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太陽能電池與其制作方法

977   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:紫石能源有限公司  
2024-02-21 16:41:23
權(quán)利要求書: 1.一種太陽能電池,其特征在于,所述太陽能電池包括依次疊置的背場層(20)、基層(30)和發(fā)射層(40),所述背場層(20)與所述發(fā)射層(40)之間具有PN結(jié),所述基層(30)為超晶格結(jié)構(gòu)層,所述超晶格結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)疊置的周期結(jié)構(gòu),各所述周期結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層,三個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP,其中,0

沿靠近所述發(fā)射層(40)的方向上,一個(gè)所述周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層依次為第一子結(jié)構(gòu)層(31)、第二子結(jié)構(gòu)層(32)和第三子結(jié)構(gòu)層(33),包括GaAs的所述子結(jié)構(gòu)層為所述第一子結(jié)構(gòu)層(31),包括InxGa1?xAs的所述子結(jié)構(gòu)層為所述第二子結(jié)構(gòu)層(32),包括InyGa1?yP的所述子結(jié)構(gòu)層為所述第三子結(jié)構(gòu)層(33);

一個(gè)所述周期結(jié)構(gòu)中,包括GaAs的所述子結(jié)構(gòu)層的厚度在2nm~50nm之間,包括InxGa1?xAs的所述子結(jié)構(gòu)層的厚度在1~15nm之間,包括InyGa1?yP的所述子結(jié)構(gòu)層的厚度在2~30nm之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,所述周期結(jié)構(gòu)有2~200個(gè),所述基層(30)的厚度在100~5000nm之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,至少部分所述周期結(jié)構(gòu)還包括第四子結(jié)構(gòu)層(34),所述第四子結(jié)構(gòu)層(34)位于所述第三子結(jié)構(gòu)層(33)的遠(yuǎn)離所述第二子結(jié)構(gòu)層(32)的表面上,所述第四子結(jié)構(gòu)層(34)包括InzGa1?zAs,其中,0

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池,其特征在于,各所述周期結(jié)構(gòu)中,包括InyGa1?yP的所述子結(jié)構(gòu)層為第三子結(jié)構(gòu)層(33),與所述發(fā)射層(40)距離最小的所述周期結(jié)構(gòu)中不包括所述第四子結(jié)構(gòu)層(34);所述第四子結(jié)構(gòu)層(34)的厚度在1~15nm之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,0.3

6.一種太陽能電池的制作方法,用于制作權(quán)利要求1所述的太陽能電池,其特征在于,所述制作方法包括:在襯底的表面上設(shè)置背場層;在所述背場層的遠(yuǎn)離所述襯底的表面上疊層設(shè)置多個(gè)周期結(jié)構(gòu),形成基層,各所述周期結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層,各所述周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)所述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP,其中,0

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作方法,其特征在于,所述基層的制作過程包括:步驟S1,沿遠(yuǎn)離所述背場層的方向依次生長包括GaAs的所述子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的所述子結(jié)構(gòu)層、包括InyGa1?yP的所述子結(jié)構(gòu)層和包括InzGa1?zAs的所述子結(jié)構(gòu)層,形成第一個(gè)所述周期結(jié)構(gòu);步驟S2,重復(fù)所述步驟S1共N?2次,形成第二個(gè)至第N?1個(gè)所述周期結(jié)構(gòu);步驟S3,依次生長包括GaAs的所述子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的所述子結(jié)構(gòu)層和包括InyGa1?yP的所述子結(jié)構(gòu)層,形成第N個(gè)所述周期結(jié)構(gòu),其中,0

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制作方法,其特征在于,在氮?dú)鉃檩d氣的條件下,生長包括GaAs的所述子結(jié)構(gòu)層;在氫氣為載氣的條件下,生長包括InxGa1?xAs的所述子結(jié)構(gòu)層;在氮?dú)鉃檩d氣的條件下,生長包括InyGa1?yP的所述子結(jié)構(gòu)層。

說明書: 太陽能電池與其制作方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本申請涉及太陽能電池領(lǐng)域,具體而言,涉及一種太陽能電池與其制作方法。背景技術(shù)[0002] 隨著節(jié)能減排運(yùn)動(dòng)的興起,作為轉(zhuǎn)化效率最高的GaAs太陽能電池的應(yīng)用越來越廣泛。高晶體質(zhì)量的GaAs太陽能電池主要是通過金屬有機(jī)化合物氣相沉積(MOCD)或者分子束外延(MBE)中進(jìn)行外延沉積制備。[0003] 單結(jié)GaAs太陽能電池一般包括襯底,背場層,基層,發(fā)射層,窗口層和接觸層,目前最高轉(zhuǎn)化效率達(dá)到28.6%。而多結(jié)砷化鎵太陽能電池,利用不同帶隙寬度吸收光譜范圍不同,通過隧道結(jié)將不同禁帶寬度的材料制備的子電池串聯(lián)得到。而隧道結(jié)往往由重?fù)诫s材料組成,生長困難。因此,多結(jié)砷化鎵太陽能電池的制作較困難。[0004] 在背景技術(shù)部分中公開的以上信息只是用來加強(qiáng)對本文所描述技術(shù)的背景技術(shù)的理解,因此,背景技術(shù)中可能包含某些信息,這些信息對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說并未形成在本國已知的現(xiàn)有技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容[0005] 本申請的主要目的在于提供一種太陽能電池與其制作方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)中高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池的制作較困難的問題。[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,根據(jù)本申請的一個(gè)方面,提供了一種太陽能電池,該太陽能電池包括依次疊置的背場層、基層和發(fā)射層,上述背場層與上述發(fā)射層之間具有PN結(jié),上述基層為超晶格結(jié)構(gòu)層,上述超晶格結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)疊置的周期結(jié)構(gòu),各上述周期結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層,三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP,其中,0[0007] 進(jìn)一步地,沿靠近上述發(fā)射層的方向上,一個(gè)上述周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層依次為第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層和第三子結(jié)構(gòu)層,包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層為上述第一子結(jié)構(gòu)層,包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層為上述第二子結(jié)構(gòu)層,包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層為上述第三子結(jié)構(gòu)層。[0008] 進(jìn)一步地,一個(gè)上述周期結(jié)構(gòu)中,包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層的厚度在2nm~50nm之間,包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層的厚度在1~15nm之間,包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層的厚度在2~30nm之間。[0009] 進(jìn)一步地,上述周期結(jié)構(gòu)有2~200個(gè),優(yōu)選地,上述基層的厚度在100~5000nm之間。[0010] 進(jìn)一步地,至少部分上述周期結(jié)構(gòu)還包括第四子結(jié)構(gòu)層,上述第四子結(jié)構(gòu)層位于上述第三子結(jié)構(gòu)層的遠(yuǎn)離上述第二子結(jié)構(gòu)層的表面上,上述第四子結(jié)構(gòu)層包括InzGa1?zAs,其中,0[0011] 進(jìn)一步地,各上述周期結(jié)構(gòu)中,包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層為第三子結(jié)構(gòu)層,與上述發(fā)射層距離最小的上述周期結(jié)構(gòu)中不包括上述第四子結(jié)構(gòu)層;優(yōu)選地,上述第四子結(jié)構(gòu)層的厚度在1~15nm之間。[0012] 進(jìn)一步地,0.3[0013] 根據(jù)本申請的另一方面,提供了一種太陽能電池的制作方法,上述制作方法包括:在襯底的表面上設(shè)置背場層;在上述背場層的遠(yuǎn)離上述襯底的表面上疊層設(shè)置多個(gè)周期結(jié)構(gòu),形成基層,各上述周期結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層,各上述周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP,其中,0[0014] 進(jìn)一步地,上述基層的制作過程包括:步驟S1,沿遠(yuǎn)離上述背場層的方向依次生長包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層、包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層和包括InzGa1?zAs的上述子結(jié)構(gòu)層,形成第一個(gè)上述周期結(jié)構(gòu);步驟S2,重復(fù)上述步驟S1共N?2次,形成第二個(gè)至第N?1個(gè)上述周期結(jié)構(gòu);步驟S3,依次生長包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層和包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層,形成第N個(gè)上述周期結(jié)構(gòu),其中,0[0015] 進(jìn)一步地,在氮?dú)鉃檩d氣的條件下,生長包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層;在氫氣為載氣的條件下,生長包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層;在氮?dú)鉃檩d氣的條件下,生長包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層。[0016] 應(yīng)用本申請的技術(shù)方案,上述的太陽能電池中,由于吸收層為超晶格結(jié)構(gòu)層,具體包括多個(gè)由至少三個(gè)子結(jié)構(gòu)層形成的周期結(jié)構(gòu),超晶格周期結(jié)構(gòu)不僅有利于載流子的迅速轉(zhuǎn)移,而且由各層組成的吸收層結(jié)構(gòu)有利于光的傳輸吸收,同時(shí)超晶格結(jié)構(gòu)層又有利于提高光的增益利用,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。超晶格結(jié)構(gòu)層中的各個(gè)周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP。GaAs的禁帶寬度1.43e,InyGa1?yP的禁帶寬度1.9e左右,InxGa1?xAs隨著In組分的增加使其禁帶寬度有不斷減小,該吸收層中包括多種光譜吸收范圍不同的材料,拓寬了電池光譜吸收范圍,提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。附圖說明[0017] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解,本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請,并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:[0018] 圖1示出了根據(jù)本申請的太陽能電池的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;[0019] 圖2示出了圖1中的太陽能電池中的基層的結(jié)構(gòu)示意圖;[0020] 圖3示出了本申請的另一種基層的結(jié)構(gòu)示意圖;以及[0021] 圖4示出了包括圖3的基層的太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。[0022] 其中,上述附圖包括以下附圖標(biāo)記:[0023] 10、襯底;20、背場層;30、基層;31、第一子結(jié)構(gòu)層;32、第二子結(jié)構(gòu)層;33、第三子結(jié)構(gòu)層;34、第四子結(jié)構(gòu)層;40、發(fā)射層;50、窗口層;60、接觸層。具體實(shí)施方式[0024] 應(yīng)該指出,以下詳細(xì)說明都是例示性的,旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明,本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。[0025] 需要注意的是,這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式,而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的,除非上下文另外明確指出,否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式,此外,還應(yīng)當(dāng)理解的是,當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí),其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。[0026] 應(yīng)該理解的是,當(dāng)元件諸如層、膜、區(qū)域、或襯底描述為在另一元件“上”時(shí),該元件可直接在該另一元件上,或者也可存在中間元件。而且,在說明書以及權(quán)利要求書中,當(dāng)描述有元件“連接”至另一元件時(shí),該元件可“直接連接”至該另一元件,或者通過第三元件“連接”至該另一元件。[0027] 正如背景技術(shù)所介紹的,現(xiàn)有技術(shù)中高轉(zhuǎn)化效率的太陽能電池的制作較困難,為了解決如上的問題,本申請?zhí)岢隽艘环N太陽能電池與其制作方法。[0028] 本申請的一種典型的實(shí)施方式中,提供了一種太陽能電池,如圖1所示,該太陽能電池包括依次疊置的背場層20、基層30和發(fā)射層40,上述背場層20的摻雜類型與上述發(fā)射層40的摻雜類型相反,即在背場層和發(fā)射層之間具有PN結(jié),上述基層30包括多個(gè)疊置的周期結(jié)構(gòu),因此,該基層為超晶格結(jié)構(gòu)層,如圖2所示,各上述周期結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層,且在一個(gè)周期結(jié)構(gòu)中,三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP,其中,0[0029] 上述的太陽能電池中,由于吸收層為超晶格結(jié)構(gòu)層,具體包括多個(gè)由至少三個(gè)子結(jié)構(gòu)層形成的周期結(jié)構(gòu),超晶格周期結(jié)構(gòu)不僅有利于載流子的迅速轉(zhuǎn)移,而且由各層組成的吸收層結(jié)構(gòu)有利于光的傳輸吸收,同時(shí)超晶格結(jié)構(gòu)層又有利于提高光的增益利用,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。超晶格結(jié)構(gòu)層中的各個(gè)周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP。GaAs的禁帶寬度1.43e,InyGa1?yP的禁帶寬度1.9e左右,InxGa1?xAs隨著In組分的增加使其禁帶寬度有不斷減小,該吸收層中包括多種光譜吸收范圍不同的材料,拓寬了電池光譜吸收范圍,提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。[0030] 需要說明的是,上述基層的摻雜類型可以與上述的背場層的摻雜類型相同,基層也可以不摻雜,即各子結(jié)構(gòu)層均為本征層。[0031] 需要說明的是,背場層、基層和發(fā)射層形成PIN結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中,必然具有PN結(jié),但是具體PN結(jié)的位置可以是背場層和基層形成的,也可以是背場層、基層和發(fā)射層三者形成的,還可以是發(fā)射層和基層形成的,具體位于哪個(gè)位置主要是由背場層、基層和發(fā)射層的摻雜類型、摻雜濃度以及厚度這三個(gè)因素決定的。[0032] 本申請的周期結(jié)構(gòu)中的子結(jié)構(gòu)層的個(gè)數(shù)至少為三個(gè),本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇設(shè)置大于或者等于三個(gè)子結(jié)構(gòu)層的周期結(jié)構(gòu)。[0033] 需要說明的是,本申請中的多個(gè)周期結(jié)構(gòu)可以為相同的周期結(jié)構(gòu),也可以為不同的周期結(jié)構(gòu),本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況將各個(gè)周期結(jié)構(gòu)設(shè)置為相同的或者不同的。[0034] 本申請的上述周期結(jié)構(gòu)中的子結(jié)構(gòu)層可以為摻雜有雜質(zhì)的摻雜層,也可以為不摻雜雜質(zhì)的非摻雜層,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇將各子結(jié)構(gòu)層設(shè)置為摻雜層或者非摻雜層。[0035] 本申請的一種具體的實(shí)施例中,沿靠近上述發(fā)射層40的方向上,一個(gè)上述周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層依次為第一子結(jié)構(gòu)層31、第二子結(jié)構(gòu)層32和第三子結(jié)構(gòu)層33,包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層為上述第一子結(jié)構(gòu)層31,包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層為上述第二子結(jié)構(gòu)層32,包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層為上述第三子結(jié)構(gòu)層33。即各周期結(jié)構(gòu)包括沿靠近發(fā)射層依次疊置的包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層和包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層。這樣的排列順序能夠最大程度地吸收入射的光波,提高光電轉(zhuǎn)換效率,減小光能量的浪費(fèi)。[0036] 本申請的包括上述三個(gè)材料的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層的排列順序可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置,比如依次為包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層、包括GaAs的子結(jié)構(gòu)層和包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層。還可以為其他的排列設(shè)置方式。[0037] 為了進(jìn)一步提升本申請的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,降低成本,本申請的一種實(shí)施例中,一個(gè)上述周期結(jié)構(gòu)中,包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層的厚度在2nm~50nm之間,包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層的厚度在1~15nm之間,包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層的厚度在2~30nm之間。[0038] 本申請的周期結(jié)構(gòu)的數(shù)量可以為大于或者等于2的任何數(shù)量,本申請的一種實(shí)施例中,上述周期結(jié)構(gòu)有2~200個(gè)。這樣可以進(jìn)一步保證形成缺陷較少的超晶格結(jié)構(gòu)層,且同時(shí)保證該太陽能電池的成本較低。[0039] 吸收層的厚度會(huì)影響太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,本申請的一種實(shí)施例中,上述超晶格結(jié)構(gòu)層的厚度在100~5000nm之間。這個(gè)厚度可以進(jìn)一步減少基層中的缺陷,也可以進(jìn)一步保證光吸收率較高,從而進(jìn)一步提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。[0040] 為了進(jìn)一步拓寬吸收層吸收的光譜范圍,本申請的另一種實(shí)施例中,如圖3和圖4所示,至少部分上述周期結(jié)構(gòu)還包括第四子結(jié)構(gòu)層34,上述第四子結(jié)構(gòu)層34位于上述第三子結(jié)構(gòu)層33的遠(yuǎn)離上述第二子結(jié)構(gòu)層32的表面上,上述第四子結(jié)構(gòu)層34包括InzGa1?zAs,其中,0[0041] 上述的第四子結(jié)構(gòu)層和之前提及的包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層可以為材料相同的結(jié)構(gòu)層,即x與z的數(shù)值相同,也可以為材料不同的結(jié)構(gòu)層,即x與z的數(shù)值不同,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇將第四結(jié)構(gòu)層與InxGa1?xAs層設(shè)置為材料相同的結(jié)構(gòu)層或材料不同的結(jié)構(gòu)層。[0042] 一種具體的實(shí)施例中,如圖4所示,各上述周期結(jié)構(gòu)中,包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層為第三子結(jié)構(gòu)層33,與上述發(fā)射層40距離最小的上述周期結(jié)構(gòu)中不包括上述第四子結(jié)構(gòu)層34,這樣使得最后一個(gè)周期的最外的結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP層,該層的禁帶寬度相對較大,使得吸收層可以吸收短波長的光波,即可以先吸收大部分的能量,避免能量的浪費(fèi)。[0043] 本申請的一種實(shí)施例中,上述第四子結(jié)構(gòu)層34的厚度在1~15nm之間。這樣的厚度能夠在保證太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率的前提下,降低成本,提高太陽能電池的制作效率。[0044] 本申請的上述InyGa1?yP層中的y為大于0且小于1的任何數(shù)值,y值越大,InyGa1?yP的禁帶寬度越小,通過調(diào)整y的值,可以得到合適帶隙寬度的材料,為了使得InyGa1?yP的禁帶寬度與InxGa1?xAs層和GaAs層匹配,使得吸收層的吸收光譜范圍更大,進(jìn)一步提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率,本申請的一種實(shí)施例中,0.3[0045] 本申請的又一種實(shí)施例中,如圖4所示,上述太陽能電池還包括窗口層50與接觸層60,其中,窗口層50設(shè)置在上述發(fā)射層40的遠(yuǎn)離上述基層30的表面上,上述窗口層50的摻雜類型與上述發(fā)射層40的摻雜類型相同;接觸層60設(shè)置在上述窗口層50的遠(yuǎn)離上述發(fā)射層40的表面上,上述接觸層60的摻雜類型與上述發(fā)射層40的摻雜類型相同。通過設(shè)置窗口層和接觸層可以進(jìn)一步促進(jìn)電子或者空穴向收集的方向運(yùn)動(dòng),進(jìn)而可以進(jìn)一步提升該太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。并且,接觸層用于與金屬電極接觸設(shè)置。

[0046] 為了更好地阻擋電子或者空穴沿著與收集方向相反的方向移動(dòng),從而進(jìn)一步提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,本申請的一種實(shí)施例中,上述背場層包括AlMGa1?MAs或者(AlNGa1?N)QIn1?QP,其中,M取值范圍0?0.5,N取值范圍0?0.5,Q取值范圍0.4?0.6。[0047] 當(dāng)然,本申請的上述背場層的材料并不限于上述的材料,還可以為其他的可行的材料,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料形成本申請的背場層。[0048] 本申請的再一種實(shí)施例中,上述背場層的厚度在30~200nm之間,這樣一方面可以更好地阻擋電子或者空穴沿著與收集方向相反的方向運(yùn)動(dòng),進(jìn)而提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率;另外一方面,將背場層設(shè)置在這個(gè)范圍內(nèi),可以保證太陽能電池的成本較低,且可以保證太陽能電池具有較小的重量和較小的體積,盡量保證太陽能電池的輕薄化。[0049] 為了進(jìn)一步提升高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,本申請的一種實(shí)施例中,上述發(fā)3 16 22 3

射層40的摻雜濃度在1E16~1E22/cm之間,即在1.0×10 ~1.0×10 /cm之間,且為P型摻雜。

[0050] 為了更進(jìn)一步保證該太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較高,且同時(shí)保證該太陽能電池具有較低的成本,本申請的一種實(shí)施例中,上述發(fā)射層的厚度在100?1000nm之間。[0051] 為了進(jìn)一步提升太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,本申請的一種實(shí)施例中,上述窗口層包括AlWGa1?WAs或者(AlGa1?)UIn1?UP,其中,W取值范圍為0?0.5,取值范圍為0?0.5,U取值范圍為0.4?0.6。[0052] 當(dāng)然,本申請中的窗口層的處理并不限于包括上述的材料,還可以包括其他的可用的半導(dǎo)體材料,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的半導(dǎo)體材料形成本申請的窗口層。[0053] 本申請的另一種實(shí)施例中,上述窗口層的厚度在30~200nm之間,這樣不僅可以很好地促進(jìn)電子或者空穴向收集的方向運(yùn)動(dòng),還可以保證該太陽能電池的成本較低,還能進(jìn)一步保證該太陽能電池的體積和重量較小。[0054] 一種具體的實(shí)施例中,本申請的上述電極接觸層60為高摻雜GaAs層,摻雜濃度范3

圍為1E18?1E22/cm,摻雜類型與發(fā)射層相同。

[0055] 本申請的再一種實(shí)施例中,上述接觸層的厚度在30~200nm之間,這樣不僅可以保證該太陽能電池具有較小的接觸電阻和較高的光電轉(zhuǎn)換效率,還可以進(jìn)一步保證該太陽能電池的體積和重量較小。[0056] 本申請的另一種典型的實(shí)施方式中,提供了一種太陽能電池的制作方法,該制作方法包括:[0057] 在襯底的表面上設(shè)置背場層;[0058] 在上述背場層的遠(yuǎn)離上述襯底的表面上疊層設(shè)置多個(gè)周期結(jié)構(gòu),形成基層,各上述周期結(jié)構(gòu)包括疊置的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層,各上述周期結(jié)構(gòu)中,三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP,其中,0[0059] 在上述基層的遠(yuǎn)離上述襯底的表面上設(shè)置發(fā)射層,上述發(fā)射層與上述背場層之間形成PN結(jié)。[0060] 采用上述方法形成的太陽能電池中,吸收層為超晶格結(jié)構(gòu)層,具體包括多個(gè)由至少三個(gè)子結(jié)構(gòu)層形成的周期結(jié)構(gòu),超晶格周期結(jié)構(gòu)不僅有利于載流子的迅速轉(zhuǎn)移,而且由各層組成的吸收層結(jié)構(gòu)有利于光的傳輸吸收,同時(shí)超晶格結(jié)構(gòu)層又有利于提高光的增益利用,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。超晶格結(jié)構(gòu)中的各個(gè)周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP。GaAs的禁帶寬度1.43e,InyGa1?yP的禁帶寬度1.9e左右,InxGa1?xAs隨著In組分的增加使其禁帶寬度有不斷減小,該吸收層中包括多種光譜吸收范圍不同的材料,拓寬了電池光譜吸收范圍,提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。并且,上述的制作方法較簡單,使得太陽能電池的制作效率較高。[0061] 需要說明的是,上述制作方法形成的太陽能電池中可能包括襯底,也可能不需要包括襯底,當(dāng)不需要襯底時(shí),在制作過程中,通過剝離的方式將襯底剝離,形成不包括襯底的太陽能電池。[0062] 本申請的包括上述三個(gè)材料的三個(gè)子結(jié)構(gòu)層的排列順序可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置,比如依次為包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層、包括GaAs的子結(jié)構(gòu)層和包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層。還可以為其他的排列設(shè)置方式。[0063] 一種具體的實(shí)施方式中,上述第一子結(jié)構(gòu)層包括GaAs的子結(jié)構(gòu)層,上述第二子結(jié)構(gòu)層的材料為包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層,上述第三子結(jié)構(gòu)層為包括InyGa1?yP的子結(jié)構(gòu)層,部分上述周期結(jié)構(gòu)還包括第四子結(jié)構(gòu)層,上述第四子結(jié)構(gòu)層包括InzGa1?zAs層,其中,0[0064] 步驟S1,沿遠(yuǎn)離上述背場層的方向依次生長包括GaAs的子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層、包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層和包括InzGa1?zAs的上述子結(jié)構(gòu)層,形成第一個(gè)上述周期結(jié)構(gòu);[0065] 步驟S2,重復(fù)上述步驟S1共N?2次,形成第二個(gè)至第N?1個(gè)上述周期結(jié)構(gòu);[0066] 步驟S3,依次生長包括GaAs的上述子結(jié)構(gòu)層、包括InxGa1?xAs的上述子結(jié)構(gòu)層和包括InyGa1?yP的上述子結(jié)構(gòu)層,形成第N個(gè)上述周期結(jié)構(gòu)。[0067] 為了提高周期結(jié)構(gòu)中的各子結(jié)構(gòu)層的材料質(zhì)量,本申請的一種實(shí)施例中,在氮?dú)鉃檩d氣的條件下,生長包括GaAs的子結(jié)構(gòu)層;在氫氣為載氣的條件下,生長包括InxGa1?xAs的子結(jié)構(gòu)層;在氮?dú)鉃檩d氣的條件下,生長包括InyGa1?yP的子結(jié)構(gòu)層。[0068] 本申請的又一種實(shí)施例中,在設(shè)置上述發(fā)射層之后,上述制作方法還包括:在上述發(fā)射層的遠(yuǎn)離上述基層的表面上依次疊層設(shè)置窗口層和接觸層。形成如圖4所示的結(jié)構(gòu),其中,上述窗口層50的摻雜類型與上述發(fā)射層40的摻雜類型相同;上述接觸層60的摻雜類型與上述發(fā)射層40的摻雜類型相同。通過設(shè)置窗口層和接觸層可以進(jìn)一步促進(jìn)電子或者空穴向收集的方向運(yùn)動(dòng),進(jìn)而可以進(jìn)一步提升該太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。并且,接觸層用于與金屬電極接觸設(shè)置。[0069] 本申請的再一種實(shí)施例中,上述太陽能電池還包括正面電極和背面電極,正面電極位于發(fā)射層的遠(yuǎn)離基層的一側(cè),背面電極位于基層的遠(yuǎn)離發(fā)射層的一側(cè)。[0070] 需要說明的是,本申請的襯底可以為現(xiàn)有技術(shù)中的任何可用的材料形成,例如,Ge、Si或GaAs等等,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料形成本申請的襯底。[0071] 需要說明的是,本申請中的上述各材料層的設(shè)置方法可以為現(xiàn)有技術(shù)中的任何設(shè)置方法,具體可以根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)置,例如,可以根據(jù)具體的材料來設(shè)置,對應(yīng)的設(shè)置方法可以為MOCD、MBE、PECD或PD等等。[0072] 為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案,以下將結(jié)合具體的實(shí)施例來說明本申請的技術(shù)方案。[0073] 實(shí)施例1[0074] 太陽能電池的制作過程由以下步驟形成:[0075] 將襯底傳入MOCD設(shè)備中,通入H2氣體,升高溫度對襯底進(jìn)行高溫清洗,溫度為500攝氏度;[0076] 在襯底10上生長AlMGa1?MAs材料,形成背場層20,M取值為0.5,生長溫度為600攝氏度。Ⅴ/Ⅲ值為25、生長速度3nm/s的條件下生長100nm的背場層,背場層為N型摻雜且摻雜濃3

度為1E19/cm。

[0077] 在載氣為N2的氛圍下,通入鎵源和AsH3生長40nm的第一子結(jié)構(gòu)層,具體為GaAs層;Ⅴ/Ⅲ值為50,生長速度為3nm/s;

[0078] 將載氣切換為H2,通入銦源,沉積速率為0.5nm/s,生長InxGa1?xAs,中途切斷鎵源和銦源,保持AsH3正常通入40s,停頓外延生長,促進(jìn)In原子遷移成點(diǎn),形成第二子結(jié)構(gòu)層,其中x取0.5,厚度10nm,生長溫度為500℃;[0079] 將載氣切換為N2,切斷砷源,通入鎵源和磷源,制備InyGa1?yP層,即第三子結(jié)構(gòu)層,其中y取值為0.5,厚度為20nm;[0080] 切斷磷源,將載氣切換為H2,通入鎵源和砷源,沉積速率為0.5nm/s,生長InzGa1?zAs,中途切斷鎵源和銦源,保持AsH3正常通入45s,停頓外延生長,促進(jìn)In原子遷移成點(diǎn),形成第四子結(jié)構(gòu)層,其中z取0.5,厚度為10nm,生長溫度為500℃;[0081] 重復(fù)生長第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層、第三子結(jié)構(gòu)層和第四子結(jié)構(gòu)層49次,再重復(fù)生長第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層和第三子結(jié)構(gòu)層一次,形成基層。[0082] 在基層上生長發(fā)射層,發(fā)射層40為P型摻雜的AlGaAs,摻雜濃度為1E19/cm3,厚度為200,生長溫度為600之間;[0083] 在發(fā)射層上生長窗口層,窗口層為AlWGa1?WAs層,其中w取值為0.3,厚度為100nm,生長溫度為600攝氏度[0084] 在窗口層上生長接觸層,接觸層為高摻雜的GaAs層,摻雜濃度為1E120/cm3,摻雜類型與發(fā)射層相同,厚度為100nm,生長溫度為600攝氏度,得到太陽能電池。[0085] 將太陽能電池的溫度冷卻到室溫,從設(shè)備中取出。[0086] 上述的Ⅴ/Ⅲ值表示第五族和第三族的元素的物質(zhì)的量得比。[0087] 實(shí)施例2[0088] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:只重復(fù)生長第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層和第三子結(jié)構(gòu)層和第四子結(jié)構(gòu)層1次。[0089] 實(shí)施例3[0090] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:不生長第四子結(jié)構(gòu)層,即各個(gè)周期結(jié)構(gòu)中不包括第四子結(jié)構(gòu)層。[0091] 實(shí)施例4[0092] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:重復(fù)生長第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層、第三子結(jié)構(gòu)層和第四子結(jié)構(gòu)層49次后,再重復(fù)生長第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層、第三子結(jié)構(gòu)層和第四子結(jié)構(gòu)層一次,形成基層。[0093] 實(shí)施例5[0094] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:y=0.2。[0095] 實(shí)施例6[0096] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:上述GaAs層的厚度為55nm。[0097] 實(shí)施例7[0098] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:上述InxGa1?xAs層厚度為17nm。[0099] 實(shí)施例8[0100] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:上述InyGa1?yP層的厚度為32nm。[0101] 實(shí)施例9[0102] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:上述第四子結(jié)構(gòu)層的厚度為16nm。[0103] 實(shí)施例10[0104] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:各周期結(jié)構(gòu)中,依次生長InxGa1?xAs層、InyGa1?yP層和GaAs層。[0105] 對比例1[0106] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:不重復(fù)生長第一子結(jié)構(gòu)層、第二子結(jié)構(gòu)層、第三子結(jié)構(gòu)層和第四子結(jié)構(gòu)層,即周期結(jié)構(gòu)只有一個(gè)。[0107] 對比例2[0108] 與實(shí)施例1的區(qū)別為:第二子結(jié)構(gòu)層也為GaAs層。[0109] 采I測試方法測量各實(shí)施例以及對比例的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,測試結(jié)果見表1。[0110] 表1[0111] 光電轉(zhuǎn)換效率(%)

實(shí)施例1 28.6

實(shí)施例2 22.3

實(shí)施例3 26.4

實(shí)施例4 27.2

實(shí)施例5 26.2

實(shí)施例6 28.3

實(shí)施例7 26.8

實(shí)施例8 28.0

實(shí)施例9 26.0

實(shí)施例10 26.8

對比例1 19.6

對比例2 22.1

[0112] 需要說明的是,上述的“Ⅴ/Ⅲ值”表示五族和三族原子的物質(zhì)量之比。[0113] 從以上的描述中,可以看出,本申請上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果:[0114] 1、本申請的太陽能電池中,由于吸收層為超晶格結(jié)構(gòu)層,具體包括多個(gè)由至少三個(gè)子結(jié)構(gòu)層形成的周期結(jié)構(gòu),超晶格周期結(jié)構(gòu)不僅有利于載流子的迅速轉(zhuǎn)移,而且由各層組成的吸收層結(jié)構(gòu)有利于光的傳輸吸收,同時(shí)超晶格結(jié)構(gòu)層又有利于提高光的增益利用,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。超晶格結(jié)構(gòu)層中的各個(gè)周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP。GaAs的禁帶寬度1.43e,InyGa1?yP的禁帶寬度1.9e左右,InxGa1?xAs隨著In組分的增加使其禁帶寬度有不斷減小,該吸收層中包括多種光譜吸收范圍不同的材料,拓寬了電池光譜吸收范圍,提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。[0115] 2、本申請的上述制作方法形成的太陽能電池中,吸收層為超晶格結(jié)構(gòu)層,具體包括多個(gè)由至少三個(gè)子結(jié)構(gòu)層形成的周期結(jié)構(gòu),超晶格周期結(jié)構(gòu)不僅有利于載流子的迅速轉(zhuǎn)移,而且由各層組成的吸收層結(jié)構(gòu)有利于光的傳輸吸收,同時(shí)超晶格結(jié)構(gòu)層又有利于提高光的增益利用,提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。超晶格結(jié)構(gòu)層中的各個(gè)周期結(jié)構(gòu)中的三個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層中的一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括GaAs,另一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InxGa1?xAs,再一個(gè)上述子結(jié)構(gòu)層包括InyGa1?yP。GaAs的禁帶寬度1.43e,InyGa1?yP的禁帶寬度1.9e左右,InxGa1?xAs隨著In組分的增加使其禁帶寬度有不斷減小,該吸收層中包括多種光譜吸收范圍不同的材料,拓寬了電池光譜吸收范圍,提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。并且,上述的制作方法較簡單,使得太陽能電池的制作效率較高。[0116] 以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本申請,對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。 $(function(){ $('.-description-text-tab .item').tab(); $('.-description-item-english').on('click', function () { $('.ui.tiny.button.green[data-lang="not-en"]').css('display','none'); $('.ui.tiny.button.green[data-lang="en"]').css('display','inline-block'); }); $('.-description-item-src').on('click', function () { $('.ui.tiny.button.green[data-lang="not-en"]').css('display','inline-block'); $('.ui.tiny.button.green[data-lang="en"]').css('display','none'); }); var patentersion = $("#descriptionInfo .description").data("patentersion"); switch(patentersion){ case "us": modifyPageStructure(function (){ var numberTextArray = []; $("heading").siblings("br").remove().end().parent().siblings("br").remove(); $("brfsum").children("br").remove(); $("brfsum > btext").children("br").remove(); $("brfsum > btext > h").children("br").remove(); $("brfsum > btext > h > stext").children("br").remove(); $("brfsum > btext > para").find("br").remove(); $("brfsum > btext > para").append("<br>"); $("drwdesc").children("br").remove(); $("drwdesc > btext").children("br").remove(); $("drwdesc > btext > h").children("br").remove(); $("drwdesc > btext > h > stext").children("br").remove(); $("drwdesc > btext > para").find("br").remove(); $("drwdesc > btext > para").append("<br>"); $("detdesc").children("br").remove(); $("detdesc > btext").children("br").remove(); $("detdesc > btext > h").children("br").remove(); $("detdesc > btext > h > stext").children("br").remove(); $("detdesc > btext > para").find("br").remove(); $("detdesc > btext > para").append("<br>"); if ($("summary-of-invention").length){ $("summary-of-invention").siblings("br").remove(); $("summary-of-invention > br").remove(); } $("paragraph").each(function (i, e){ var $this = $(e); var $number = $this.find("number"); var number = $number.text(); var m = number.match(/(\d+)/); if (m) { $number.text("[" + m[1] + "]"); } }); $("heading").addClass("us-heading") }); break; case "ep": modifyPageStructure(function (){ $(".description p, .description li").siblings("br").remove(); $(".description p > br").remove(); $(".description").show(); $("heading").addClass("ep-heading") }); break; default: modifyPageStructure(); } function modifyPageStructure (fn){ fn && fn(); $(".description").show(); } (function () { var highlightTerms = $('input[name=highlightTerms]').val(); if (highlightTerms != null && highlightTerms != "") { highlightTerms = JSON.parse(highlightTerms); $.map(highlightTerms, function (terms) { highlight("description", terms); }); } function highlight(property, terms) { $("[data-property=" + property + "]").mark(terms, { "element": "span", "className": "search_gl_highlight" }); } })(); $(document).trigger("ajax.ph"); });



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“太陽能電池與其制作方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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