專利名稱：Pin型應(yīng)變補償量子點太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池。
背景技術(shù)：
太陽能是一種清潔環(huán)保的可再生能源，其轉(zhuǎn)換由太陽電池完成，目前fe^nP/ InGaAs/Ge三結(jié)疊層太陽電池在聚光或非聚光條件下，都獲得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。但 GalnP/InGaAs/Ge三結(jié)疊層太陽電池為電學串聯(lián)結(jié)構(gòu)，總電流會受到子電池最小電流的限制，并且它的成本很高，限制了它的應(yīng)用范圍。最近發(fā)展起來的量子阱太陽電池雖然理論上可提高光電流，但實際生長過程中會由于界面缺陷，導(dǎo)致光電壓受到很大影響。為了確保電池整體電壓，提高光生電流，獲得更高的轉(zhuǎn)換效率，人們在太陽電池內(nèi)引進了半導(dǎo)體量子點，這些半導(dǎo)體量子點可以有效的利用不同波段的太陽光，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。理論研究表明在PIN型太陽電池的i本征區(qū)內(nèi)引入多個量子點層，可以形成中間帶，轉(zhuǎn)換效率可達到63. 2%。國際上已有很多有關(guān)量子點太陽電池的研究，然而制備高密度、尺寸均勻的量子點是一大技術(shù)難點，直接限制了量子點太陽電池轉(zhuǎn)換效率。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、量子點密度高的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池。本實用新型采取的技術(shù)方案是一種PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，包括襯底、緩沖層、η型基區(qū)、i本征區(qū)和ρ 型發(fā)射區(qū)，其特征在于所述i本征區(qū)的厚度為0. 1 0. 4微米，包括多個周期的量子點層 /應(yīng)變補償層；每周期的量子點層/應(yīng)變補償層中，每個量子點層材料為InGaAs，厚度為5 6個亞單層，每個應(yīng)變補償層材料為GaNAs，厚度為0. 02 0. 04微米。而且，所述周期的數(shù)量為5 20。而且，所述i本征區(qū)厚度為0. 2 0. 3微米，每個量子點層厚度為5. 8個亞單層， 每個應(yīng)變補償層厚度為0. 02微米。而且，所述襯底的材料為GaAs(311)B。而且，所述緩沖層厚度為0. 25 0. 4微米。而且，所述η型基區(qū)厚度為1 2微米。而且，所述ρ型發(fā)射區(qū)厚度為0. 15 0.5微米。本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型中，在PIN型太陽電池的i本征區(qū)中引入量子點結(jié)構(gòu)，形成中間帶，利用GaNAs制成的應(yīng)變補償層，使InGaAs制成的量子點層上的量子點密度達到1012，整體尺寸均勻，使太陽電池可以有效的利用不同波段的太陽光，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是i本征區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本實用新型進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本實用新型的保護范圍。一種PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，如圖1 2所示，包括襯底、緩沖層、η型基區(qū)、i本征區(qū)和P型發(fā)射區(qū)，本實用新型的創(chuàng)新在于i本征區(qū)的厚度為0. 1 0.4微米，包括 5 20周期的量子點層/應(yīng)變補償層；每周期的量子點層/應(yīng)變補償層中，每個量子點層3 的材料為InGaAs (銦鎵砷)，厚度為5 6個亞單層，每個應(yīng)變補償層1的材料為GaNAs (鎵氮砷)，厚度為0. 02 0. 04微米，量子點層上的應(yīng)變量子點2密度達到IO12個/平方厘米。優(yōu)選的方案是i本征區(qū)厚度為0. 2 0. 3微米，每個量子點層厚度為5. 8個亞單層，每個應(yīng)變補償層厚度為0. 02微米。本實施例中，除了襯底以外的其它層均通過MOCVD(Metal_organic Chemical vapor D印osition，金屬有機化合物化學氣相沉積)工藝制成，即將晶體生長源材料以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進行氣相外延，生長出薄層單晶材料。襯底的材料為GaAs(311)B，緩沖層為η型摻雜GaAs (鎵砷)緩沖層，其厚度為 0. 25 0. 4微米，優(yōu)選0. 25微米，其制作在襯底之上，用于減小外延層的缺陷密度，提高晶
體質(zhì)量。η型基區(qū)為η型摻雜的GaAs基區(qū)，其制作在緩沖層之上，厚度為1 2微米。P型基區(qū)為ρ型摻雜的GaAs發(fā)射區(qū)，其厚度為0. 15 0. 5微米，優(yōu)選0. 15微米。本實用新型的原理是在晶格失配外延系統(tǒng)中，采用自組織生長量子點陣列是常用的量子點制備方法。 晶格失配應(yīng)變是量子點自組織生長的驅(qū)動力，材料通過應(yīng)變弛豫生成量子點，但是系統(tǒng)會仍然存在剩余的應(yīng)變積累，這會導(dǎo)致位錯、缺陷以及島合并現(xiàn)象出現(xiàn)，引起量子點陣列質(zhì)量下降。要解決這一問題，可以在生長過程中引入張應(yīng)變的補償層來平衡和補償量子點層的壓應(yīng)變，即所謂的應(yīng)變補償。由于GaNAs等稀氮材料的晶格常數(shù)小于hGaAs，產(chǎn)生張應(yīng)變， InGaAs晶格常數(shù)大于GaAs，產(chǎn)生壓應(yīng)變。在壓應(yīng)變的InGaAs層上生長張應(yīng)變的GaNAs層， 能夠有效的改善InGaAs量子點的均勻性，使得量子點的密度增加。本實用新型中，在PIN型太陽電池的i本征區(qū)中引入量子點結(jié)構(gòu)，形成中間帶，利用GaNAs制成的應(yīng)變補償層，使InGaAs制成的量子點層上的量子點密度達到1012，整體尺寸均勻，使太陽電池可以有效的利用不同波段的太陽光，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求1.一種PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，包括襯底、緩沖層、η型基區(qū)、i本征區(qū)和P型發(fā)射區(qū)，其特征在于所述i本征區(qū)的厚度為0. 1 0. 4微米，包括多個周期的量子點層/ 應(yīng)變補償層；每周期的量子點層/應(yīng)變補償層中，每個量子點層材料為^GaAs,厚度為5 6個亞單層，每個應(yīng)變補償層材料為GaNAs，厚度為0. 02 0. 04微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，其特征在于所述周期的數(shù)量為5 20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，其特征在于所述i本征區(qū)厚度為0. 2 0. 3微米，每個量子點層厚度為5. 8個亞單層，每個應(yīng)變補償層厚度為0. 02 微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，其特征在于所述襯底的材料為GaAs (311)B。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，其特征在于所述緩沖層厚度為0. 25 0. 4微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，其特征在于所述η型基區(qū)厚度為1 2微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，其特征在于所述P型發(fā)射區(qū)厚度為0. 15 0. 5微米。
專利摘要本實用新型涉及一種PIN型應(yīng)變補償量子點太陽電池，包括襯底、緩沖層、n型基區(qū)、i本征區(qū)和p型發(fā)射區(qū)，所述i本征區(qū)的厚度為0.1～0.4微米，包括多個周期的量子點層/應(yīng)變補償層；每周期的量子點層/應(yīng)變補償層中，每個量子點層材料為InGaAs，厚度為5～6個亞單層，每個應(yīng)變補償層材料為GaNAs，厚度為0.02～0.04微米。本實用新型中，在PIN型太陽電池的i本征區(qū)中引入量子點結(jié)構(gòu)，形成中間帶，利用GaNAs制成的應(yīng)變補償層，使InGaAs制成的量子點層上的量子點密度達到1012，整體尺寸均勻，使太陽電池可以有效的利用不同波段的太陽光，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/075GK202111103SQ20112023196
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者劉如彬, 孫強, 康培, 張啟明, 王帥, 穆杰 申請人:天津藍天太陽科技有限公司