[发明专利]异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着环境污染以及能源危机等问题的加剧，人们对新能源（尤其是基于完全无害的太阳光的太阳电池）的利用充满了期待。某些太阳能电池材料受掺杂和组分的影响，而使用它们的异质结构可避免上述问题，故此含有这种异质结构的P-N或P-I-N太阳电池越来越得到人们的重视。当使用异质结时，由于晶格失配的问题不仅使常规生长的材料中存在过多的晶格缺陷，而且异质结的势垒会阻碍载流子的输运和收集，不利于提高太阳电池的效率。鉴于此，基于渐变层缓冲结构的太阳电池近年来得到了广泛关注。

基于常规异质结设计思想的太阳电池制备方法，简要步骤如图1，包括：步骤100，在衬底205表面依次生长缓冲层204、N型层或P型层203，形成结构如图2A；步骤101，在N型层或P型层203表面生长晶格失配的有源区202，形成结构如图2B；步骤102，在有源区202表面生长顶层P型或N型层201，形成结构如图2C；步骤103，制作电流扩展层206，淀积金属，制作N电极207、P 电极210，形成结构如图2D。如图1、图2A、图2B、图2C和图2D所示，按此方法，在有源区202的生长过程中直接生长与N型和P型层晶格常数差别较大的材料，由于晶格失配度高，生长过程中因为应力释放的原因会出现大量的失配位错，如图2C中的位错208所示，从而降低材料的结晶质量进而影响太阳电池的性能。同时，由于有源区与N型和P型层之间的材料相差较大，故接触的势垒较高，如传统失配体系太阳电池能带结构简图，即图5A所示，这不利于载流子的输运，会降低太阳电池的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供异质结太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种异质结太阳能电池，包括一具有第一导电类型的第一薄膜，以及在第一薄膜表面依次设置的一有源区及一具有第二导电类型的第二薄膜，所述第一薄膜与有源区之间还包括一与第一薄膜相异质的第一渐变缓冲层，第二薄膜与有源区之间还包括一与第二薄膜相异质的第二渐变缓冲层。

所述的异质结太阳能电池，进一步包括一衬底以及一电流扩展层，所述第一薄膜设置在衬底表面，所述电流扩展层设置在第二薄膜表面。

所述第一渐变缓冲层的材料与第二渐变缓冲层的材料均为In_xGa_1-xN，有源区的材料为In_yGa_1-yN，y的范围为0至1；第一渐变缓冲层中x按照远离衬底方向由0渐变至y，而第二渐变缓冲层中x按照远离衬底方向由y渐变至0。

所述的异质结太阳能电池，进一步包括一缓冲层，置于衬底与第一薄膜之间。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种如上述的一种异质结太阳能电池的制备方法，包括步骤：

1）在第一薄膜裸露表面生长与第一薄膜相异质的第一渐变缓冲层；

2）在第一渐变缓冲层裸露表面外延生长有源区；

3）在有源区裸露表面生长第二渐变缓冲层；

4）在第二渐变缓冲层裸露表面生长与第二渐变缓冲层相异质的第二薄膜层，且第一薄膜与第二薄膜的导电类型相反。

所述步骤1）之前进一步包括步骤：提供一衬底，在衬底表面生长第一薄膜；所述步骤4）之后进一步包括步骤：在第二薄膜裸露表面生长电流扩展层。

所述步骤1）中第一渐变缓冲层的生长和步骤3）中第二渐变缓冲层的生长均采用组分线性变化生长或组分突变生长。

所述在衬底表面生长第一薄膜的步骤，进一步包括步骤：在衬底表面生长一缓冲层，后在缓冲层表面生长第一薄膜。

本发明提供异质结太阳能电池及其制备方法，优点在于：

本发明对传统异质失配结构的太阳电池器件制备方法做出了创新，解决了传统制备方法中N型和P型层与有源区晶格不匹配所导致的问题，能有效减少材料缺陷带来的载流子复合损失；降低N型和P型与有源区的势垒高度，提高载流子的输运效率，提高了太阳电池的光电性能和效率。

附图说明

图1是传统异质失配体系太阳电池制备的方法流程图；

图2A至2D是传统异质失配体系太阳电池器件制备的工艺步骤流程图；

图3是本发明提供的异质结太阳能电池制备方法第二具体实施例的方法流程图；

图4A至4E是本发明提供的异质结太阳能电池制备第二具体实施例的工艺步骤流程图；

图5A 是传统失配体系太阳电池能带结构简图；

图5B是本发明提供的异质结太阳能电池的能带结构简图。