本发明专利技术公开了一种含有超晶格结构的p-i-n型InGaN太阳电池。主要解决现有多p-i-n型InGaN太阳电池的转换效率低的问题。该太阳电池自下而上依次为：衬底，高温生长的AlN成核层(11)，非故意掺杂的GaN缓冲层(12)，厚度为50～100nm、电子浓度为1×1018～6×1019/cm3的n-GaN层(13)，周期为8～30的InGaN/GaN超晶格结构(14)，以及厚度为50～100nm、穴浓度为1×1017～6×1018/cm3的p-GaN层(15)；其中InGaN/GaN超晶格的阱层InGaN(18)厚度为8～16nm，In组分为15～90％，垒层GaN(19)的厚度为3～8nm，载流子浓度均为1×1016～2×1017/cm3；p-GaN层(15)的表面分布着栅形Ni/Au欧姆电极(16)，n-GaN层(15)表面的右侧引出Al/Au欧姆电极(17)。本发明专利技术大大提高了电池的短路电流，具有更高的转换效率，可用于太阳能光伏发电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体光伏器件领域，涉及一种含有超晶格结构的p-i-n型InGaN太阳电池，可用于太阳能光伏发电，开发利用新能源。
技术介绍
随着全球范围的能源危机和生态环境问题的日益恶化，太阳能作为一种‘取之不尽、用之不竭’的清洁能源越来越受到人们的广泛重视。最早1%4年，美国贝尔实验室首先研制成功第一块实用意义上的晶体硅Pn结型太阳电池，并很快将其应用于空间技术。1973 年，石油危机爆发，从此之后，人们普遍对于太阳电池投入了愈来愈多的关注。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳电池产业进入了高速发展时期。现在，在美国、德国这样的发达国家，太阳能光伏发电的地位已经从原来的补充能源上升为重要的战略替代能源，也是未来最适合人类应用的可再生能源之一。2002年日本的Nanishi教授利用RF-MBE方法首次生长出高质量的InN晶体，特别是准确测量出InN禁带宽度为0. 7eV，而不是先前人们认为的1. 9eV。这一新发现大大扩展了 InGaN的应用领域和优势，使得全世界范围掀起了 InGaN研究的热潮。InGaN是直接带隙半导体材料，因h组分的改变，其禁带宽度在从3. 4eV (GaN) 0.7eV(InN)连续可调，其对应的吸收光谱波长从紫外光365 nm可以一直延伸到近红外光1.7 μ m，几乎完整地覆盖了整个太阳光谱，并且可以在同一设备中实现不同组分InGaN薄膜的工艺兼容性生长，非常适合制备多层结构的高效太阳电池。2003年美国劳伦斯-伯克莱国家实验室的mi等人首次提出将InGaN应用到太阳电池中。此后，InGaN太阳电池研究始终备受关注。美国的乔治亚理工大学、加州大学伯克利分校、加州大学圣巴巴拉分校、明尼苏达大学等，日本的福井大学、东京大学、庆应大学等国际知名大学，以及国内的厦门大学、南京大学和中科院半导体所等都在InGaN太阳电池方面开展了大量的研究工作。近几年来，许多研究机构陆续报道了各种不同结构和组分的电池实验，尝试提高电池转换效率。但由于其均不能满足开路电压和短路电流同时增大的要求，因而转换效率都不能得到明显的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术的不足，提出了一种含有超晶格结构的p-i-n型 InGaN太阳电池，以提高电池的短路电流，从而提高电池的转换效率。为实现上述目的，本专利技术的含有超晶格结构的p-i-n型InGaN太阳电池，包括衬底、AlN成核层和GaN缓冲层，其中，GaN缓冲层上依次设有n_GaN层、InGaN/GaN超晶格结构和p-GaN层；在p-GaN层上引出Ni/Au欧姆接触金属电极，在n_GaN层上引出Al/Au欧姆接触金属电极，所述的hGaN/GaN超晶格结构中，InGaN层和GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为 IX IOni-ZXlO1Vcm3, h 组分为 15 90%。所述的n-GaN薄膜厚度为50 lOOnm，电子浓度为1 X IO18 6 X 1019/cm3。所述的hGaN/GaN超晶格的周期数为8 30，阱层InGaN的厚度8 16nm，垒层 GaN的厚度为3 8nm。所述的P-GaN欧姆接触电极采用氧化铟锡ITO或Ni/Au合金材料。所述的P-GaN层欧姆接触电极采用栅形电极，电极宽度为1 2μπι，电极间距为 3 5 μ m0所述的衬底为蓝宝石或硅衬底。为实现上述目的，本专利技术提出的含有超晶格结构的p-i-n型hGaN太阳电池的制作方法，包括如下步骤(1)在蓝宝石或硅衬底上，采用化学气相沉积法MOCVD依次生长10 SOnm厚的 AlN成核层和1 2 μ m厚的GaN缓冲层；(2)在GaN缓冲层上生长50 IOOnm厚的n_GaN层；(3)在n-GaN层上生长周期数为8 30的hGaN/GaN超晶格结构，每个周期包括阱层InGaN和垒层GaN，阱层InGaN的厚度为8 16nm，垒层GaN的厚度为3 8nm，其中阱层InGaN的生长工艺是生长温度为600 800°C，TMh流量为10 lOOsccm， TMGa流量为50 300sccm，氨气流量为2000 5000sccm，反应室气压为150 250torr ；垒层GaN的生长工艺是生长温度为800 1100°C，TMGa流量为100 300sccm， 氨气流量为3000 5000sccm，反应室气压为150 250torr ；(4)在InGaN/GaN超晶格结构上生长50 IOOnm厚的ρ-GaN层；(5)在p-GaN层上光刻并刻蚀出电池台面，露出n_GaN层；(6)将步骤(5)刻蚀后的样件置于1 7稀释的HF酸溶液中超声处理IOmin ；(7)将超声处理后的样件置于大气中600°C温度条件下退火5 IOmin ；(8)用电子束蒸发法在P-GaN层上制备出Ni/Au金属电极，并在大气中550°C条件下退火IOmin ；(9)在n-GaN层上制备出Al/Au金属电极。所述的生长n-GaN层的工艺条件是生长温度为800 1100°C ;TMGa流量为50 300sccm ；SiH4流量为20 200sccm ；氨气流量为2000 5000sccm ；反应室气压为150 250torro所述的生长p-GaN层的工艺条件是生长温度为800 1100°C ;TMGa流量为50 300sccm ； (Cp) 2Mg流量为20 300sccm ；氨气流量为2000 5000sccm ；反应室气压为 150 250torro所述的刻蚀出电池台面的面积为3 X 3mm2或5 X 5mm2或10 X 10mm2。本专利技术具有如下优点由于采用hGaN/GaN超晶格结构作为光吸收层，阱层InGaN并不需要很厚，可以在 h组分较高时，避免因超过临界厚度薄膜质量变差对电池的影响；另外由于垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，遂穿电流变大，使得电极对光生载流子的收集作用更强，这样可以大大提高电池的短路电流，从而提高电池的转换效率。附图说明图1是本专利技术太阳电池的第一实例结构示意图；图2是本专利技术制作太阳电池的工艺流程图。图3是采用多量子阱和超晶格结构的p-i-n型InGaN太阳电池的性能对比。 具体实施例方式参照图1，本专利技术给出太阳电池的以下三种实施例实施例一本专利技术的含有超晶格结构的p-i-n型hGaN太阳电池自下而上依次包括蓝宝石衬底、AlN成核层ll、GaN缓冲层12、n_GaN层13、hfeiN/feiN超晶格14和ρ-GaN层15。其中 AlN成核层11为高温生长；GaN缓冲层12为非故意掺杂层；n_GaN13层厚度为50nm，电子浓度为1 X IO1Vcm3 ；InGaN/GaN超晶格14为8个周期，每个周期均由厚度8nm的阱层InGaNlS 和厚度3nm的垒层GaN19组成，InGaN和GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为1 X 1016/cm3, 阱层InGaN中h组分为15%;p_GaN层15厚度为50nm，空穴浓度为lXK^/cm3。p_GaN层 15的表面分布着栅形Ni/Au欧姆电极16，每个电极的宽度为1 μ m,电极间距为3 μ m,n-GaN 层15表面的右侧引出Al/Au欧姆电极17。实施例二本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种含有超晶格结构的ｐ－ｉ－ｎ型ＩｎＧａＮ太阳电池，包括：衬底、ＡｌＮ成核层（１１）和ＧａＮ缓冲层（１２），其特征在于，ＧａＮ缓冲层上依次设有ｎ－ＧａＮ层（１３）、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超晶格结构（１４）和ｐ－ＧａＮ层（１５）；在ｐ－ＧａＮ层上引出Ｎｉ／Ａｕ欧姆接触金属电极（１６），在ｎ－ＧａＮ层上引出Ａｌ／Ａｕ欧姆接触金属电极（１７）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃，毕臻，周小伟，张进成，王冲，马晓华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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