一种InGaN太阳能电池外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种InGaN太阳能电池外延片及其制备方法。所述外延片的结构从下至上依次为衬底、缓冲层、n型层、吸收层Ⅰ、吸收层Ⅱ和p型层，所述吸收层Ⅰ为量子阱层结构，吸收层Ⅱ是非故意掺杂InGaN。本发明专利技术在现有量子阱太阳能电池的结构基础上增加了i型InGaN吸收层的结构，由于量子阱吸收层Ⅰ和InGaN吸收层Ⅱ的吸收限不同，可以有效拓宽吸收谱；同时，由于i型InGaN层也可以吸收光子，引入此层可以增加吸收层的总厚度，从而提高了光电转换效率，提高了太阳能电池的整体性能。本发明专利技术提供了所述外延片的制备方法，简单易行，成本较低，制备条件精确，可实现工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体光电子器件
，特别是涉及一种InGaN太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，以GaN、InGaN为代表的III族氮化物太阳能电池成为人们研究的热点。研究表明，InN的禁带宽度为0. 7eV，这意味着通过调节hfahN三元合金中的InN组分，其对应的吸收光谱的波长几乎完整地覆盖了整个太阳光谱。由于h组分的连续可调，能够达到设计的理想禁带宽度组合，而易获得更高的转换效率，多结InGaN电池光电转换效率最高可达太阳能电池的最大转化效率72%。现有的InGaN太阳能电池基本都是单结的，即吸收层只有一个，如一层未掺杂 InGaN层或hGaN/GaN量子阱。InGaN太阳能电池主要是普通的P_I_N结构，如图6所示， 一般包括衬底、缓冲层、η型层、吸收层、ρ型层。其中衬底材料可采用蓝宝石、SiC、Si、GaN 等。吸收层可以采用一定厚度的非故意掺杂的hGaN层，也可采用hGaN/GaN量子阱结构。 虽然InGaN带边吸收强烈，但是其吸收谱却很窄，采用一定厚度的非故意掺杂的InGaN层， 或采用InGaN/GaN量子阱结构，只能在较窄的光波范围产生较强的吸收。要提高太阳能电池效率最佳的结构是生长多结太阳能电池，需要生长^组分不同的多结结构，使其在较宽的光波范围产生较强吸收。然而，由于高h组分MiaN制备困难，且多结结构很复杂，需要在结与结之间生长高载流子浓度的隧穿结，其生长难度较大，容易形成很多缺陷，导致暗电流过大等不利影响。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种太阳能电池外延片，从而提高InGaN基太阳能电池外延片性的能。本专利技术的另一个目的是提供所述外延片的制备方法。本专利技术的第一个专利技术目的通过以下技术方案来予以实现提供一种InGaN太阳能电池外延片，所述外延片的结构从下至上依次为衬底、缓冲层、 η型层、吸收层I、吸收层II和ρ型层。衬底与η型层可根据现有技术生长一低温缓冲层。优选地，所述缓冲层和η型层之间还可以包括一层未掺杂GaN层。最好的是，所述吸收层I为InGaN/GaN量子阱层结构，为多量子阱，周期范围为 8 15。最好的是，所述吸收层II为未掺杂的InGaN层。本专利技术外延片在量子阱吸收层I后生长未掺杂的InGaN吸收层II，所述吸收层II 的^!组分可以比量子阱的低，也可以比量子阱的高。这样的专利技术设计，一方面，由于增加了未掺杂的InGaN吸收层II，可以拓宽吸收谱的宽度，从而增加太阳能电池量子效率；另一方面，吸收层II增加了吸收层的厚度从而增加了对光子的吸收，提高太阳能电池的整体光电转换效率。所采用的吸收层II，如果吸收谱能够与量子阱的吸收谱刚好匹配的话就能够达到接近多结太阳能电池的光电转换效率，而且其暗电流等性能参数与单结太阳能电池相当。 总体来说增加的吸收层II都是可以增加光电转换效率，从而提升电池性能的最好的是，所述吸收层II中h组分一般为ο. 0Γ0. 5。最好的是，生长的吸收层II的h组分可以是恒定的也可以是渐变的，恒定的生长较容易，但是其吸收谱宽度恒定，而渐变的生长难度大，但是晶格匹配更好。最好的是，所述吸收层II厚度一般为3ηπΓ 00ηπι。最好的是，所述吸收层II生长完成后可以有GaN覆盖层，也可以没有GaN覆盖层。最好的是，所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。最好的是，本专利技术外延片η型层优选η型GaN :si层。最好的是，所述ρ型层为ρ型GaN:Mg层，或ρ型AlGaN = Mg层和GaN:Mg层。本专利技术的第二个专利技术目的是提供一种具有双吸收层的InGaN太阳能电池的制备方法，采用MOCVD设备制备所述外延片，包括以下步骤(1)在1000°C在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；(2)降温至480°C，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温度缓冲层；(3)在1000°C的温度下，在衬底上生长η型层；(4)将温度降至650°C 780°C，生长量子阱吸收层I；(5)温度650°C 780°C，生长未掺杂的InGaN吸收层II；(6 )温度升至800 V 1000 °C，生长ρ型层即制备得到所述外延片。由于hGaN和GaN有较大的晶格失配，且本专利技术中i型hGaN层的厚度较厚，超出了 GaN上生长InGaN的临界厚度，所以获得的InGaN层都是弛豫的。弛豫的InGaN层会产生很多位错，在之后生长量子阱，会使得量子阱的结晶质量很差，这样不利于提高电池的光电转换效率。所以需要先行生长量子阱层，再其后生长未掺杂的InGaN层可以获得结晶质量较高的量子阱和未掺杂InGaN层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)本专利技术外延片在量子阱吸收层I后生长未掺杂的InGaN吸收层II，这样的专利技术设计，一方面，由于增加了未掺杂的InGaN吸收层II，可以拓宽吸收谱的宽度，从而增加太阳能电池量子效率；另一方面，吸收层II增加了吸收层的厚度从而增加了对光子的吸收，提高太阳能电池的整体光电转换效率。由于量子阱吸收层I和InGaN吸收层II的吸收限不同， 可以有效拓宽吸收谱；同时，由于i型InGaN层也可以吸收光子，引入此层可以增加吸收层的总厚度，从而提高了光电转换效率，提高了太阳能电池的整体性能由于InGaN和GaN有较大的晶格失配，且本专利技术中i型InGaN层的厚度较厚，超出了 GaN上生长InGaN的临界厚度，所以获得的InGaN层都是弛豫的。弛豫的InGaN层会产生很多位错，在之后生长量子阱，会使得量子阱的结晶质量很差，这样不利于提高电池的光电转换效率。本专利技术通过先行生长量子阱层，在其后生长未掺杂的InGaN层从而获得结晶质量较高的量子阱和未掺杂InGaN层。(2)本专利技术提供所述外延片的制备方法简单易行，成本较低，制备条件精确，可实现工业化生产。 附图说明图1为实施例1的InGaN太阳能电池外延片结构示意图； 图2为实施例2的InGaN太阳能电池外延片结构示意图3为实施例3的InGaN太阳能电池外延片结构示意图； 图4为实施例4的InGaN太阳能电池外延片结构示意图； 图5为实施例5的InGaN太阳能电池外延片结构示意图； 图6为现有技术InGaN太阳能电池外延片结构示意图； 图7为本专利技术InGaN太阳能电池外延片结构示意图。具体实施例方式以下结合附图进一步详细说明如图7所示，为本专利技术InGaN太阳能电池外延片结构示意图。具体实施例如下实施例1具有双吸收层WhGaN太阳能电池外延片的结构如附图1所示，从下至上依次为衬底、 低温缓冲层、未掺杂GaN层、η型GaN层、InGaN/GaN量子阱、i型InGaN层、GaN覆盖层和ρ 型feiN层。其制备方法为(1)采用MOCVD设备，升温至1000°C在氢气氛围下烘烤衬底10分钟；(2)降温至480°C，在衬底上生长厚度为30nm的GaN低温缓冲层； 升温至1050°C，生长厚度为1. 0 μ m的未掺杂GaN层；(3)在1000°C的温度下生长厚度为2.Oym的η型GaN: Si层；(4)在730°C生长hGaN/GaN量子阱，量子阱周期数为8；(5)将温度升至760°C生长30nm的i型InGaN层，h组分为0.05 ；不变温直接生长 4nm的无掺GaN覆盖层；(6)升温至950°C生长ρ型GaN:Mg层，厚度为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＩｎＧａＮ太阳能电池外延片，其特征在于所述外延片的结构从下至上依次为衬底、缓冲层、ｎ型层、吸收层Ⅰ、吸收层Ⅱ和ｐ型层，所述吸收层Ⅱ位于吸收层Ⅰ和ｐ型层之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，张康，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81