[发明专利]一种半导体太阳能电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池光伏技术领域，尤其是指一种半导体异质结太阳能电池结构及其制作方法。

背景技术

石油、煤炭等常规能源的日益短缺及对其过度开发所导致的地球生态问题是人类21世纪所面临的最大的挑战。太阳能高效发电技术作为一种清洁的、可再生能源利用技术不断取得突破。晶体硅太阳电池、非晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、III_A-V_A族化合物半导体太阳电池、II_A-VI_A族化合物半导体多晶薄膜太阳电池等越来越多的太阳电池技术日趋成熟。光电转换效率的不断提高及制造成本的持续降低，使得光伏技术在空间和地面都得到了广泛的应用。

随着在太阳电池技术领域水平的不断提高，人们提出了由多个子电池组成的高效多结太阳能电池。在相同的光照条件下，每个子电池产生的电流要相等才能达到最高的转换效率。然而要满足以上要求，必须折中考虑每个子电池的最优结构设计和产生的电流量。一般来讲，通过调整子电池基区材料的组分来增加子电池的电流会降低其开路电压。比如，子电池中采用较低带隙的半导体材料可以产生较大的电流，但是开路电压会明显降低。因为电池的转换效率同时与开路电压和短路电流有关，所以通过改变子电池中基区材料组分的方法来使各个子电池间电流匹配会降低单个子电池的转换效率，所以还需要更深入地研究，以便找出更好的解决办法。

传统III_A-V_A族半导体太阳能电池利用N区和P区接触产生的耗尽区内建电场来驱动光生载流子运动，但是由于光生载流子在耗尽区的复合比在体材料中严重，如何减少耗尽区对光子的吸收，同时增强内建电场来加速光生载流子的运动成为学者研究的课题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种半导体太阳能电池，包括由至少一个子电池层组成的有源层，所述子电池层从上至下依次包括窗口层、发射区、基区及背场层，所述发射区及基区之间引入一耗尽区；所述耗尽区组分的带隙宽度大于发射区、基区组分的带隙宽度。

其中，所述耗尽区组分的带隙宽度比发射区、基区组分的带隙宽度大。

所述发射区组分的带隙宽度不小于所述基区组分的带隙宽度。

耗尽区的宽度由基区和发射区的性质而定，可通过公式计算获得，所述耗尽区的厚度一般不超过其宽度，因此耗尽区的厚度为0.1～1微米。

更进一步地，所述基区与发射区的掺杂类型相反。

其中，所述基区的厚度为0.1～10微米；所述发射区的厚度为0.01～0.1微米。

所述耗尽区包括p型掺杂区和n型掺杂区，p型掺杂区和n型掺杂区分别与掺杂类型相同的基区或发射区相邻，成为基区或发射区的一部分。

所述基区、发射区和耗尽区的制作材料为AlInP、AlGaInP、GaInP、GaAs、GaInAs、InGaAsP或者InP中一种或多种。

本发明还提供这种半导体太阳能电池的制作方法，包括以下步骤；

步骤一：在衬底上外延生长背场层，然后在所述背场层上生长掺杂的基区；

步骤二：在所述基区上生长耗尽区；所述耗尽区组分的带隙宽度大于所述基区的带隙宽度；

步骤三：在所述耗尽区上生长与所述基区掺杂类型相反的发射区；所述发射区组分的带隙宽度小于耗尽区组分的带隙宽度，所述发射区组分的带隙宽度不小于所述基区组分的带隙宽度；

步骤四：在所述发射区上生长窗口层；在此完成所述太阳能电池一子电池层的制作；由至少一个所述子电池层组成所述太阳能电池的有源层，在所述有源层的窗口层上制作抗反膜和正面欧姆接触电极；在所述有源层背面制作背面欧姆接触电极。

其中，所述耗尽区组分的带隙宽度比发射区、基区组分的带隙宽度大。

耗尽区的宽度由基区和发射区的性质而定，可通过公式计算获得，所述耗尽区的厚度一般不超过其宽度，因此耗尽区的厚度为0.1～1微米。

更进一步，所述基区与发射区的掺杂类型相反。

其中，所述基区的厚度为0.1～10微米；所述发射区的厚度为0.01～0.1微米。

所述耗尽区包括p型掺杂区和n型掺杂区，p型掺杂区和n型掺杂区分别与掺杂类型相同的基区或发射区相邻，成为基区或发射区的一部分。

所述基区、发射区和耗尽区的制作材料为AlInP、AlGaInP、GaInP、GaAs、GaInAs、InGaAsP或者InP中一种或多种。