CN102751368A - InGaN/Si双结太阳能电池 - Google Patents

InGaN/Si双结太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102751368A
CN102751368A CN2012102468055A CN201210246805A CN102751368A CN 102751368 A CN102751368 A CN 102751368A CN 2012102468055 A CN2012102468055 A CN 2012102468055A CN 201210246805 A CN201210246805 A CN 201210246805A CN 102751368 A CN102751368 A CN 102751368A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
vapor deposition
substrate
lining
ingan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102468055A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102751368B (zh
Inventor
张启明
王帅
高鹏
王保民
刘如彬
孙强
穆杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cetc Blue Sky Technology Co ltd
Cetc Energy Co ltd
Tianjin Lantian Solar Tech Co ltd
CETC 18 Research Institute
Original Assignee
Tianjin Lantian Solar Tech Co ltd
CETC 18 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Lantian Solar Tech Co ltd, CETC 18 Research Institute filed Critical Tianjin Lantian Solar Tech Co ltd
Priority to CN201210246805.5A priority Critical patent/CN102751368B/zh
Publication of CN102751368A publication Critical patent/CN102751368A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102751368B publication Critical patent/CN102751368B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544Solar cells from Group III-V materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种InGaN/Si双结太阳能电池,包括n-Si衬底,其上面依次有AlN成核层、GaN缓冲层、n-InxGa1-xN层、p-InxGa1-xN层、正电极,其特点是:成核层和衬底之间有p-Si层,与n-Si衬底形成Si底电池;p-InxGa1-xN层上面蒸镀有半透明电流扩展层;负电极蒸镀于n-Si衬底下面。本发明由于在n-Si衬底和AlN成核层之间形成了p-Si层,与n-Si衬底形成了Si底电池,易于制备、电池的总转换效率高;通过蒸镀半透明电流扩展层,抗辐射能力强,电池的使用寿命长;负电极蒸镀于n-Si衬底下面,简化了工艺,降低了成本,还可当反射镜使用,进一步提高了电池的总转换效率。

Description

InGaN/Si双结太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳电池技术领域,特别是涉及一种InGaN/Si双结太阳能电池。
背景技术
目前公知的能源都是不可再生的,经过多年的开采之后,这些能源的储量都在一天天地减少,而且使用后会造成严重的环境问题,于是人们对太阳能这种取之不尽用之不竭的绿色能源越来越重视,长期以来,都在孜孜不倦地寻找太阳能高转换效率的材料。近年来,以GaN及InGaN,AlGaN为代表的第三代半导体材料——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。2002年的研究结果表明,InN的禁带宽度不是之前报道的1.89eV而是0.7eV,这就意味着通过调节InGaN材料中In组分,可使其禁带宽度从3.4eV(GaN)到0.7eV(InN)连续可调,也就是其对应吸收光谱的波长从紫外部分(365nm)可以一直延伸到近红外部分(1770nm),几乎完整地覆盖了整个太阳光谱,除此之外,还有吸收系数高、电子迁移率高、抗辐射能力强等优点,于是InGaN材料在太阳能电池领域中的应用引起了人们的密切关注。
蓝宝石和碳化硅衬底是目前生长InGaN使用最多的材料,使用蓝宝石衬底的制备工艺已经很成熟了,但是其硬度高、导电及导热差,限制了InGaN器件的性能;碳化硅衬底相比蓝宝石衬底具有更优良的性能,但其价格昂贵,限制了它的应用;而硅衬底不仅硬度和价格低,而且具有易解理、易得到大面积高质量商业化衬底以及硅基器件易于集成,带隙为1.12eV等优点,被认为是最有希望取代以上两种衬底生长InGaN的一种理想材料,但是硅衬底存在晶格失配和热膨胀失配的问题。
经过检索发现,人们开始研究如何采用Si衬底生长InGaN材料制备太阳能电池,并克服晶格失配和热膨胀失配的问题。如:申请号为200810240351.4,名称为“p-i-n型InGaN量子点太阳能电池结构及其制作方法”的发明专利,结构包括:一衬底,其上依次为低温氮化镓成核层、非有意掺杂氮化镓缓冲层、n型掺杂InxGa1-xN层、非掺杂i层InyGa1-yN量子点结构和p型掺杂InxGa1-xN层;申请号为201110300096.X,名称为“含有超晶格结构的p-i-n型InGaN太阳电池”的发明专利,结构包括:一衬底,其上依次为高温AlN成核层、非有意掺杂氮化镓缓冲层、n型掺杂GaN层、InGaN/GaN超晶格和p型掺杂GaN层,而且p型GaN层表面有Ni/Au电极,n型GaN层表面有Al/Au电极。
上述检索到的专利均采用Si作为衬底制备InGaN系太阳能电池,解决了晶格失配和热膨胀失配的问题,但由于增加了外延工艺的复杂度,降低了电池的总转换效率,提高了生产成本。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题,提供了一种易于制备、总转换效率高、抗辐射能力强、使用寿命长,并且生产成本低的一种InGaN/Si双结太阳能电池。
本发明InGaN/Si双结太阳能电池采用如下技术方案:
一种InGaN/Si双结太阳能电池,包括n-Si衬底,n-Si衬底上面自下至上依次有AlN成核层、GaN缓冲层、Si掺杂的n-InxGa1-xN层、Mg掺杂的p-InxGa1-xN层和正电极,其特点是:所述AlN成核层和n-Si衬底之间制有p-Si层,p-Si层与n-Si衬底形成Si底电池;所述Mg掺杂的p-InxGa1-xN层上面蒸镀有半透明电流扩展层;负电极蒸镀于n-Si衬底的下面。
本发明InGaN/Si双结太阳能电池还可以采用如下技术措施:
所述的半透明电流扩展层为ITO薄膜;半透明电流扩展层上光刻出正电极区域,半透明电流扩展层的其余部分被光刻胶保护形成保护区;所述正电极蒸镀于正电极区域。
所述的正电极为自下至上蒸镀成一体、厚度为20nm/60nm的Ni/Au电极。
所述的负电极为自上至下蒸镀成一体、厚度为15nm/15nm/400nm的Ti/Pd/Ag电极。
所述的正电极区域的深度为50-100nm。
本发明具有的优点和积极效果:
1、本发明采用n-Si衬底,通过生长AlN成核层时Al原子的扩散,在n-Si衬底和AlN成核层之间形成了p-Si层,p-Si层与n-Si衬底形成了Si底电池,不仅易于制备,而且制备成电池的总转换效率高;
2、本发明通过蒸镀半透明电流扩展层,加强了正电极对载流子的收集,提高了电池的抗辐射能力,延长了电池的使用寿命;
3、本发明由于在n-Si衬底的下面直接蒸镀负电极,简化了工艺,降低了成本,并且这样蒸镀的负电极还可以当做反射镜使用,进一步提高了电池的总转换效率。
附图说明
图1是本发明InGaN/Si双结太阳能电池结构示意图;
图2为在图1中半透明电流扩展层上光刻出的正电极区域和保护区。
图中,1-n-Si衬底,2-p-Si层,3-AlN成核层,4-GaN缓冲层,5-n-InxGa1-xN层,6-p-InxGa1-xN层,7-半透明电流扩展层,8-正电极,9-负电极,10-正电极区域,11-保护区。
具体实施方式
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效,特例举以下实例并结合附图进行详细说明如下:
InGaN/Si双结太阳能电池,包括n-Si衬底,n-Si衬底上面自下至上依次有AlN成核层、GaN缓冲层、Si掺杂的n-InGaN层、Mg掺杂的p-InxGa1-xN层和正电极。
本发明的创新点是:所述AlN成核层和n-Si衬底之间制有p-Si层,p-Si层与n-Si衬底形成Si底电池;所述Mg掺杂的p-InxGa1-xN层上面蒸镀有ITO薄膜作为半透明电流扩展层,半透明电流扩展层上光刻出正电极区域,半透明电流扩展层的其余部分被光刻胶保护形成保护区;所述正电极蒸镀于正电极区域,正电极为自下至上蒸镀成一体、厚度为20nm/60nm的Ni/Au电极;负电极蒸镀于n-Si衬底的下面,负电极为自上至下蒸镀成一体、厚度为15nm/15nm/400nm的Ti/Pd/Ag。
实施例:参照附图1-图2,对本发明InGaN/Si双结太阳能电池的制作过程进行描述:
步骤1、选用超声清洗后的n-Si作为衬底;
步骤2、采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD),将n-Si衬底1置于反应室中,通入TMAl流量30mL/min和NH3流量3L/min,在600℃条件,Al原子开始扩散到n-Si层中替代Si原子,形成表面高掺杂,然后升温至1000℃,Al原子进一步扩散,与n-Si衬底形成结深0.1um的p-Si层2,p-Si层上面生长出60nm厚的AlN成核层3;其中p-Si层和n-Si层即构成了Si底电池,不仅易于制备,而且制备成电池的总转换效率可达到30%以上;
步骤3、采用金属有机化学气相沉积技术在AlN成核层上生长GaN缓冲层4,生长温度为1000℃,厚度为1μm,本层可减少外延层的缺陷密度,从而提高晶体质量;
步骤4、在GaN缓冲层上生长Si掺杂的n-InxGa1-xN层5,生长温度为1000℃,其中x为0.46,掺杂浓度5×1018,厚度200nm,保证了光的吸收以及空穴的扩散;
步骤5、在n-InxGa1-xN层上生长Mg掺杂的p-InxGa1-xN层6,生长温度为1000℃,其中x为0.46,掺杂浓度5×1018,厚度范围为100nm,可提供足够的电荷,以及合适的顶部金属接触条件;
步骤6、在p-InxGa1-xN层上蒸镀半透明电流扩展层7:
将步骤5生长后的材料和ITO材料置于电子束蒸发设备中,其真空度为10-4Pa以下,同时通入流量为3.5sccm的氧气,温度为200℃,蒸镀2小时,p-InxGa1-xN层上形成200nm厚的ITO膜;取出蒸镀后的材料,再放入退火炉中,450℃的N2环境下,退火15分钟,随炉冷却至常温,p-InxGa1-xN层上的ITO膜即为半透明电流扩展层,加强了正电极对载流子的收集,提高了电池的抗辐射能力,延长了电池的使用寿命;
步骤7、光刻半透明电流扩展层
采用光刻机,在半透明电流扩展层上光刻出如图2所示,深度为80nm的正电极区域10,半透明电流扩展层的其余部分被光刻胶覆盖包围形成保护区11;
步骤8、蒸镀正电极8:
将步骤7光刻后的材料和Au、Ni置于电子束蒸发设备中,其真空度为10-4Pa以下时开始蒸镀,正电极区域蒸镀出一层厚度20nm的Ni,在Ni上蒸镀出一层厚度60nm Au,整个蒸镀过程中温度为100℃、蒸镀时间为2小时;在550℃的N2环境下,退火5分钟,随炉自然冷却至常温后,半透明电流扩展层的正电极区域即蒸镀出自下至上成为一体、厚度为20nm/60nm的Ni/Au正电极;
步骤9、蒸镀负电极9:
将步骤8蒸镀正电极后材料的n-Si衬底背面朝上,置于电子束蒸发设备中,并将Ti、Pd和Ag一同置于电子束蒸发设备中,其真空度为10-4Pa以下时开始蒸镀,在n-Si衬底的底面依次蒸镀出厚度15nm的Ti、15nm(的Pd和400nm的Ag,整个蒸镀过程中温度为100℃、蒸镀2小时;750℃的N2环境下,退火5分钟,随炉自然冷却至常温后,n-Si衬底的背面蒸镀出图1所示电池位置自上至下成为一体、厚度15nm/15nm/400nm的Ti/Pd/Ag负电极,即完成本发明InGaN/Si双结太阳能电池的制作。该负极的制备过程简化了工艺,降低了成本,并可以当做反射镜使用,进一步提高了电池的总转换效率。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种InGaN/Si双结太阳能电池,包括n-Si衬底,n-Si衬底上面自下至上依次有AlN成核层、GaN缓冲层、Si掺杂的n-InxGa1-xN层、Mg掺杂的p-InxGa1-xN层和正电极负电极,其特征在于:所述AlN成核层和n-Si衬底之间制有p-Si层,p-Si层与n-Si衬底形成Si底电池;所述Mg掺杂的p-InxGa1-xN层上面蒸镀有半透明电流扩展层;负电极蒸镀于n-Si衬底的下面。
2.根据权利要求1所述的InGaN/Si双结太阳能电池,其特征在于:所述的半透明电流扩展层为ITO薄膜;半透明电流扩展层上光刻出正电极区域,半透明电流扩展层的其余部分被光刻胶保护形成保护区;所述正电极蒸镀于正电极区域。
3.根据权利要求1或2所述的InGaN/Si双结太阳能电池,其特征在于:所述正电极为自下至上蒸镀成一体、厚度为20nm/60nm的Ni/Au电极。
4.根据权利要求1所述的InGaN/Si双结太阳能电池,其特征在于:所述负电极为自上至下蒸镀成一体、厚度为15nm/15nm/400nm的Ti/Pd/Ag电极。
5.根据权利要求2所述的InGaN/Si双结太阳能电池,其特征在于:所述正电极区域的深度为50-100nm。
CN201210246805.5A 2012-07-17 2012-07-17 InGaN/Si双结太阳能电池 Active CN102751368B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210246805.5A CN102751368B (zh) 2012-07-17 2012-07-17 InGaN/Si双结太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210246805.5A CN102751368B (zh) 2012-07-17 2012-07-17 InGaN/Si双结太阳能电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102751368A true CN102751368A (zh) 2012-10-24
CN102751368B CN102751368B (zh) 2015-01-14

Family

ID=47031395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210246805.5A Active CN102751368B (zh) 2012-07-17 2012-07-17 InGaN/Si双结太阳能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102751368B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103928539A (zh) * 2013-01-11 2014-07-16 国际商业机器公司 多结iii-v太阳能电池及其制造方法
CN104347753A (zh) * 2013-08-01 2015-02-11 中国电子科技集团公司第十八研究所 InGaN/Si三结太阳能电池的制备方法
CN113594028A (zh) * 2021-07-27 2021-11-02 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓p型掺杂的方法、GaN基PN结的制作方法及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050102298A (ko) * 2004-04-21 2005-10-26 한국전기연구원 광감응형 및 p-n접합 복합구조를 갖는 태양전지 및 그제조방법
CN101866967A (zh) * 2010-04-30 2010-10-20 华中科技大学 太阳能电池
CN102290478A (zh) * 2011-09-05 2011-12-21 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种p-i-n型单结InGaN太阳能电池
CN102403377A (zh) * 2011-11-01 2012-04-04 宁波市鑫友光伏有限公司 N型衬底硅太阳能电池及其生产方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050102298A (ko) * 2004-04-21 2005-10-26 한국전기연구원 광감응형 및 p-n접합 복합구조를 갖는 태양전지 및 그제조방법
CN101866967A (zh) * 2010-04-30 2010-10-20 华中科技大学 太阳能电池
CN102290478A (zh) * 2011-09-05 2011-12-21 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种p-i-n型单结InGaN太阳能电池
CN102403377A (zh) * 2011-11-01 2012-04-04 宁波市鑫友光伏有限公司 N型衬底硅太阳能电池及其生产方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103928539A (zh) * 2013-01-11 2014-07-16 国际商业机器公司 多结iii-v太阳能电池及其制造方法
CN104347753A (zh) * 2013-08-01 2015-02-11 中国电子科技集团公司第十八研究所 InGaN/Si三结太阳能电池的制备方法
CN113594028A (zh) * 2021-07-27 2021-11-02 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓p型掺杂的方法、GaN基PN结的制作方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN102751368B (zh) 2015-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102290478B (zh) 一种p-i-n型单结InGaN太阳能电池
CN102790120B (zh) GaInP/GaAs/Ge三结级联太阳能电池及其制备方法
US20140096817A1 (en) Novel hole collectors for silicon photovoltaic cells
CN102290493A (zh) 一种p-i-n型单结InGaN太阳能电池的制备方法
CN102738340B (zh) 一种采用AlInN量子垒提高GaN基LED内量子效率的LED结构及制备方法
CN102738311B (zh) 一种InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法
CN102324443A (zh) 一种倒装三结InGaN太阳能电池
CN111180527A (zh) 一种GaN基PN二极管及其制备方法
CN102751368B (zh) InGaN/Si双结太阳能电池
CN103646961B (zh) 含高阻寄生导电层的硅基iii族氮化物薄膜及生长方法
JP6060652B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP2011198975A (ja) タンデム型太陽電池
Williams et al. Development of a high-band gap high temperature III-nitride solar cell for integration with concentrated solar power technology
CN105552149A (zh) 基于自支撑GaN衬底的高In组分InGaN/GaN量子阱结构太阳能电池及其制法
US20150122329A1 (en) Silicon heterojunction photovoltaic device with non-crystalline wide band gap emitter
CN102290458A (zh) 一种InGaN太阳能电池外延片及其制备方法
JP5669228B2 (ja) 多接合太陽電池およびその製造方法
CN104201220A (zh) 含有低温插入层的铟镓氮/氮化镓多量子阱太阳能电池
CN104347747A (zh) 硅电池上生长氮镓铟系的三结太阳能电池
CN102832272A (zh) InGaN太阳能电池及其制作方法
CN206210825U (zh) 一种n型氮化镓基发光二极管
CN102231402B (zh) 一种ii-vi族稀释氧化物半导体薄膜太阳电池
CN203398145U (zh) 一种InGaN/Si三结太阳能电池
CN108269866B (zh) 一种混合极性InGaN太阳能电池结构
CN102324448B (zh) 一种倒装三结InGaN太阳能电池的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190529

Address after: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Zone (Outside Rim) No. 6 Solar Cell and Controller Workshop, Haitai Huake 7th Road, Second Floor

Co-patentee after: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

Patentee after: TIANJIN LANTIAN SOLAR TECH Co.,Ltd.

Co-patentee after: China Electric Power Shenzhen Group Co.,Ltd.

Address before: 300384 No. 15, Sidao, Haitai Development, Huayuan Industrial Park, Xiqing District, Tianjin

Co-patentee before: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

Patentee before: TIANJIN LANTIAN SOLAR TECH Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Zone (Outside Rim) No. 6 Solar Cell and Controller Workshop, Haitai Huake 7th Road, Second Floor

Patentee after: TIANJIN LANTIAN SOLAR TECH Co.,Ltd.

Patentee after: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

Patentee after: CETC Blue Sky Technology Co.,Ltd.

Address before: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Zone (Outside Rim) No. 6 Solar Cell and Controller Workshop, Haitai Huake 7th Road, Second Floor

Patentee before: TIANJIN LANTIAN SOLAR TECH Co.,Ltd.

Patentee before: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

Patentee before: CETC Energy Co.,Ltd.

Address after: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Zone (Outside Rim) No. 6 Solar Cell and Controller Workshop, Haitai Huake 7th Road, Second Floor

Patentee after: TIANJIN LANTIAN SOLAR TECH Co.,Ltd.

Patentee after: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

Patentee after: CETC Energy Co.,Ltd.

Address before: 300384 Tianjin Binhai New Area Huayuan Industrial Zone (Outside Rim) No. 6 Solar Cell and Controller Workshop, Haitai Huake 7th Road, Second Floor

Patentee before: TIANJIN LANTIAN SOLAR TECH Co.,Ltd.

Patentee before: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

Patentee before: China Electric Power Shenzhen Group Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder