多中间能带量子点太阳电池制造技术

本发明专利技术提供了一种多中间能带量子点太阳电池，包括：衬底；以及外延层，包括：N型层，设置在衬底上；至少两层量子点吸收层，设置在N型层上，至少两层量子点吸收层中的每层的带隙不同以分别对不同能量的光子进行吸收；P型层，设置在至少两层量子点吸收层上。采用多种周期性量子点材料共同作为吸收区，形成多个不同的中间能带结构，优化对太阳光谱的匹配吸收，提高了低能光子吸收和光电流，提升了量子点中间能带太阳电池的转换效率。太阳电池的转换效率。太阳电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
多中间能带量子点太阳电池


[0001]本专利技术涉及太阳能光伏
，具体涉及一种多中间能带量子点太阳电池。

技术介绍

[0002]随着全球气候变暖，各国政府都在逐渐加大可再生能源的使用。太阳能作为地球分布最为广泛的可再生能源，而太阳电池又是利用太阳能的一种有效方法，对于减少碳排放有着重要的作用。当前的单结GaAs电池及大规模商用的硅太阳电池效率接近30％，已经逼近其理论效率极限。为了进一步提高太阳电池效率，中间能带太阳电池的概念被提出，其通过在导带和价带之间引入一个额外的中间能带，使其能够吸收两个亚带隙光子产生电子
‑
空穴对，提高光电流，从而进一步提升其转换效率。
[0003]量子点作为一种零维纳米材料，由于三维量子限制效应，其具有量子化能级，而且可以通过改变组分调节其禁带宽度，吸收低能光子。和量子阱材料不同，其不受选择定则影响，可吸收正入射光产生导带内电子跃迁，符合中间能带太阳电池的工作原理。通过在体材料中生长周期性量子点的方式，其在材料本身的导带和价带之间形成额外的中间能带，在保持常规体材料电池吸收能力和开路电压的情况下，提高低能光子吸收，增强光电流，提升太阳电池的转换效率。
[0004]然而，目前的研究主要采用单一量子点材料作为中间能带的光吸收区，单一的中间能带对于低能光子的吸收存在其本身的带隙限制，对于低于其带隙的光子仍然无法被电池有效吸收，造成了太阳光谱损失，限制了中间能带电池效率的进一步提高，并阻碍其大规模的光伏应用。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多中间能带量子点太阳电池，且不同中间能带间吸收独立无相互作用，突破了单一种类量子点材料的低能光子吸收限制，通过对各种类型的量子点材料能级的设计优化，进一步扩宽电池对太阳光谱的吸收，同时降低引入多个中间能带导致的辐射复合过程，使载流子损耗仍然维持在较低水平，提高净输出电流，最终提高量子点太阳电池的效率。
[0006]根据本专利技术一个方面的实施例，提供了一种多中间能带量子点太阳电池，包括：
[0007]衬底；以及
[0008]外延层，包括：
[0009]N型层，设置在所述衬底上；
[0010]至少两层量子点吸收层，设置在所述N型层上，所述至少两层量子点吸收层中的每层的带隙不同以分别对不同能量的光子进行吸收；
[0011]P型层，设置在所述至少两层量子点吸收层上。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，每层所述量子点吸收层包括：
[0013]量子点层，设置有周期性的量子点结构；以及
[0014]隔离层，设置在所述量子点层上。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，每层所述量子点吸收层均为多层叠层，叠层数量为1～100。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述量子点层的材料为InAs、GaSb或InSb。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述隔离层为与所述量子点层相适配的多元化合物半导体材料，所述多元化合物半导体材料包括In、Ga、As、P、Sb或Al的多种元素的组合。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述多元化合物半导体材料包括GaAs、GaAsSb或InGaAs。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述衬底和所述N型层均采用n型掺杂GaAs，所述的P型层采用p型掺杂GaAs。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述N型层厚度为0
‑
3000nm，所述的P型层厚度为0
‑
2000nm。
[0021]根据本专利技术实施例的多中间能带量子点太阳电池，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]采用多种周期性量子点材料共同作为吸收区，形成多个不同的独立中间能带结构，进一步优化对太阳光谱的匹配吸收，特别是提高了低能光子吸收和光电流，最终提升了量子点中间能带太阳电池的转换效率，为未来应用于光伏发电系统提供相关支持；
[0023]通过优化的中间能带设计，在增强光电流的同时，可将电池的辐射复合率维持在和单一中间能带相同的数量级水平，不会形成显著的复合中心损耗载流子，使光生载流子能够被有效输运至外电路；
[0024]根据理论计算，在不同的聚光环境下，当此类太阳电池采用最优量子点中间能带配置：0.84eV、1.09eV、1.30eV左右时，均能保证高效的光电转化效率，且在最大聚光时比单一中间能带效率高出6％。
附图说明
[0025]图1是根据本专利技术的示例性实施例的一种多中间能带量子点太阳电池的结构示意图；以及
[0026]图2是根据本专利技术的示例性实施例的多中间能带量子点太阳电池的效率对比图。
[0027]上述附图中，附图标记含义具体如下：
[0028]10：衬底；
[0029]20：N型层；
[0030]30：第一中间能带量子点吸收区；
[0031]301：第一中间能带量子点层；
[0032]302：第一隔离层；
[0033]31：第二中间能带量子点吸收区；
[0034]311：第二中间能带量子点层；
[0035]312：第二隔离层；
[0036]32：第三中间能带量子点吸收区；
[0037]321：第三中间能带量子点层；
[0038]322：第三隔离层；
[0039]40：P型层。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0041]但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0042]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
[0043]在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
[0044]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多中间能带量子点太阳电池，其特征在于，包括：衬底；以及外延层，包括：N型层，设置在所述衬底上；至少两层量子点吸收层，设置在所述N型层上，所述至少两层量子点吸收层中的每层的带隙不同以分别对不同能量的光子进行吸收；P型层，设置在所述至少两层量子点吸收层上。2.根据权利要求1所述的多中间能带量子点太阳电池，其特征在于，每层所述量子点吸收层包括：量子点层，设置有周期性的量子点结构；以及隔离层，设置在所述量子点层上。3.根据权利要求2所述的多中间能带量子点太阳电池，其特征在于，每层所述量子点吸收层均为多层叠层，叠层数量为1～100。4.根据权利要求2所述的多中间能带量子点太阳电池，其特征在于，所述量子点层的材料为InAs、GaSb或InSb。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓光，王胜林，杨涛，汪帅，吕尊仁，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：