[发明专利]一种InGaN太阳能电池外延片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，特别是涉及一种InGaN太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，以GaN、InGaN为代表的Ⅲ族氮化物太阳能电池成为人们研究的热点。研究表明，InN的禁带宽度为0.7eV，这意味着通过调节In_xGa_1-xN三元合金中的InN组分，其对应的吸收光谱的波长几乎完整地覆盖了整个太阳光谱。由于In组分的连续可调，能够达到设计的理想禁带宽度组合，而易获得更高的转换效率，多结InGaN电池光电转换效率最高可达太阳能电池的最大转化效率72%。

现有的InGaN太阳能电池基本都是单结的，即吸收层只有一个，如一层未掺杂InGaN层或InGaN/GaN量子阱。InGaN太阳能电池主要是普通的P-I-N结构，如图6所示，一般包括衬底、缓冲层、n型层、吸收层、p型层。其中衬底材料可采用蓝宝石、SiC、Si、GaN等。吸收层可以采用一定厚度的非故意掺杂的InGaN层，也可采用InGaN/GaN量子阱结构。虽然InGaN带边吸收强烈，但是其吸收谱却很窄，采用一定厚度的非故意掺杂的InGaN层，或采用InGaN/GaN量子阱结构，只能在较窄的光波范围产生较强的吸收。要提高太阳能电池效率最佳的结构是生长多结太阳能电池，需要生长In组分不同的多结结构，使其在较宽的光波范围产生较强吸收。然而，由于高In组分InGaN制备困难，且多结结构很复杂，需要在结与结之间生长高载流子浓度的隧穿结，其生长难度较大，容易形成很多缺陷，导致暗电流过大等不利影响。

发明内容

本发明的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种太阳能电池外延片，从而提高InGaN基太阳能电池外延片性的能。

本发明的另一个目的是提供所述外延片的制备方法。

本发明的第一个发明目的通过以下技术方案来予以实现：

提供一种InGaN太阳能电池外延片，所述外延片的结构从下至上依次为衬底、缓冲层、n型层、吸收层Ⅰ、吸收层Ⅱ和p型层。衬底与n型层可根据现有技术生长一低温缓冲层。

优选地，所述缓冲层和n型层之间还可以包括一层未掺杂GaN层。

最好的是，所述吸收层Ⅰ为InGaN/GaN量子阱层结构，为多量子阱，周期范围为8~15。

最好的是，所述吸收层Ⅱ为未掺杂的InGaN层。

本发明外延片在量子阱吸收层Ⅰ后生长未掺杂的InGaN吸收层Ⅱ，所述吸收层Ⅱ的In组分可以比量子阱的低，也可以比量子阱的高。这样的发明设计，一方面，由于增加了未掺杂的InGaN吸收层Ⅱ，可以拓宽吸收谱的宽度，从而增加太阳能电池量子效率；另一方面，吸收层Ⅱ增加了吸收层的厚度从而增加了对光子的吸收，提高太阳能电池的整体光电转换效率。

所采用的吸收层Ⅱ，如果吸收谱能够与量子阱的吸收谱刚好匹配的话就能够达到接近多结太阳能电池的光电转换效率，而且其暗电流等性能参数与单结太阳能电池相当。总体来说增加的吸收层Ⅱ都是可以增加光电转换效率，从而提升电池性能的

最好的是，所述吸收层Ⅱ中In组分一般为0.01~0.5。

最好的是，生长的吸收层Ⅱ的In组分可以是恒定的也可以是渐变的，恒定的生长较容易，但是其吸收谱宽度恒定，而渐变的生长难度大，但是晶格匹配更好。

最好的是，所述吸收层Ⅱ厚度一般为3nm~100nm。

最好的是，所述吸收层Ⅱ生长完成后可以有GaN 覆盖层，也可以没有GaN 覆盖层。

最好的是，所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。

最好的是，本发明外延片n型层优选n型GaN：si层。

最好的是，所述p型层为p型GaN:Mg层，或p型AlGaN:Mg层和GaN:Mg层。

本发明的第二个发明目的是提供一种具有双吸收层的InGaN太阳能电池的制备方法，采用MOCVD设备制备所述外延片，包括以下步骤：

（1）在1000℃在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；

（2）降温至480℃，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；

（3）在1000℃的温度下，在衬底上生长n型层；

（4）将温度降至650℃～780℃，生长量子阱吸收层Ⅰ；

（5）温度650℃～780℃，生长未掺杂的InGaN吸收层Ⅱ；

（6）温度升至800℃～1000℃，生长p型层即制备得到所述外延片。