带隙基区11采用i/p-/p+型Al_yGa_1-yAs，0.24 ≤y ≤0.3，厚度为10~3000nm，p型掺杂浓度从10¹⁶到10¹⁸cm^-3。如图3所示，该宽带隙基区11的导带底和价带顶之间的能量差较大。

窄带隙材料区20采用n+/n-型Al_xGa_1-xAs，x ≤0.2，厚度为10~100nm，n型掺杂浓度为10¹⁶cm^-3到10¹⁸cm^-3。如图3所示，该窄带隙材料区20的导带底和价带顶之间的能量差较小。

窗口层区域30采用采用n型的Al(Ga)InP或Al_zGa_1-zAs，z≥0.4，厚度为10~50nm，n型掺杂浓度为10¹⁷~10¹⁸cm^-3。

窄带隙材料区20包含依次设置的弱n型掺杂区21和重n型掺杂区22，该弱n型掺杂区21和重n型掺杂区22的n型掺杂浓度不同。

弱n型掺杂区21和重n型掺杂区22的厚度均为10~50nm。

弱n型掺杂区21和重n型掺杂区22形成了第二同质结，该第二同质结具有场助结构。

第二同质结和第一异质结的场助结构均为n+/n-型场助。该n+/n-型场助增强了低迁移率含铝化合物的空穴收集效率。

第一同质结的场助结构为i/p-型场助。该i/p-型场助效应增强了载流子跨越异质结势垒的几率，从而提高短路电流密度。

宽带隙基区11和窄带隙材料区20的掺杂浓度分布函数为梯度、线性、多项式或指数形式中的任意一种。

未掺杂区12采用Al_yGa_1-yAs，0.24 ≤y ≤0.3，厚度为10~100nm，未掺杂。

太阳电池还包含设置在宽带隙基区11侧的背场40。

背场40采用n型的Al_zGa_1-zAs，z≥0.4，厚度为10~50mm，p型掺杂浓度为10¹⁷~10¹⁸cm^-3。

实施例1

以五结太阳电池中的带隙在1.7-1.8eV即波长在690nm-730nm的子太阳电池为例，如图4所示，该电池包含依次设置的背场40、宽带隙基区11、未掺杂区12、弱n型掺杂区21、重n型掺杂区22和窗口层区域30。

背场40采用Al_0.4Ga_0.6As，厚度为10~50nm，p型掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3。

宽带隙基区11采用Al_0.26Ga_0.74As，厚度为1000~3000nm，p型掺杂浓度为10¹⁶ cm^-3。

未掺杂区12采用Al_0.26Ga_0.74As，厚度为10~100nm，未掺杂。

弱n型掺杂区21采用Al_0.2Ga_0.8As，厚度为10~50nm，n型掺杂浓度为10¹⁷ cm^-3。

重n型掺杂区22采用Al_0.2Ga_0.8As，厚度为10~50nm，n型掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3。

弱n型掺杂区21和重n型掺杂区22组成窄带隙材料区20。

窗口层区域30采用Al_0.6Ga_0.4As, 厚度为10~100nm，n型掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3。

该子太阳电池结构采用低压金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备生长。本子太阳电池结构中，区域12/区域11形成第一同质结，构成i/p-型场助结构，区域22/区域21形成第二同质结，构成n+/n-型场助结构。窄带隙材料区20和宽带隙基区11形成第二异质结，上述的i/p-型场助结构和n+/n-型场助结构均对第二异质结形成场助效应，通过两边的场助结构里的电场加速了载流子的运输能力。

实验结果表明，采用本发明结构的太阳电池光谱响应在400-600nm的短中波段区间内，皆比同样实验条件的其它结构电池提高5%-10%，开路电压提高10-30mV。

实施例2

依然以五结太阳电池中的带隙在1.7-1.8eV即波长在690nm-730nm的子太阳电池为例，实现如实例1相同的器件性能还可以有如图5所示的结构，该包括：背场40、宽带隙基区11、未掺杂区12、窄带隙材料区20以及窗口层区域30。

背场40采用Al_0.4Ga_0.6As，厚度为10~50nm，p型掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3。

宽带隙基区11采用Al_0.26Ga_0.74As，厚度为1000~3000nm，p型掺杂浓度以线性、多项式或指数的形式从10¹⁸变化到10¹⁶ cm^-3。

未掺杂区12采用Al_0.26Ga_0.74As，厚度为10~100nm，未掺杂。

窄带隙材料区20采用Al_0.2Ga_0.8As，厚度为10~100nm，n型掺杂浓度以线性、多项式或指数的形式从10¹⁶变化到10¹⁸ cm^-3型。

窗口层区域30采用Al_0.6Ga_0.4As, 厚度为10~100nm，n型掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3。

该子太阳电池结构同样采用低压金属有机物化学气相沉积（MOCVD）设备生长。本结构中，区域12/区域11形成第一同质结，构成i/p-型场助结构，区域30/区域20形成第一异质结，构成n+/n-型场助结构。窄带隙材料区20和宽带隙基区11形成第二异质结，上述的i/p-型场助结构和n+/n-型场助结构均对第二异质结形成场助效应，通过两边的场助结构里的电场加速了载流子的运输能力。

综上所述，本发明用于提供一种含有双边场助效应的异质结太阳电池，该电池含有双边场助效应的异质结，不仅增强了整体的载流子输运能力，而且还增强了载流子跨越异质结势垒的能力，提高了电池效率，具有一定的市场开发潜力和实用价值。

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。