[发明专利]碳化硅中间带太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种碳化硅中间带太阳能电池及其制备方法。

背景技术

碳化硅(SiC)属于第三代宽带隙半导体材料，这类半导体材料还包括立方氮化硼(c-BN)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、金刚石(C)等。碳化硅材料由于带隙宽、临界击穿场强高、导热性能好、载流子饱和漂移速度大以及化学性质特别稳定等突出优点，在高温、高频、大功率、抗辐射的微电子和光电子器件方面具有巨大的应用潜力。碳化硅材料具有200多种同质异构多型体，其中3C-SiC、6H-SiC和4H-SiC是三种技术比较成熟的碳化硅半导体材料。

近年来，中间带太阳电池引起了人们极大的研究兴趣，这是因为它的转换效率理论上可以达到63％。它的工作原理是：在作为太阳电池吸收层的半导体材料的禁带内形成一个新的窄能带，即中间带。这样对于新形成的太阳电池来讲，能量大于禁带宽度的高能光子直接把价带电子激发到导带上，形成光电流；而对于能量小于禁带宽度的光子，它可以先把价带上的一个电子激发到中间带上，然后第2个这样的低能光子再把中间带上的电子激发到导带上，结果是2个低能光子通过协同激发也可以在价带和导带上产生一个电子空穴对。这样的总体效果是在不影响太阳电池开路电压的情况下，大大拓展了太阳电池对太阳光的吸收波长，产生了额外的光电流，大幅提高了原太阳电池的能量转换效率。将性质稳定的碳化硅半导体材料改性并制作成中间带太阳电池，它将会特别适合在外太空等极端环境条件下工作。

但是目前碳化硅中间带太阳电池方面的研究才刚刚开始，尚未有新的碳化硅中间带太阳能电池结构提出。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种碳化硅中间带太阳能电池及其制备方法。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种碳化硅中间带太阳能电池。该碳化硅中间带太阳能电池包括：n型碳化硅衬底1；形成于该n型碳化硅衬底1上的经深能级杂质离子注入和纳秒激光退火的本征层2，其作为中间带；以及形成于该本征层2上的p型帽层3。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种碳化硅中间带太阳能电池的制备方法。该制备方法包括：步骤B：在n型碳化硅衬底1上生长本征层2；步骤C：对本征层2进行离子注入；步骤D：应用纳秒超快激光对离子注入后的本征层2进行退火；以及步骤E：在退火后的本征层2上生长p型帽层3。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明碳化硅中间带太阳能电池及其制备方法具有以下有益效果：

(1)碳化硅中间带太阳电池结构系首次提出，，它可以大幅提高碳化硅太阳电池的光响应波长和转换效率；

(2)采用p-i-n结构，这有利于太阳光的吸收和光生载流子的收集，对提高太阳电池效率有利。

附图说明

图1为根据本发明实施例碳化硅中间带太阳能电池的结构示意图；

图2为根据本发明实施例碳化硅中间带太阳能电池制作方法的流程图。

【主要元件】

1-n型碳化硅衬底；      2-本征层；

3-p型帽层。

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。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，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的值。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。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

本发明首次提出了一种新颖的碳化硅中间带太阳电池结构，以及它的制作方法。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种碳化硅中间带太阳能电池。图1为根据本发明实施例碳化硅中间带太阳能电池的结构示意图。如图1所示，本实施例碳化硅中间带太阳能电池包括：n型碳化硅衬底1；形成于该n型碳化硅衬底上的经深能级杂质离子注入和纳秒激光退火的本征层2，其作为中间带光吸收层；以及形成于该本征层上的p型帽层3。

以下对本实施例碳化硅中间带太阳能电池的各个部分进行详细说明。