含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池制造技术

一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，包括：一衬底；在衬底上依序制作有低温氮化镓成核层、非故意掺杂氮化镓缓冲层、n型掺杂GaN层、第一非掺杂高In组分量子阱层、第二非掺杂低In组分量子阱层、非掺杂低In组分量子阱层、P型掺杂氮化镓层，该n型掺杂GaN层上面的一侧有一台面，该台面上制作一N型欧姆电极，一P型欧姆电极，其制作在P型接触层上。本发明专利技术可以有效的利用不同波段的太阳光，提高太阳能电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件
，特别是一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池。
技术介绍
进入21世纪后，煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈，于是太阳能作为理想的可再生能源受到许多国家的重视。太阳能光伏发电技术利用光伏效应将太阳能直接转化为电能，无噪声无污染，可以成为传统发电技术的有力替代者。但是目前商业化的太阳能电池的转换效率较低，性价比不高，不能满足大规模民用的需要，所以研究高转换效率的新型太阳能电池具有重要意义。自从InN禁带宽度从1.92eV修正到0.7ev，三元合金InGaN的带隙从近红外光谱区域到紫外光谱区域连续地调节，InGaN材料的禁带宽度与太阳光谱完美匹配，这样通过调整InGaN材料的In组分可以实现高效的光吸收。因此近年来，InGaN材料作为高效太阳能电池材料受到各国研究者的重视。InGaN合金在带边附近的吸收系数高达105cm-l量级，使得InGaN吸收层在几百纳米范围内吸收了大部分的入射光，但是由于InN与GaN的晶格失配度达11%，In组分为20%的InGaN材料的临界厚度只有10.7nm，增加In组分，InGaN层的临界厚度会急剧下降。所以传统的p-1-n型InGaN太阳能电池，为了得到晶体质量较好的InGaN吸收层,最高In组分只有12% _15%，电池的转换效率不足1%。而采用量子阱作为吸收层，由于垒层生长温度闻，可以明显提闻吸收层的晶体质量，实现闻In组分的InGaN太阳能电池，提闻太阳能电池的转换效率。此夕卜，由于InGaN材料中的压电和自发极化电场会屏蔽内建电场,影响载流子的收集，所以高极化作用下，P-1-n型InGaN太阳能电池的转换效率急剧下降，但最近研究发现，极化效应对量子阱太阳能电池的影响相对P-1-n结构明显变小。太阳能电池普遍采用正入射方式，光线穿过P型层进入量子阱吸收层，由于水平结构中，P、N电极都在电池正面，造成太阳能电池的有效吸光面积减少，短路电流损失。同时由于P-GaN材料生长技术的限制，生长高质量P-GaN材料困难，P-GaN中光生载流子的复合严重，影响载流子的收集效率也是造成短路电流损失的一个原因，而采用背入射方式，将解决上述问题。综上所述，采用背入射的多层量子阱结构的InGaN太阳能电池结合了 InGaN材料及背入射方式的优点，可以有效的利用太阳光能量，具有高转换效率及功率面积比大的优点，使人们研究和利用真正的高效太阳能电池成为可能。
技术实现思路
本专利技术主要目的是提供一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，其可以有效的利用不同波段的太阳光，提高太阳能电池的转换效率。本专利技术提供一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，其包括:—衬底；一低温氮化镓成核层，其制作在衬底之上，该低温氮化镓成核层为后续生长氮化镓材料提供成核中心；一非故意掺杂氮化镓缓冲层，其制作在低温氮化镓成核层之上；一 η型掺杂GaN层，其制作在非故意掺杂氮化镓缓冲层之上，该η型掺杂GaN层上面的一侧有一台面，该台面低于η型掺杂GaN层的上表面；—第一非掺杂低In组分量子讲层,其制作在η型掺杂GaN层之上,其由InxGapxN/GaN多层结构组成，其中O < X < I ;一第二非掺杂低In组分量子阱层，其制作在第一非掺杂低In组分量子阱层之上，其由InyGai_yN/GaN多层结构组成，其中0<y<l且y>x;一非掺杂高In组分量子阱层，其制作在第二非掺杂低In组分量子阱层之上，其由InzGai_zN/GaN多层结构组成，其中O < z < I且z > y ;一 P型掺杂氮化镓层，其制作在非掺杂高In组分量子阱层之上；一 N型欧姆电极，其制作在η型接触层上面的台面上；一 P型欧姆电极，其制作在P型接触层上。本专利技术的有益效果是:首先吸收层带隙自下而上逐渐减小，采用背入射方式时，能量最高的光子被底层带隙最宽吸收层吸收，能量居中的光子被带隙居中的吸收层吸收，能量最低的光子被顶层带隙最窄吸收层吸收。相比于单一组分的InGaN太阳能电池，采用这种变In组分的InGaN多层量子阱结构可以吸收的光子数量增多，转换为热能的光子减少，从而提高太阳能电池的转换效率。其次由于InN及GaN晶格失配大，在GaN上生长高In组分的InGaN材料，晶体质量较差，而采用多层变In组分量子阱可以有效的释放InGaN层的应力，改善高In组分InGaN吸收层的晶体质量。最后采用背入射方式可以明显增加太阳能电池的有效吸光面积，减少短路电流损失。附图说明为了进一步说明本专利技术的内容，下面结合具体实例和附图，详细说明如后，其中:图1本专利技术的结构示意图。图2是图1中第一非掺杂低In组分量子阱层5、第二非掺杂低In组分量子阱层6和非掺杂高In组分量子阱层7结构示意图。具体实施例方式请参阅图1及图2所示，本专利技术提供一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，其包括:一衬底1，所述的衬底I为双面抛光的蓝宝石或氮化镓材料，采用双面抛光蓝宝石或氮化镓衬底可以减少由于散射造成的入射光损失；一低温氮化镓成核层2，该低温氮化镓成核层制作在衬底I之上，其生长温度为5000C -6000C，厚度在0.2 μ m-0.3 μ m,该低温氮化镓成核层2为后续生长氮化镓材料提供成核中心；一非故意掺杂氮化镓缓冲层3，该非故意掺杂氮化镓缓冲层3制作在低温氮化镓成核层2之上，其生长温度为1000°C -1050°C，厚度在I μ m-2 μ m,该非故意掺杂氮化镓缓冲层3可以使位错线转向、合并,减少InGaN太阳能电池材料的位错密度；一 η型掺杂GaN层4，该η型掺杂GaN层4制作在非故意掺杂氮化镓缓冲层3之上，该η型掺杂GaN层4的生长温度为1000°C -1100°C，厚度为2 μ m_3 μ m，自由电子浓度为I X IO17CnT3-1X 1019cm_3，用干法刻蚀的方法在该η型掺杂GaN层4上面的一侧制作出一台面41，该台面41低于η型掺杂GaN层4的上表面，其与金属电极形成欧姆接触；一第一非掺杂低In组分量子阱层5，制作在η型掺杂GaN层4之上，其由InxGapxN/GaN多层结构组成(参阅图2)，其中O < X < 1，优选范围为0.03-0.1，该第一非掺杂低In组分量子讲层5的InxGa1J^GaN多层结构中InGaN的厚度为lnm-4nm, GaN的厚度为3nm-15nm, InxGai_xN/GaN 量子阱的周期数为 2-10 ；一第二非掺杂低In组分量子阱层6，其制作在第一非掺杂低In组分量子阱层5之上，其由InyGai_yN/GaN多层结构组成(参阅图2)，其中O < y < I，优选范围为0.1-0.3，且y > X，该 第一非掺杂低In组分量子阱层6的InyGai_yN/GaN多层结构中InGaN的厚度为lnm-4nm, GaN 的厚度为 3nm-15nm, InyGa1^NZGaN 量子讲的周期数为 2-10 ；一非掺杂高In组分量子阱层7，其制作在第二非掺杂低In组分量子阱层6之上，其由InzGai_本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，其包括：一衬底；一低温氮化镓成核层，其制作在衬底之上，该低温氮化镓成核层为后续生长氮化镓材料提供成核中心；一非故意掺杂氮化镓缓冲层，其制作在低温氮化镓成核层之上；一n型掺杂GaN层，其制作在非故意掺杂氮化镓缓冲层之上，该n型掺杂GaN层上面的一侧有一台面，该台面低于n型掺杂GaN层的上表面；一第一非掺杂低In组分量子阱层，其制作在n型掺杂GaN层之上，其由InxGa1?xN/GaN多层结构组成，其中0＜x＜1；一第二非掺杂低In组分量子阱层，其制作在第一非掺杂低In组分量子阱层之上，其由InyGa1?yN/GaN多层结构组成，其中0＜y＜1且y＞x；一非掺杂高In组分量子阱层，其制作在第二非掺杂低In组分量子阱层之上，其由InzGa1?zN/GaN多层结构组成，其中0＜z＜1且z＞y；一P型掺杂氮化镓层，其制作在非掺杂高In组分量子阱层之上；一N型欧姆电极，其制作在n型接触层上面的台面上；一P型欧姆电极，其制作在P型接触层上。

【技术特征摘要】
1.一种含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，其包括: 一衬底； 一低温氮化镓成核层，其制作在衬底之上，该低温氮化镓成核层为后续生长氮化镓材料提供成核中心； 一非故意掺杂氮化镓缓冲层，其制作在低温氮化镓成核层之上； 一 η型掺杂GaN层，其制作在非故意掺杂氮化镓缓冲层之上，该η型掺杂GaN层上面的一侧有一台面，该台面低于η型掺杂GaN层的上表面； 一第一非掺杂低In组分量子阱层，其制作在η型掺杂GaN层之上，其由InxGai_xN/GaN多层结构组成，其中O < X < I ; 一第二非掺杂低In组分量子阱层，其制作在第一非掺杂低In组分量子阱层之上，其由InyGai_yN/GaN多层结构组成，其中0<y<l且y>x; 一非掺杂高In组分量子阱层，其制作在第二非掺杂低In组分量子阱层之上，其由InzGai_zN/GaN多层结构组成，其中O < z < I且z > y ; 一 P型掺杂氮化镓层，其制作在非掺杂高In组分量子阱层之上； 一 N型欧姆电极，其制作在η型接触层上面的台面上； 一 P型欧姆电极，其制作在P型接触层上。2.按权利要求1所述的含有变In组分InGaN/GaN多层量子阱结构的太阳能电池，其中所述的衬底为双面抛光的蓝宝石或氮化镓材料。3.按...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，赵德刚，李亮，吴亮亮，乐伶聪，李晓静，何晓光，
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：