[发明专利]一种太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别涉及一种太阳电池及其制备方法。

背景技术

一直以来，制约太阳电池技术发展的主要瓶颈是较低的光电转换效率和过高的成本，高效率的太阳电池一直是该领域研究的热点。相比传统太阳电池，中间带电池可以实现对太阳光的宽光谱吸收，具有高达63.1％的理论极限效率，应用前景广泛。中间带电池的工作原理为：在半导体的禁带中引入中间能带，除正常吸收高于带隙能量的光子，还可通过双光子激发过程捕获低于带隙能量的光子，拓宽了太阳能光谱的利用范围，提高光电转换效率。目前，制备中间带太阳电池主要是采用砷化铟/砷化镓(InAs/GaAs)量子点，InAs为量子点点层材料，GaAs为量子点垒层材料。InAs/GaAs量子点是I类能带结构，InAs的禁带完全落在GaAs的禁带内，在InAs量子点中形成了电子和空穴的束缚能级。其中，电子能级位于GaAs禁带中，作为电池的中间带；空穴能级与GaAs价带接近，共同作为价带。通过双光子激发过程，价带上的电子会先跃迁到中间带然后到导带，形成光生电子空穴对，在内建电场的作用下输出电池形成光生电流。然而，由于电子和空穴都束缚在InAs量子点层，它们之间的相互作用使激发到导带的电子会通过带内俄歇复合很快弛豫回中间带(时间常数为皮秒量级)，使得导带和中间带的准费米能级很难分开，开路电压降低，与传统太阳电池相比效率未见提高。理论研究表明，如果电子和空穴的波函数分离，他们之间的相互作用会减弱，则可以抑制带内俄歇复合，提高电池效率。在II类能带结构的量子点中，一种材料的导带位于另外一种材料的禁带中，而价带顶低于另外一种材料的价带顶，能带的交错使电子和空穴分别束缚于两种材料中，波函数分离，可实现对带内俄歇复合的抑制。但是电子和空穴波函数分离又会降低电子从价带到中间带的跃迁几率，减少电池对低能量光子的吸收，同样无法获得期望的高转换效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有高转换率的太阳电池。

技术方案：本发明提供了一种太阳电池，包括下电极、由下至上依次设置于下电极层上表面的下接触层、背场层，有源区层，窗口层，上接触层，和上电极，其中，所述有源区层包括多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层，所述I类量子点层设置在II类量子阱层上。

进一步，所述II类量子阱/I类量子点叠层结构层包括II类量子阱下垒层、II类量子阱阱层、I类量子点下垒层和I类量子点点层，其中，II类量子阱阱层设置在II类量子阱下垒层的上表面，I类量子点下垒层设置在II类量子阱阱层的上表面，I类量子点点层设置在I类量子下垒层的上表面。

进一步，所述II类量子阱/I类量子点叠层结构层的层数在30～200之间。这样能够吸收足够的太阳光，同时能够保证器件的质量。

进一步，所述II类量子阱为GaAsSb/GaAs(镓砷锑/砷化镓)量子阱。

进一步，所述I类量子点为InAs/GaAs(砷化铟/砷化镓)量子点。

进一步，所述有源区为PN结结构，有源区包括第一体材料有源区层、第二体材料有源区层和多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层,所述多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层设置在第一体材料有源区层和第二体材料有源区层之间。

进一步，所述有源区为PN结结构，有源区包括两层第一体材料有源区层、第二体材料有源区层和多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层,从下至上依次为第一体材料有源区层、多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层、第一体材料有源区层和第二体材料有源区层。

进一步，所述有源区为PN结结构，有源区包括第一体材料有源区层、两层第二体材料有源区层和多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层,从下至上依次为第一体材料有源区层、第二体材料有源区层、多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层和第二体材料有源区层。

本发明还提供了一种制备上述太阳电池的方法，包括以下步骤：

步骤1：提供下接触层；

步骤2：在下接触层表面采用分子束外延或金属有机物化学汽相沉积的方法生长背场层；

步骤3：在背场层上表面生长有源区层，包括第一体材料有源区层、第二体材料有源区层和多层II类量子阱/I类量子点叠层结构层；

步骤4：在有源区层上依次生长窗口层和上接触层；

步骤5：在上接触层和下接触层上分别制备上电极和下电极。