CN108198893A - 一种氮面极性InGaN太阳能电池结构 - Google Patents
一种氮面极性InGaN太阳能电池结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108198893A CN108198893A CN201810090987.9A CN201810090987A CN108198893A CN 108198893 A CN108198893 A CN 108198893A CN 201810090987 A CN201810090987 A CN 201810090987A CN 108198893 A CN108198893 A CN 108198893A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type gan
- gan layer
- light absorbing
- solar battery
- 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.)
- Pending
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 61
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical group [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 8
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03046—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP
- H01L31/03048—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including ternary or quaternary compounds, e.g. GaAlAs, InGaAs, InGaAsP comprising a nitride compounds, e.g. InGaN
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
- H01L31/1848—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P comprising nitride compounds, e.g. InGaN, InGaAlN
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，其包括：n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层、分别镀在n型GaN层和p型GaN层表面的金属电极；i区光吸收层位于n型GaN层的上面，p型GaN层位于i区光吸收层的上面；其中，n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层的极性为N面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池结构。本发明的特点是外延层为氮面极性，使得光吸收层i‑InGaN层中的总极化电场与内建电场方向相同，从而使极化效应不会阻碍光生载流子的分离和输运，以得到高效的InGaN太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，采用p区在上n区在下的氮(N)面极性电池结构。
背景技术
InGaN合金材料的禁带宽度可随In组分的不同从0.7eV连续变化到3.4eV，这一变化范围对应的光波长覆盖了可见光的所有区域并延伸到近紫外区域和近红外区域，几乎与太阳光谱完美匹配，成为全光谱太阳能电池的重要材料。此外，InGaN材料具有高吸收系数，远高于单晶硅和GaAs，只需要很薄的InGaN材料即可吸收绝大部分太阳光。因此，如果使用InGaN材料制备太阳能电池，不仅可以节省原材料节约成本，还有望获得较高的功率质量比。此外，InGaN太阳能电池还具有抗辐照能力强等优点，在空间太阳能电池领域具有巨大的应用潜力，是国际光伏电池和氮化物材料研究领域的前沿研究方向。
半导体太阳能电池的基本原理是靠p区和n区的空间电荷所产生的内建电场来分离光生电子空穴对，使光生电子被n区收集，光生空穴被p区收集。对于InGaN和GaN材料体系而言，材料中存在强的自发极化效应，同时由于InGaN层受到双轴压应力会另外产生一个压电极化电场，因此，InGaN太阳能电池的i区中不仅存在空间电荷产生的内建电场，也存在由极化电荷产生的极化电场。而i层作为光能的吸收层将产生大量的电子空穴对，i层中内建电场和极化电场所产生的总电场的方向和大小将对光生载流子的输运效果产生重要影响。
对于传统的Ga面极性p-i-n(p区在上)InGaN太阳能电池结构，光吸收层i-InGaN层中的总极化电场与内建电场方向相反，会阻碍光生载流子的分离和输运，从而降低电池效率。通过设计电池结构使得i区中的内建电场与总极化电场方向一致，则能够有效提高InGaN太阳能电池的效率。
发明内容
本发明为了解决传统的Ga面极性的p-i-n结构InGaN太阳能电池效率较低的技术问题，提出了一种N面极性的p-i-n(p区在上)结构的InGaN太阳能电池。
本发明使得光吸收层i层中的总极化电场与内建电场方向相同，从而使极化效应不会阻碍光生载流子的分离和输运，以得到高效的InGaN太阳能电池，克服了传统镓(Ga)面极性InGaN电池中p区在上n区在下时极化效应阻碍光生载流子分离和输运导致太阳能电池效率低的问题。
本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，其包括：
n型GaN层；
i区光吸收层，位于n型GaN层的上面；
p型GaN层，位于i区光吸收层的上面；
分别镀在n型GaN层和p型GaN层表面的金属电极；其中，
n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层的极性为N面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池结构。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构的制备方法，其包括以下步骤：
在衬底上依次生长成核层、Ⅲ族氮化物缓冲层、n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层；
分别在n型GaN层和p型GaN层的表面制作金属电极。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明氮面极性InGaN太阳能电池结构至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本发明的InGaN太阳能电池结构为氮面极性并且p区在上n区在下的太阳能电池结构，使得光吸收层i层中的总极化电场与内建电场方向相同，使极化效应不会阻碍光生载流子的分离和输运，从而得到高效的InGaN太阳能电池；
(2)本发明的氮面极性InGaN太阳能电池结构的理论光电转换效率可接近单结太阳能电池的极限效率，并可作为完整太阳能电池直接应用。
附图说明
图1为本发明实施例一种氮面极性InGaN太阳能电池结构的结构示意图。
图2为传统Ga面极性p-i-n结构的InGaN太阳能电池结构中空间电荷和极化电荷极性分布示意图，以及i区内建电场方向和极化电场方向的示意图。其中，i区内建电场和极化电场方向相反。
图3为本发明N面极性p-i-n结构的InGaN太阳能电池结构中空间电荷和极化电荷极性分布示意图，以及i区内建电场方向和极化电场方向的示意图。其中，i区内建电场和极化电场方向相同。
图4为传统Ga面极性p-i-n结构(p区在上)的InGaN太阳能电池结构的能带示意图。
图5为本发明N面极性p-i-n结构(p区在上)的InGaN太阳能电池结构的能带示意图。
【主要元件】
01 衬底；
02 成核层；
03 Ⅲ族氮化物缓冲层；
04 n型GaN层；
05 i区光吸收层；
06 p型GaN层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的示例性实施例中，提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构。图1为本发明实施例一种氮面极性InGaN太阳能电池结构的结构示意图。如图1所示，本发明氮面极性InGaN太阳能电池结构包括：n型GaN层04、i区光吸收层05、p型GaN层06、分别镀在n型GaN层和p型GaN层表面的金属电极，i区光吸收层位于n型GaN层的上面，p型GaN层位于i区光吸收层的上面。其中，n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层的极性为N面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池结构。
作为一种具体的实施方式，InGaN太阳能电池结构还包括：衬底01、成核层02、Ⅲ族氮化物缓冲层03，成核层位于衬底的上面，Ⅲ族氮化物缓冲层位于成核层的上面，n型GaN层位于Ⅲ族氮化物缓冲层的上面。其中，成核层、Ⅲ族氮化物缓冲层的极性为N面极性。也就是说，在本实施例中，p-i-n结构的N面极性InGaN太阳能电池结构自下而上依次为衬底，成核层，Ⅲ族氮化物缓冲层，n型GaN层，i区光吸收层，p型GaN层。各外延层极性为氮面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池。
其中，衬底01为蓝宝石或碳化硅或硅或氮化镓，成核层02为氮化镓或氮化铝或铝镓氮，厚度为0.01-0.50μm。Ⅲ族氮化物缓冲层的材料包括GaN,AlGaN,AlN,InGaN等。n型GaN层04为Si掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，厚度范围为50nm—500nm。p型GaN层06为Mg掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，厚度范围为50nm—500nm。
优选地，在i区光吸收层中，以InGaN作为主要光吸收材料。其中，i区光吸收层05以InxGa1-xN作为光吸收层或者InxGa1-xN/GaN多量子阱结构作为光吸收层。若以InxGa1-xN作为i区光吸收层，In组分0.01≤x≤0.99，厚度范围为100nm—500nm；若i区光吸收层为InxGa1-xN多量子阱结构InxGa1-xN/GaN，则InxGa1-xN阱层In组分0.01≤x≤0.99，厚度范围为1nm—10nm，GaN垒层厚度为1nm—15nm，多量子阱结构的周期数为10到60周期。
如图2、3所示，传统Ga面极性p-i-n结构的InGaN太阳能电池结构中i区内建电场方向和极化电场方向相反，本发明N面极性p-i-n结构的InGaN太阳能电池结构中i区内建电场方向和极化电场方向相同，i区中的内建电场与总极化电场方向一致，能够有效提高InGaN太阳能电池结构的效率。
如图4、5所示，传统Ga面极性p-i-n结构的InGaN太阳能电池结构由于极化作用阻碍光生载流子的分离和输运，从图4中可直观看到能带的倾斜方向不利于电子输运。而本发明N面极性p-i-n结构的InGaN太阳能电池结构中极化作用不会阻碍光生载流子的分离和输运，从图5中可直观看到能带的倾斜方向利于电子输运。
在本实施例中，还提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构的制备方法，具体包括：在衬底上依次生长成核层、Ⅲ族氮化物缓冲层、n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层。
在衬底上生长各层材料的方法包括但不局限于金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)和气相外延法，优先采用分子束外延法。衬底优选蓝宝石图形衬底。
在制备过程中，
成核层优选GaN成核层，GaN成核层生长温度为400—750℃，厚度范围为2—100nm。
Ⅲ族氮化物缓冲层生长温度为400—1100℃，厚度范围为1-3μm，本层用于减少外延层中的缺陷密度，提高晶体生长质量。
n型GaN层，生长温度为600—1100℃，厚度范围为100nm—500nm，Si掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，该层用于提供足够的空间电荷，并与负电极相接触。
i区光吸收层以InxGa1-xN作为光吸收层，i-InxGa1-xN层未掺杂，生长温度为500—1000℃，In组分0.01≤x≤0.99，厚度范围为100nm—500nm。
p型GaN层，生长温度为500—1100℃，厚度范围为100nm—500nm，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，该层用于提供足够的空间电荷，并与正电极相接触。
上述材料生长完成之后，依次完成p台面刻蚀、p型电极沉积、n型电极沉积等过程，p电极和n电极沉积金属，通过退火等工艺形成良好欧姆接触，电阻率为1×10-3Ωcm2—1×10-6Ωcm2。
通过以上步骤的实施，完成本发明p-i-n结构的氮面极性InGaN太阳能电池结构的制作过程。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明氮面极性InGaN太阳能电池结构有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，该结构的特点是外延层为氮面极性，使得光吸收层i-InGaN层中的总极化电场与内建电场方向相同，从而使极化效应不会阻碍光生载流子的分离和输运，以得到高效的InGaN太阳能电池。
应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，其包括：
n型GaN层；
i区光吸收层，位于n型GaN层的上面；
p型GaN层，位于i区光吸收层的上面；
分别镀在n型GaN层和p型GaN层表面的金属电极；其中，
n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层的极性为N面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池结构。
2.根据权利要求1所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构，其中，还包括：
衬底；
成核层，位于衬底的上面；
Ⅲ族氮化物缓冲层，位于成核层的上面；其中，
n型GaN层位于Ⅲ族氮化物缓冲层的上面，成核层、Ⅲ族氮化物缓冲层的极性为N面极性。
3.根据权利要求1或2所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构，其中，
p型GaN层为Mg掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，厚度范围为50nm—500nm。
4.根据权利要求1或2所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构，其中，
i区光吸收层以InxGa1-xN作为光吸收层或者以InxGa1-xN/GaN多量子阱结构作为光吸收层。
5.根据权利要求4所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构，其中，
以InxGa1-xN作为i区光吸收层时，In组分0.01≤x≤0.99，厚度范围为100nm—500nm；
以InxGa1-xN/GaN多量子阱结构作为i区光吸收层时，InxGa1-xN阱层In组分0.01≤x≤0.99，厚度范围为1nm—10nm，GaN垒层厚度为1nm—15nm，多量子阱结构的周期数为10到60周期。
6.根据权利要求1或2所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构，其中，
n型GaN层为Si掺杂，掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，厚度范围为50nm—500nm。
7.根据权利要求1或2所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构，其中，
成核层为氮化镓或氮化铝或铝镓氮，厚度为0.01-0.50μm；衬底为蓝宝石或碳化硅或硅或氮化镓。
8.一种用于权利要求1-7任一项所述的氮面极性InGaN太阳能电池结构的制备方法，其包括以下步骤：
在衬底上依次生长成核层、Ⅲ族氮化物缓冲层、n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层；
分别在n型GaN层和p型GaN层的表面制作金属电极。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，
p型GaN层，生长温度为500—1100℃，厚度范围为100nm—500nm，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，该层用于提供足够的空间电荷，并与正电极相接触；
n型GaN层，生长温度为600—1100℃，厚度范围为100nm—500nm，Si掺杂浓度为1×1017cm-3—1×1019cm-3，该层用于提供足够的空间电荷，并与负电极相接触。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其中，
在衬底上生长各层材料的方法包括：金属有机物化学气相沉积法、分子束外延法、气相外延法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810090987.9A CN108198893A (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种氮面极性InGaN太阳能电池结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810090987.9A CN108198893A (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种氮面极性InGaN太阳能电池结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108198893A true CN108198893A (zh) | 2018-06-22 |
Family
ID=62591942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810090987.9A Pending CN108198893A (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种氮面极性InGaN太阳能电池结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108198893A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109004055A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-14 | 西安电子科技大学 | 基于n极性氮化物材料的光电转换结构及制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN102290458A (zh) * | 2011-09-16 | 2011-12-21 | 华南师范大学 | 一种InGaN太阳能电池外延片及其制备方法 |
| CN106298990A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-01-04 | 东南大学 | 一种利用自发极化电场的非极性太阳能电池 |
-
2018
- 2018-01-30 CN CN201810090987.9A patent/CN108198893A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN102290458A (zh) * | 2011-09-16 | 2011-12-21 | 华南师范大学 | 一种InGaN太阳能电池外延片及其制备方法 |
| CN106298990A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-01-04 | 东南大学 | 一种利用自发极化电场的非极性太阳能电池 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LIN LU ETL.: "Comparision between Ga- and N-polarity InGaN solar cells with gradient-In-composition intrinsic layers", 《CHIN. PHYS. B》 * |
| YEN-KUANG KUO ETL.: "Numerical Study of (0001) Face GaN/InGaN p-i-n Solar Cell With Compositional Grading Configuration", 《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109004055A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-14 | 西安电子科技大学 | 基于n极性氮化物材料的光电转换结构及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10050166B2 (en) | Silicon heterojunction photovoltaic device with wide band gap emitter | |
| JP3657143B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| Yoshimura et al. | Indium phosphide core–shell nanowire array solar cells with lattice-mismatched window layer | |
| US9324911B2 (en) | Methods of fabricating dilute nitride semiconductor materials for use in photoactive devices and related structures | |
| CN102290478B (zh) | 一种p-i-n型单结InGaN太阳能电池 | |
| CN106067493A (zh) | 一种微晶格失配量子阱太阳能电池及其制备方法 | |
| CN104465843A (zh) | 一种双面生长的GaAs四结太阳电池 | |
| TW201128789A (en) | New structure solar cell with superlattices | |
| CN105355670B (zh) | 一种含dbr结构的五结太阳能电池 | |
| US8431815B2 (en) | Photovoltaic device comprising compositionally graded intrinsic photoactive layer | |
| CN103094378B (zh) | 含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的背入射太阳能电池 | |
| CN102496639B (zh) | 等离激元增强型中间带太阳能电池及其光电转换薄膜材料 | |
| US20150122329A1 (en) | Silicon heterojunction photovoltaic device with non-crystalline wide band gap emitter | |
| KR20120012719A (ko) | Ⅲ-ⅴ족 화합물 반도체 양자점을 흡수층으로 이용한 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| CN108198893A (zh) | 一种氮面极性InGaN太阳能电池结构 | |
| JP2010232563A (ja) | 多接合型光学素子 | |
| CN108269866A (zh) | 一种混合极性InGaN太阳能电池结构 | |
| CN208062083U (zh) | 一种氮化物薄膜太阳能电池 | |
| CN105810760A (zh) | 一种晶格匹配的五结太阳能电池及其制作方法 | |
| CN102176490A (zh) | 锑辅助生长的砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的制作方法 | |
| CN102751368B (zh) | InGaN/Si双结太阳能电池 | |
| CN109148622A (zh) | 一种双面用高效太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103579388B (zh) | 一种含有双背场结构的太阳电池 | |
| CN108269877A (zh) | 一种InGaN太阳能电池结构 | |
| Fan et al. | Epitaxial GaAsP/Si tandem solar cells with integrated light trapping |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180622 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |