帶隙變化的太陽能電池的制作方法
【專利摘要】一種改進(jìn)的多量子阱太陽能電池能夠通過確保每一量子阱薄層的帶隙與其它這樣的層相比是不均一的來實現(xiàn)。通過改變在連續(xù)形成的量子阱內(nèi)的至少兩種II族～VI族元素的含量，和/或改變連續(xù)的量子阱層的厚度而產(chǎn)生的帶隙的漸變提供了跨越可利用的太陽能光譜的較大范圍的吸收的增加。
【專利說明】帶隙變化的太陽能電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種并入了多量子阱的太陽能電池設(shè)計?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]半導(dǎo)體太陽能電池(諸如氮化銦鎵(InGaN)電池)具有改進(jìn)現(xiàn)有的太陽能捕獲技術(shù)的效率的潛力。由于InGaN可調(diào)節(jié)的直接帶隙，它尤其表現(xiàn)出作為太陽能電池半導(dǎo)體材料的巨大潛力，隨著在InxGahN層中的銦含量在0.0?1.0的范圍內(nèi)改變，該可調(diào)節(jié)的直接帶隙可以在大約0.67eV?大約3.4eV的范圍內(nèi)變化，從而InGaN顯示出幾乎跨越整個太陽光譜的吸收。InGaN具有進(jìn)一步有用的特性，諸如高載流子遷移率、高飽和速度以及對高溫和輻射的較好抗性。
[0003]通常，在形成這樣的太陽能電池時，GaN層將用作基底或下面的外延層，使相對高銦含量的InGaN層在該GaN層上生長以能夠?qū)崿F(xiàn)期望的吸收效率。該途徑的一個問題是由于InxGapxN和GaN之間的巨大的晶格失配所產(chǎn)生的高應(yīng)力，能夠?qū)е虏黄谕慕Y(jié)果，諸如相分離和錯配位錯。這樣使得在實際中相對厚的InGaN層的生長成為一困難的途徑，該相對厚的InGaN層對增加太陽能的吸收是有用的。
[0004]一種已經(jīng)被提出的方案是在結(jié)構(gòu)內(nèi)使用多量子阱(MQW)。每一量子阱(QW)是顯示出低帶隙的非常薄的半導(dǎo)體材料層，且被夾在兩個較高帶隙的阻擋層之間。當(dāng)處理半導(dǎo)體材料時，諸如InGaN，其具有高光學(xué)吸收系數(shù)且因此非常薄的材料層可以提供足夠水平的吸收，使用多量子阱是切實可行的途徑。
[0005]例如，使用這些InGaN的低維度多量子阱使得能夠形成與較厚的InGaN層相比高質(zhì)量的晶體層，從而使夾層應(yīng)力和相分離大大降低，同時提供量子化能級的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。
[0006]但是，迄今為止，在太陽能電池中使用多量子阱的現(xiàn)有技術(shù)的實例已經(jīng)患有小于最佳光吸收以及顯著的與極化相關(guān)的電荷之不足，從而導(dǎo)致太陽光能向電能的相對低的能
量轉(zhuǎn)換。
[0007]美國專利申請?zhí)?011/0220190提出在太陽能電池中使用漸變的緩沖層(gradedbuffer layer)，該分級緩沖層可以包括 InGaAs、GaAs> AlGaAs> InGaP、AlGaInP 和AlGaInAs。這些材料用于II1-V族(多結(jié))太陽能電池，其中V族元素是As和/或P。
[0008]美國專利申請?zhí)?011/0197956記載了使用包括無定形SiGe層，或作為過渡層的a-Si和μ C-Si的混合層，或a-Si和多-Si的混合層的多層或在大的帶隙光吸收層(諸如a-Si)和小的帶隙光吸收層(諸如c-Si)之間的隧道結(jié)(tunnelling junction)。該專利申請仔細(xì)考慮了過渡層可以具有逐漸改變的帶隙，該逐漸改變的帶隙例如是通過在膜形成過程中持續(xù)改變在加工氣體(process gas)中的氫含量從而改變Si層的結(jié)晶度來實現(xiàn)的。例如，具有a-Si的層(結(jié)晶度=0% )逐漸改變成μ c-Si (結(jié)晶度=60?100% )。
[0009]US2009/0255580記載了在量子點(diǎn)太陽能電池中使用不同尺寸的量子點(diǎn)。由于不同的結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)太陽能電池和量子阱太陽能電池在工業(yè)中是分別處理的，這意味著對比的圖是不可靠的。因此，該文件對于非量子點(diǎn)太陽能電池提供很少的幫助。[0010]W02000/077861記載了一種裝置，包括許多不同波長選擇性的有源層，這些有源層設(shè)置在具有單調(diào)降低的帶隙的垂直堆疊中。帶隙在每一層內(nèi)保持相同，同時在下面的隨后的層中帶隙降低。分別在每一層的側(cè)面發(fā)生接觸。該文件提到將這些薄膜層結(jié)構(gòu)用于可能的太陽能應(yīng)用中，但主要強(qiáng)調(diào)了圖像應(yīng)用。該文件提到使用具有超寬帶隙的半導(dǎo)體或絕緣體的量子阱不能夠出現(xiàn)跨越堆疊中的層的必需的歐姆接觸。因此，該文件沒有提供對于上述問題的令人滿意的方案。
[0011]需要一種太陽能電池，該太陽能電池能夠利用多量子阱的優(yōu)點(diǎn)，同時改進(jìn)光吸收，且因此改進(jìn)總效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]以一種寬泛的形式，本發(fā)明存在于(reside in) —種太陽能電池，該太陽能電池包括多量子阱有源區(qū)，其中，每一量子阱層的組成均與相鄰的或連續(xù)的量子阱層(consecutive quantum well layer)的組成不同。
[0013]在第一方面，雖然不需要是僅有的或事實上最寬泛的形式，但本發(fā)明存在于一種太陽能電池，該太陽能電池包括:
[0014](a)第一連結(jié)層(junction layer)；
[0015](b)第二連結(jié)層；以及
[0016](c)在所述第一連結(jié)層和所述第二連結(jié)層之間的有源區(qū)，所述有源區(qū)包括多個量子阱層，所述多個量子阱層的每一量子阱層被夾在阻擋層之間，
[0017]其中，連續(xù)的量子阱層由于層厚度的改變和/或它們具有不同組成的至少一種它們的構(gòu)成元素而具有不同的帶隙值。
[0018]優(yōu)選地，隨著遠(yuǎn)離在使用中太陽光將入射到其上的所述太陽能電池的表面,連續(xù)的量子阱層的帶隙降低。
[0019]適當(dāng)?shù)兀鰳?gòu)成元素可為至少兩種II族?VI族元素。
[0020]當(dāng)所述構(gòu)成元素是II族元素時，它可選自由鋅、鎂、鈹和鎘組成的組。
[0021]當(dāng)所述構(gòu)成元素是III族元素時，它可選自由硼、鋁、鎵和銦組成的組。
[0022]當(dāng)所述構(gòu)成元素是IV族元素時，它可選自由碳、硅、鍺和鈦組成的組。
[0023]當(dāng)所述構(gòu)成元素是V族元素時，它可選自由氮、磷、砷和銻組成的組。
[0024]當(dāng)所述構(gòu)成元素是VI族元素時，它可選自由氧、碲、硒和硫組成的組。
[0025]鄰近的量子阱層可出現(xiàn)不同的量子化能量水平。
[0026]優(yōu)選地，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族?VI族元素的含量增加。
[0027]應(yīng)理解，雖然隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的一種II族?VI族元素的含量增加，但另一種II族?VI族元素的含量可減少。例如，如果量子阱層由InGaN組成，那么隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，銦含量可增加而鎵含量減少。因此，保持II族?VI族元素的總平衡。
[0028]可選擇或組合地，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，連續(xù)的量子阱層的厚度減小。[0029]在一個實施方式中，各個量子阱層的組成在各自遍及的范圍內(nèi)基本恒定。
[0030]在可替代的實施方式中，當(dāng)從與一個鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域向與另一個鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域前進(jìn)穿過所述量子阱層時，所述各個量子阱層的組成可以持續(xù)的方式改變。
[0031]在部分連續(xù)的量子阱層的元素組成之間可以重疊，但應(yīng)理解，隨著遠(yuǎn)離在使用中最靠近入射太陽光的量子阱層，總的趨勢是在連續(xù)的量子阱層中至少一種構(gòu)成元素的相對含量將增加，而相關(guān)或伴隨的元素的相對含量將減少，這樣，量子阱層的帶隙隨著它們進(jìn)一步遠(yuǎn)離面向太陽的層而降低。
[0032]適當(dāng)?shù)?，量子阱層包括兩種或多種構(gòu)成元素，且這些元素的至少兩種的相對含量在不同層之間發(fā)生變化。
[0033]優(yōu)選地，在量子阱層之間含量不同的至少一種構(gòu)成元素是III族元素，選自由銦、鋁和鎵組成的組。
[0034]更優(yōu)選地，在量子阱層之間含量不同的III族元素是銦。
[0035]形成量子阱層的材料優(yōu)選是II族?VI族的氮化物、砷化物或磷化物。
[0036]優(yōu)選地，形成量子阱層的材料是III族的氮化物、砷化物或磷化物。
[0037]更優(yōu)選地，形成量子阱層的材料選自由氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵、氮化銦鋁、氮化鋁鎵、砷化銦鎵、氮化銦鎵砷、氮化鋁銦鎵砷、磷化銦鎵、磷化銦鎵砷、磷化銦砷、砷化銦鋁和砷化銦鋁鎵組成的組。
[0038]甚至更優(yōu)選地，形成量子阱層的材料時氮化銦鎵。
[0039]在優(yōu)選的實施方式中，其中，量子阱層由氮化銦鎵形成，具有最高帶隙且位于太陽能電池最靠近適于接收太陽光的表面的一端的量子阱層是具有最低銦含量的量子阱層。
[0040]適當(dāng)?shù)?，每一量子講層的厚度小于15nm,優(yōu)選小于IOnm,更優(yōu)選小于7nm。
[0041]優(yōu)選地,每一量子講層的厚度在I?5nm之間，更優(yōu)選為大約3nm。
[0042]阻擋層可由與量子阱層相同或不同的材料形成。
[0043]優(yōu)選地，阻擋層包括選自由氮化鎵、氮化鋁、氮化銦鎵、氮化銦鋁和氮化鋁銦鎵組成的組中的材料，以便阻擋層的帶隙高于被夾在中間的量子阱層的帶隙。
[0044]在一個實施方式中，太陽能電池進(jìn)一步包括一個或多個閉鎖層(blockinglayer)。
[0045]優(yōu)選地，一個或多個閉鎖層具有比量子阱層或阻擋層高的帶隙。
[0046]適當(dāng)?shù)?對于p-1-n InGaN/GaN太陽能電池,p-AlGaN層存在于在p-GaN層之前且n-AlGaN層存在于η-GaN層之后。
[0047]優(yōu)選地，太陽能電池生長在基底上，該基底選自由藍(lán)寶石、鋅、玻璃和其它基于硅的基底組成的組。尤其優(yōu)選圖案化的藍(lán)寶石基底。
[0048]在第二方面中，本發(fā)明存在于一種形成包括多量子阱結(jié)構(gòu)的太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟:
[0049](a)形成阻擋層；
[0050](b)在所述阻擋層的頂部上形成期望厚度的量子阱層，所述量子阱層包括至少一種II族?VI族元素；
[0051](c)在暴露的量子阱層的頂部上形成另一阻擋層，從而所述量子阱層被夾在兩個阻擋層之間；
[0052](d)在暴露的所述另一阻擋層的頂部上形成期望厚度的另一量子阱層，所述另一量子阱層包括至少一種II族?VI族元素；以及
[0053](e)重復(fù)步驟(C)?⑷以形成期望數(shù)量的量子阱，其中，連續(xù)的量子阱層由于層厚度的改變和/或它們具有不同含量的所述至少一種II族?VI族元素而具有不同的帶隙值，
[0054]從而形成包括多量子阱結(jié)構(gòu)的太陽能電池。
[0055]在一個優(yōu)選的實施方式中，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的所述至少一種II族?VI族元素的含量增加。
[0056]在一個實施方式中，在各個量子阱層內(nèi)的所述至少一種II族?VI族元素的含量基本恒定。
[0057]在可替代的實施方式中，當(dāng)從與一個鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域向與另一鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域前進(jìn)穿過所述量子阱層時，在各個量子阱層內(nèi)的至少一種II族?VI族元素的含量可以持續(xù)的方式改變。
[0058]所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟:在基底上形成連結(jié)層，且隨后在所述連結(jié)層上形成第一阻擋層或量子阱層。
[0059]所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟:在要形成的最終量子阱層的頂部上形成另一連結(jié)層。
[0060]在可替代的實施方式中，所述方法可包括以下步驟:形成多量子阱結(jié)構(gòu)，從而隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族?VI族元素的含量減少。
[0061]在該可替代的實施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟:使所述多量子阱結(jié)構(gòu)與下面的基底分離且反轉(zhuǎn)該結(jié)構(gòu)，從而隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的所述至少一種II族?VI族元素的含量增加。
[0062]該可替代的實施方式的太陽能電池可形成在透明的基底上。
[0063]在第三方面中，本發(fā)明存在于一種通過第二方面的方法形成的太陽能電池。
[0064]在第四方面中，本發(fā)明存在于第三方面的太陽能電池的應(yīng)用。
[0065]本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將從下面的詳細(xì)描述中變得清楚。
[0066]在整體本說明書中，除非上下文的需要，詞語“包括(comprise、comprises、comprising) ”應(yīng)理解為意指包括所描述的整體(integer)或整體的組,但不排除任何其它的整體或整體的組。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0067]為了使本發(fā)明更容易理解和實施，將以實施例的方式且結(jié)合附圖來描述優(yōu)選實施方式，其中:
[0068]圖1示出多量子阱太陽能電池的第一實施方式的示意圖；
[0069]圖2示出多量子阱太陽能電池的第二實施方式的示意圖；
[0070]圖3示出通過實驗獲得的圖1的多量子阱太陽能電池的I?V特征的圖示；
[0071]圖4示出通過實驗獲得的兩種多量子阱太陽能電池的I?V特征的圖示；以及[0072]圖5示出通過實驗獲得的圖4的多量子阱太陽能電池的外量子效率和內(nèi)量子效率的特征的圖示。
【具體實施方式】
[0073]本發(fā)明基于如下發(fā)現(xiàn):通過確保每一量子阱薄層的帶隙相對于其它這樣的層是不均一的能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的多量子阱太陽能電池。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變在連續(xù)形成的量子阱內(nèi)至少一種，通常至少兩種II族~VI族元素的含量，諸如在InGaN中銦和鎵的相對含量而產(chǎn)生的帶隙的漸變提供了在至少增加跨越可利用的太陽光譜的更大范圍的吸收方面的優(yōu)點(diǎn)。通過用改變連續(xù)的量子阱層的厚度來代替或與改變連續(xù)的量子阱層的厚度組合可獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0074]并不特別限制目前太陽能電池可利用的半導(dǎo)體材料，以及由此可形成的層的性質(zhì)。雖然本文討論的實施方式通常利用InGaN作為QW材料，以及利用GaN用于阻擋層和P-連結(jié)層和η-連結(jié)層，但并不限制本發(fā)明的效用。
[0075]圖1示出MQW太陽能電池(PV Α)的第一實施方式的示意圖。圖1等同于在表1中表示的結(jié)構(gòu)，表1提供了 關(guān)于各層的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。太陽能電池10通常被看作包括具有第一連結(jié)層20的p-1-n接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中第一連結(jié)層20為具有大約1000nm的厚度和lel9/cm3的摻雜物濃度的n-GaN層。存在的有源區(qū)位于第一連結(jié)層20上，且由交替的阻擋層30和QW層40組成。因此，每一 QW層40被夾在兩個阻擋層30之間以形成量子阱。
[0076]在示出的實施方式中，1-1nGaN半導(dǎo)體材料形成QW層40，且應(yīng)注意，每一層40的組成不同于鄰近的層40的組成。第二連結(jié)層50是p-GaN層，且產(chǎn)生位于第一連結(jié)層20和第二連結(jié)層50之間的有源區(qū)。表1示出ρ-GaN層大約為150nm厚，且具有l(wèi)el8/cm3的摻雜濃度。
[0077]在圖1及表1所示的實施方式中，太陽能電池10被設(shè)計為包括第二連結(jié)層50的一端將暴露于太陽下。從第一連結(jié)層20開始至第二連結(jié)層50，能夠看到每一連續(xù)的QW層40的銦含量以步進(jìn)式方式從表1中第3號層的最大Ιηα?56&(ι.85Ν(15%的銦含量)降低至表I中第31號層的最小1%CllGaa99N(I %的銦含量)。因此，每一各個QW層40內(nèi)的銦含量基本恒定，但從一層40至另一層40是改變的。
[0078]每一量子講層的厚度小于15nm,優(yōu)選小于IOnm,更優(yōu)選小于7nm厚。
[0079]優(yōu)選地,每一量子講層為I~5nm厚,更優(yōu)選為大約3nm厚。
[0080]雖然在圖1中沒有示出，但太陽能電池10將在適當(dāng)?shù)幕?諸如藍(lán)寶石)上生長。還可以存在進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)組成部分，諸如P-接觸層和Π-接觸層、在面向太陽側(cè)上的防反射層、在背側(cè)的光反射器、隧道層等，這些組成部分沒有示出在圖1中，但對于太陽能電池10的運(yùn)轉(zhuǎn)是必需的，且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。
[0081]優(yōu)選最靠近進(jìn)來的太陽光的QW層40，在表1的情況中是第31號層，具有較高的帶隙，且因此具有比相繼的QW層40低的銦含量。最靠近進(jìn)來的太陽光的QW層的銦含量可以是在0%~100%之間，優(yōu)選在0.5%~50%之間，更優(yōu)選在1%~40%之間。相繼的QW層(successive Qff layer)可以具有從該值遞增至期望的最大值的銦含量。
[0082]QW層40可以由包括兩種或更多種II族~VI族元素的任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料形成。優(yōu)選地，至少一種II族~VI族元素選自由銦、鋁和鎵組成的組的III族元素，而另一種可以是選自由氮、磷、砷和銻組成的組的V族元素。
[0083]形成QW層40的材料優(yōu)選是III族的氮化物、III族的砷化物、III族的砷化氮化物或III族的砷化磷化物。
[0084]優(yōu)選地，形成QW層40的材料選自由氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵、氮化銦鋁、氮化鋁鎵、砷化銦鎵、氮化砷化銦鎵、氮化砷化鋁銦鎵、磷化銦鎵、磷化砷化銦鎵、磷化砷化銦、砷化銦鋁和砷化銦鋁鎵組成的組。
[0085]更優(yōu)選地，形成量子阱層的材料是氮化銦鎵。如上所述，InGaN表現(xiàn)出作為太陽能電池半導(dǎo)體材料的巨大潛力，因為它可調(diào)節(jié)的直接帶隙和幾乎跨越整個太陽光譜的吸收，以及表現(xiàn)出進(jìn)一步有用的特性，諸如高載流子遷移率、高飽和速度以及對高溫和輻射的較好抗性。
[0086]MQff太陽能電池結(jié)構(gòu)的不同實施方式可以提供寬范圍的存在的量子阱的實際數(shù)量。只要產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)能夠恰當(dāng)?shù)匚仗柟?，??大約150之間的任何數(shù)量的各個量子阱都可以是恰當(dāng)?shù)?。太陽能電池中?yōu)選可以存在大約5?大約100個量子阱層，更優(yōu)選大約5?大約80個量子阱層。
[0087]每一阻擋層30可以由與QW層40相同或不同的材料形成。例如，阻擋層30可以由氮化鎵、氮化鋁、氮化銦鎵、氮化銦鋁或氮化鋁銦鎵形成，從而阻擋層的帶隙高于夾在中間的量子阱層的帶隙。優(yōu)選地，阻擋層是氮化鎵層。
[0088]阻擋層30可以具有3nm?IOOnm之間的厚度，優(yōu)選具有7nm?50nm之間的厚度，更優(yōu)選具有IOnm?30nm之間的厚度，且還更優(yōu)選具有10?20nm之間的厚度。
[0089]阻擋層30應(yīng)具有比被夾在阻擋層30之間的QW層40大的帶隙。這可以通過選擇阻擋層30的材料和/或厚度來實現(xiàn)。除此之外，對阻擋層30的性質(zhì)沒有特別限制。
[0090]雖然，如上所述，圖1的實施方式是p-1-n結(jié)構(gòu)，即太陽能電池面向太陽的一端是P-層，且Π-層與基底端相鄰，但提供n-1-p太陽能電池也認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其中，太陽能電池面向太陽的一側(cè)是η-層，而P-層與基底端相鄰。η-層和P-層的厚度可以基于它們的生長順序來選擇，且η-層和ρ-層的厚度優(yōu)選在大約2500nm?30nm之間,優(yōu)選在大約IOOOnm?50nm之間。通常,面向太陽的η-層或ρ-層是兩者中較薄的。η-層和ρ-層可以是高度摻雜的，以助于最小化極化效應(yīng)。QW層40(即在表I中列出的i_層或本征層(intrinsic layer))的摻雜水平應(yīng)保持相對較低。
[0091]圖2示出多量子阱太陽能電池的第二實施方式的示意圖。如在圖1中所看出的，太陽能電池100包括被夾在n-GaN的第一連結(jié)層120和ρ-GaN的第二連結(jié)層之間的MQW有源區(qū)。有源區(qū)MQW由將QW層140夾在中間的阻擋層130制成。應(yīng)是意識到，在圖2中示出的實施方式和在圖1中示出的實施方式之間僅有的區(qū)別是QW層140的有效順序就它們的銦含量而言已經(jīng)被反轉(zhuǎn)了。也就是說，I %的銦的最低銦含量層位于最靠近n-GaN第一連結(jié)層120處，且因此距離入射的太陽光最遠(yuǎn)。每一相繼的或連續(xù)的QW層140的銦含量以步進(jìn)式的方式從該值增加至最靠近太陽能電池100的面向太陽表面的QW層140中的15%。除此之外，對于在圖1中示出的實施方式相關(guān)的所有評述(諸如η-層和ρ-層等的材料性質(zhì)和布置)都可以等同地適用于圖2中示出的實施方式。
[0092]由圖2的設(shè)計所提供的優(yōu)點(diǎn)在于可以生長的量子層140的質(zhì)量。InGaN在高溫下降解，因此在圖1中示出的實施方式中(其中，首先生長最高銦含量的層)，必需使用相對低的溫度。當(dāng)生長具有較低銦含量的相繼的QW層40時，這些層自身能夠承受較高的生長溫度，但已經(jīng)形成的高銦含量的層會降解，且因此所有剩余的QW層40在它們能夠生長的溫度方面受到第一生長的最高銦含量的層的限制。與具有低銦含量的InGaN層相比，具有較高銦含量的InGaN層具有相對較高的與鄰近的GaN層的晶格失配，且因此為相繼的QW層40和阻擋層30的構(gòu)建而提供的平臺次于最佳。
[0093]這個問題能夠通過使太陽能電池100的各層以圖2所示的順序進(jìn)行生長來避免。首先生長最低銦含量的層，這意味著它們能夠在較高溫度下生長，這樣產(chǎn)生具有較好器件性能的質(zhì)量提高的InGaN QW層140。當(dāng)形成相繼的QW層140時，生長溫度能夠逐步降低，以適合所形成的層的特定的銦含量，這意味著每一 QW層140能夠在最佳溫度下生長，從而提供具有較低晶格失配，較低的應(yīng)力和改進(jìn)的器件性能的結(jié)構(gòu)。
[0094]如對圖1所提到的，優(yōu)選最高帶隙的QW層140 (即最低銦含量)應(yīng)最靠近太陽光束入射到其上面的表面。在太陽能電池100的情況中，可以使用透明基底，且電池100被定向為基底靠近入射太陽光以使得發(fā)生太陽光入射?；蛘撸谝贿B結(jié)層120及由此生長在其頂部的MQW和第二連結(jié)層150可以與基底分離，該結(jié)構(gòu)實質(zhì)上完全顛倒從而最低銦含量的層變?yōu)榕c太陽最靠近的QW層140。如對圖1所討論的內(nèi)容，n-GaN和ρ-GaN的位置可以交換，且因此P-1-n和n-1-p結(jié)構(gòu)都可以考慮。因此，在圖2中示出的實施方式僅可表示如此生長的結(jié)構(gòu)具有最佳應(yīng)力和器件特征，但然后在使用中它將被定向，以更近似于圖1的構(gòu)造。
[0095]在圖1和圖2以及表I中例示的那些實施方式的替代實施方式中，在每一各個QW層40和140內(nèi)的II族?VI族元素的含量，例如相對銦含量和相對鎵含量，從與一個鄰近的上阻擋層30或130接觸的區(qū)域向與另一鄰近的下阻擋層30或130接觸的區(qū)域前進(jìn)時可以持續(xù)的方式改變。
[0096]例如，圖1最低銦含量的QW層40在緊鄰第二連結(jié)層50的區(qū)域內(nèi)可具有In0.01Ga0.99N的組成，但該層的銦含量逐漸增加，直至在最靠近鄰近的阻擋層30的區(qū)域內(nèi)的組成更類似于In0.02Ga0.98N。
[0097]在部分連續(xù)的QW層40的II族?VI族元素含量之間可存在重疊，但應(yīng)理解，總的趨勢是在連續(xù)的量子阱層中II族?VI族元素的總含量以圖1中示出的方式增加。例如，在上面剛剛討論的QW層40(最接近第二連結(jié)層50)可具有變化的銦含量，從而它從 InaciciGahcitlN 前進(jìn)至 Inatl2Gaa98N,且隨后的 QW 層(subsequent Qff layer)40 具有從1%OiGa0.99N開始且變化至在其較低范圍的大約Inatl3Gaa97N的銦含量。因此，即使當(dāng)層之間的一些重疊明顯時，也保持隨后的QW層40朝更高銦含量的趨勢。
[0098]由于在跨越MQW上實現(xiàn)的相對銦和鎵含量的改變，該包括漸變的QW層的實施方式會提供具有有用吸收范圍的太陽能電池。如同適用于與圖1和圖2相關(guān)所討論的那些實施方式一樣，各層的性質(zhì)及交換連結(jié)層的能力等也適用于該實施方式。
[0099]各個量子阱層的帶隙的改變(這是本發(fā)明的關(guān)鍵)可替代地也可通過形成具有相同組成的連續(xù)的量子阱層并改變那些層的厚度來實現(xiàn)。這可以通過控制生長條件和時間來實現(xiàn)。
[0100]各個量子阱層的帶隙的改變還可以通過改變連續(xù)的量子阱層的組成以及厚度來實現(xiàn)。
[0101]可以實現(xiàn)在本文中所討論的實施方式內(nèi)的其它改變。例如，在阻擋層30或130內(nèi)的II族?VI族元素的含量不一定需要在整個太陽能電池10或100內(nèi)都保持恒定。因此，圖1和圖2的阻擋層30和130可具有一些銦含量，且該銦含量可與從一個阻擋層至下一阻擋層的鎵含量相關(guān)聯(lián)地，幾乎以所描述的關(guān)于QW層40和140的方式改變。
[0102]在一個實施方式中，在每一各個阻擋層30和130內(nèi)的銦含量是恒定的，但在隨后的阻擋層30和130中，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離入射太陽光的表面，銦含量將以步進(jìn)式方式增加，且由此鎵的相對含量降低。具有最低銦含量的阻擋層30或130應(yīng)最靠近入射太陽光表面，且它們的總帶隙應(yīng)高于量子阱層的總帶隙。
[0103]在可替代的實施方式中，在每一阻擋層30或130內(nèi)的銦含量可完全以各個QW層40和140所述的方式跨越其范圍發(fā)生改變。該改變可能跨越大約0.5?2.0 %的小范圍，且隨后的阻擋層30或130可表現(xiàn)出銦含量的重疊，但總的趨勢為當(dāng)進(jìn)一步從太陽光照射的表面向阻擋層30或130靠近時，相對銦含量越來越高?？缭阶钃鯇?0或130的相對銦含量的改變可有助于改進(jìn)太陽能電池10或100的吸收特性，且可有助于降低有問題的極化問題。
[0104]對于在阻擋層30和130內(nèi)的相對銦含量以步進(jìn)式和漸變的方式所發(fā)生的改變，僅有的限制是任何阻擋層30或130的帶隙應(yīng)高于任何QW層40或140的帶隙。因此，如果QW層40或140的相對銦含量從最小15%改變?yōu)樽畲?0%，則阻擋層30或130的相對銦含量只能夠從O改變?yōu)?4.99%。
[0105]在另一實施方式中，第一連結(jié)層和第二連結(jié)層，即圖1和圖2中是摻雜的GaN的P-層和η-層，可由InGaN形成，而且如上對QW和/或阻擋層所討論的內(nèi)容，兩層之間的相對銦含量及在每一層內(nèi)的相對銦含量均可以改變。對它的主要限制是最靠近太陽光照射的表面的連結(jié)層(可以是P-層或η-層)應(yīng)具有比隨后的QW層或阻擋層高的帶隙。在連結(jié)層中的銦含量可幫助降低極化問題。
[0106]在又一實施方式中，在上述任意實施方式中所述的太陽能電池結(jié)構(gòu)可包括一些應(yīng)力平衡QW層，該應(yīng)力平衡QW層將有助于降低結(jié)構(gòu)中至少一部分積累的應(yīng)力。例如，InGaN/GaN MQW太陽能電池結(jié)構(gòu)可包括一些AlGaN或AlN薄層，該AlGaN或AlN薄層能夠顯示出與當(dāng)在GaN上生長時由InGaN所產(chǎn)生的應(yīng)力相比相反的應(yīng)力。因此，這些AlGaN或AlN薄層將幫助減小結(jié)構(gòu)的總應(yīng)力，且可改進(jìn)太陽能電池的性能。結(jié)構(gòu)還可包括其它類型的應(yīng)力平衡薄層或QW層。
[0107]在一個優(yōu)選實施方式中，太陽能電池結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括一個或多個閉鎖層。閉鎖層可在連結(jié)層之前或之后形成。
[0108]優(yōu)選地，閉鎖層將具有高于QW層和阻擋層的帶隙，且應(yīng)能夠降低或閉鎖相反的/不需要的載流子向P-接觸層或η-接觸層流動。例如，一個閉鎖層可閉鎖或降低電子向太陽能電池的P-接觸層流動，而另一個閉鎖層可閉鎖或降低空穴向太陽能電池的η-接觸層流動。
[0109]閉鎖層可由AlGaN、InAlGaN、AlN和其它類似材料制得，可選地可被適當(dāng)?shù)負(fù)诫s。
[0110]適當(dāng)?shù)?對于p-1-n InGaN/GaN太陽能電池，閉鎖或降低電子向p_GaN層流動的P-AlGaN層存在于ρ-GaN層之前，而閉鎖或降低空穴向n_GaN層流動的η-AlGaN存在于n-GaN之后。
[0111]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，閉鎖層能夠改進(jìn)太陽能電池的效率，如在本文所述的結(jié)果中所證實的。在理想的太陽能電池中，僅空穴將流向P-接觸層，而電子將流向η-接觸層。但是，事實是一些電子將不可避免地流向P-接觸層，而一些空穴將流向η-接觸層，這導(dǎo)致太陽能電池效率的損失。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在，基于P-1-n InGaN/GaN的太陽能電池中，諸如在圖1和圖2種描述的太陽能電池，如果ρ-AlGaN層在ρ-GaN層之前生長且η-AlGaN層在n_GaN層之后生長，則上面提到的現(xiàn)象能夠被大大減少，且相應(yīng)地提高了電池效率。生長AlGaN/GaN Qff層且將其并入太陽能電池結(jié)構(gòu)中以形成修改的結(jié)構(gòu)(PV B)，在該修改的結(jié)構(gòu)(PV B)中，QW層中的銦含量在15?20%的范圍內(nèi)改變。該結(jié)構(gòu)示于表2中。
[0112]還已經(jīng)認(rèn)識到，隨著InGaN QW層內(nèi)的銦含量增加，結(jié)構(gòu)中的總應(yīng)力增加,且由此生長的層的質(zhì)量變壞，導(dǎo)致太陽能效率降低。為了減輕這個問題，在另一優(yōu)選實施方式中，目前的太陽能電池可生長在圖案化的藍(lán)寶石基底(PSS)上，而不是生長在生成太陽能電池PVA和PV B中使用的平坦的藍(lán)寶石基底上。含有與PV B (如上所述)中完全相同的層的順序和含量的新結(jié)構(gòu)(PV C)生長在PSS上。該結(jié)構(gòu)示于表3中。應(yīng)理解在表2和表3中示出的層的數(shù)量(N)不能認(rèn)為是限制，而僅是示例。電池中層的數(shù)量取決于許多因素(包括制造關(guān)心的問題、具體的應(yīng)用等)可或多或少。沒有過多實驗的情況下就能夠確定層的優(yōu)選數(shù)量的本領(lǐng)域技術(shù)人員理解這一點(diǎn)。
[0113]在上面生長太陽能電池結(jié)構(gòu)的基底可選自一系列可用的基底，包括玻璃、硅和藍(lán)寶石，所有這些基底可以是被修改的或沒有被修改的。修改的基底可以被適當(dāng)摻雜。尤其優(yōu)選圖案化的藍(lán)寶石基底。
[0114]結(jié)構(gòu)PV B和PV C均示出如下的光伏效應(yīng)，這些光伏效應(yīng)表明改變帶隙的太陽能電池是切實可行的選擇以實現(xiàn)高能量轉(zhuǎn)換效率，且解決或減輕了當(dāng)前困擾InGaN/GaN太陽能電池的一些問題。
[0115]因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括具有改變的帶隙的InGaN量子阱層的太陽能電池在如下方面特別有利且出乎意料地有利:提供在有源層內(nèi)的增加的光吸收、在結(jié)構(gòu)內(nèi)的降低的總應(yīng)力及在p-1-n結(jié)構(gòu)(面向Ga的GaN/InGaN結(jié)構(gòu))內(nèi)降低不利的極化效應(yīng)，以及在n_i_p結(jié)構(gòu)(面向Ga的GaN/InGaN結(jié)構(gòu))中改進(jìn)有利的極化效應(yīng)。
[0116]因此，在一高度優(yōu)選的實施方式中，太陽能電池包括:
[0117](a)第一連結(jié)層；
[0118](b)第二連結(jié)層；以及
[0119](c)在所述第一連結(jié)層和所述第二連結(jié)層之間的有源區(qū)，所述有源區(qū)包括多個InGaN量子阱層，所述多個量子阱層的每一量子阱層被夾在阻擋層之間，
[0120]其中，連續(xù)的量子阱層由于它們的銦含量和鎵含量的改變而具有不同的帶隙值，且隨著遠(yuǎn)離在使用中太陽光將入射到其上的太陽能電池的表面，連續(xù)的量子阱層的銦含量增加。
[0121]關(guān)于圖1和圖2所作的評述，以及本文中描述的實施方式，經(jīng)適當(dāng)修改后，適用于上述實施方式中。
[0122]在第二方面，本發(fā)明存在于一種用于形成包括多量子阱層的結(jié)構(gòu)的太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟:
[0123](a)形成阻擋層；
[0124](b)在所述阻擋層頂部上形成期望厚度的量子阱層，所述量子阱層包括至少一種II族?VI族元素；
[0125](c)在暴露的量子阱層的頂部上形成另一阻擋層，從而所述量子阱層被夾在兩個阻擋層之間；
[0126](d)在暴露的所述另一阻擋層的頂部上形成期望厚度的另一量子阱層，所述另一量子阱層包括至少一種II族?VI族元素；以及
[0127](e)重復(fù)步驟(C)?⑷以形成期望數(shù)量的量子阱，其中，連續(xù)的量子阱層由于層厚度的改變和/或它們具有不同含量的所述至少一種II族?VI族元素而具有不同的帶隙值，
[0128]從而形成包括多量子阱結(jié)構(gòu)的太陽能電池。
[0129]在一個優(yōu)選的實施方式中，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族?VI族元素的含量增加。
[0130]在一個實施方式中，在各個量子阱層內(nèi)的至少一種II族?VI族元素的含量基本恒定。
[0131]在可替代的實施方式中，隨著從與一個鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域向與另一鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域前進(jìn)穿過量子阱層，在各個量子阱層內(nèi)的至少一種II族?VI族元素的含量可以持續(xù)的方式改變。
[0132]所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟:在基底上形成連結(jié)層，且隨后在所述連結(jié)層上形成第一阻擋層或量子阱層。
[0133]所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟:在要形成的最終量子阱層的頂部上形成另一連結(jié)層。
[0134]在可替代的實施方式中，所述方法可包括以下步驟:形成多量子阱結(jié)構(gòu)，從而隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族?VI族元素的含量減少。
[0135]在該可替代實施方式中，所述方法可進(jìn)一步包括以下步驟:使多量子阱結(jié)構(gòu)與下面的基底分離且反轉(zhuǎn)該結(jié)構(gòu)，從而隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族?VI族元素的含量增加。
[0136]該可替代的實施方式中的太陽能電池可形成在透明的基底上。
[0137]如本文所述，所述方法可進(jìn)一步包括形成一個或多個閉鎖層的步驟。
[0138]在本發(fā)明范圍內(nèi)的太陽能電池可使用許多標(biāo)準(zhǔn)的沉積方法形成，所述標(biāo)準(zhǔn)的沉積方法包括但并必不限于:有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、遠(yuǎn)距電漿化學(xué)氣相沉積(RPCVD)和電漿輔助式分子束磊晶術(shù)(PAMBE)?？刂葡嗬^的量子阱中的銦含量的關(guān)鍵參數(shù)是生長溫度(對于具有增加的銦含量的層應(yīng)降低該溫度)，和三甲基銦試劑的銦通量或流速及三甲基鎵試劑的鎵通量或流速。
[0139]在高度優(yōu)選的實施方式中，量子阱層包括InGaN?？蓛?yōu)選地是，首先生長具有最低銦含量的量子阱層，然后生長具有增加的銦含量的連續(xù)的量子阱層。這樣能夠使用對于低銦含量層來講是較高的溫度，低銦含量層不太可能在這樣的溫度下降解。使用較高的溫度降低了太陽能電池中的晶格失配，并由此降低了太陽能電池中的應(yīng)力。
[0140]在第三方面中，本發(fā)明存在于一種通過第二方面的方法形成的太陽能電池。
[0141]由本文所述的結(jié)果所能清楚的是，這樣的太陽能電池與現(xiàn)有技術(shù)的那些太陽能電池相比提供了明顯的功能優(yōu)點(diǎn)。
[0142]在第四方面中，本發(fā)明存在于第三方面的太陽能電池的應(yīng)用。
[0143]應(yīng)理解，在上述各個部分中提及的本發(fā)明的各種特征和實施方式，經(jīng)適當(dāng)修改后，酌情適用于其它部分。因此，在一個部分中具體指出的特征可酌情與在其它部分中具體指出的特征相結(jié)合。
[0144]實驗
[0145]PV A
[0146]根據(jù)表I中描述的及在圖1中所示的結(jié)構(gòu)生長太陽能電池(PV A)。可以使用得到很好開發(fā)的技術(shù)(諸如M0CVD)，以標(biāo)準(zhǔn)方式進(jìn)行層的生長。生長條件實際上也是標(biāo)準(zhǔn)的，且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
[0147]然后，測試電池，且如在圖3中所示，示出該電池具有大約1.4%的能量轉(zhuǎn)換效率(H)。圖3還表明在測試條件下，短路電流(Isc)是11.7 μ Α，開路電壓(V。。)是?2.95V，且填充因子(FF)是?55.6%。根據(jù)報道的傳統(tǒng)InGaN太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率值，這代表改進(jìn)的數(shù)據(jù)。
[0148]還使用半導(dǎo)體技術(shù)研究有限公司(STR)開發(fā)的SCSim軟件進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的光伏模擬。模擬結(jié)果示出該結(jié)構(gòu)的理論填充因子(FF)是大約72%，高于計算的如下MQW太陽能電池結(jié)構(gòu)的大約43%的FF，該MQW太陽能電池結(jié)構(gòu)具有量子阱層且每一量子阱層具有固定的銦含量15%，但在其它方面顯示出與圖1所示相同的電池結(jié)構(gòu)。這表明圖1所示出的具有從一層至下一層銦含量改變的量子阱層40的太陽能電池10，能夠提供FF的增加，且從而能夠潛在地增加InGaN太陽能電池的效率。
[0149]在另一實施例中，能夠合成類似于圖1中示出的太陽能電池，其中每一量子阱層的銦含量和鎵含量是恒定的。所需的帶隙的改變能夠替代地通過改變連續(xù)形成的量子阱層的厚度來實現(xiàn)。在一非限制性實施例中，其中五個量子阱層被包含在太陽能電池中，且每一層的厚度從底部(首先形成的層)至頂部(面向太陽且最后形成的層)的前進(jìn)中可以是
4.5nm、4nm、3.5nm、3nm 和 2.5nm。
[0150]量子阱層厚度的改變也可與組成的改變組合使用，以實現(xiàn)所需的帶隙改變。
[0151]PV B
[0152]根據(jù)表2中所描述的結(jié)構(gòu)在藍(lán)寶石基底上生長太陽能電池(PV B)。設(shè)置AlGaN閉鎖層，其中，在P-GaN層之前生長ρ-AlGaN層及在n_GaN層之后生長η-AlGaN層。對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行太陽能電池模擬，且結(jié)果示出當(dāng)與其中QW層中的銦百分比恒定為17.5%的平均銦百分比且同時保持所有其它參數(shù)是相同的結(jié)構(gòu)相比時，在該帶隙改變的太陽能電池結(jié)構(gòu)中能量轉(zhuǎn)換效率提高了 22%。
[0153]PV C
[0154]根據(jù)表3給出的結(jié)構(gòu)在圖案化的藍(lán)寶石基底上生長太陽能電池(PV C)。使用圖案化的藍(lán)寶石基底是PV B和PV C之間僅有的結(jié)構(gòu)差異。
[0155]圖4中示出樣品PV B和PV C的1-V特征。PV C示出與PV B相比增加的短路電路密度，這表明PV C具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。如表4所示，PV C的太陽能電池效率是?1.28%，比PV B的太陽能電池效率(?0.9% )好很多。這些值有利地與現(xiàn)有的太陽能電池設(shè)計相比較，特別是針對所使用的銦含量。從如在圖5中所示的外量子效率(EQE)和內(nèi)量子效率(IQE)測量結(jié)果來看，PV C的質(zhì)量也比PV B有明顯提高。PV C的最大EQE和IQE分別是43.6%和44.9%。根據(jù)報道的傳統(tǒng)的InGaN太陽能電池的量子效率值，這些代表改進(jìn)的數(shù)據(jù)。這些EQE和IQE值也高于PV B的EQE和IQE值，PV B的最大EQE和IQE分別是28.7%和 31.9%。
[0156]雖然不希望受到任何特定理論的限制，但是仍認(rèn)為上面實驗證實的效果可以至少部分歸因于:由于特定太陽能電池的設(shè)計，使跨越太陽光譜的吸收改進(jìn)，且由此更多地生成電子-空穴對，以及與極化相關(guān)的問題的發(fā)生率降低。
[0157]通過說明書的全部內(nèi)容，目的是描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而不將本發(fā)明限制于任一實施方式或特征的特定集合。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，根據(jù)本公開的內(nèi)容，能夠在特定示例的實施方式中進(jìn)行各種修改和變化，而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0158]表
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池，包括: (a)第一連結(jié)層； (b)第二連結(jié)層；以及 (c)在所述第一連結(jié)層和所述第二連結(jié)層之間的有源區(qū)，所述有源區(qū)包括多個量子阱層，所述多個量子阱層的每一量子阱層被夾在阻擋層之間， 其中，由于層的厚度變化和/或它們的構(gòu)成元素中的至少一種構(gòu)成元素具有不同組成，連續(xù)的量子阱層具有不同的帶隙值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，隨著遠(yuǎn)離在使用中太陽光將會入射到其上的太陽能電池的表面，連續(xù)的量子阱層的帶隙降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述構(gòu)成元素可為至少兩種II族~VI族元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其中，所述構(gòu)成元素選自由鋁、鎵、銦和氮組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族~VI族元素的含量增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的太陽能電池，其中，隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，連續(xù)的量子阱層的厚度減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，各個量子阱層的組成在各自遍及的范圍內(nèi)基本恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，當(dāng)從與一個鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域向與下一個鄰近的阻擋層接觸的區(qū)域前進(jìn)穿過所述量子阱層時，各個量子阱層的組成以持續(xù)的方式變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能電池，其中，變化的是至少兩種III族元素的相對含量，所述III族元素選自由銦、招和鎵組成的組。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，形成所述量子阱層的材料是III族的氮化物、砷化物或磷化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，形成所述量子阱層的材料選自由氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵、氮化銦鋁、氮化鋁鎵、砷化銦鎵、氮化砷化銦鎵、氮化砷化鋁銦鎵、磷化銦鎵、磷化砷化銦鎵、磷化砷化銦、砷化銦鋁和砷化銦鋁鎵組成的組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池，其中，所述量子阱層包括氮化銦鎵，且在連續(xù)的量子阱層之間，銦含量和鎵含量是變化的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能電池，其中，具有最高帶隙且位于所述太陽能電池最靠近適于接收太陽光的表面的一端的量子阱層是具有最低銦含量的量子阱層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，每一量子阱層的厚度小于15nm，優(yōu)選小于IOnm,更優(yōu)選小于7nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太陽能電池，其中，每一量子阱層的厚度為I~5nm，更優(yōu)選為大約3nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述阻擋層由與所述量子阱層相同或不同的材料形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的太陽能電池，其中，所述阻擋層包括選自由氮化鎵、氮化鋁、氮化銦鎵、氮化銦鋁和氮化鋁銦鎵組成的組中的材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能電池，其中，所述阻擋層是氮化鎵層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述阻擋層被選擇為使所述阻擋層的帶隙高于被夾在中間的所述量子阱層的帶隙。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述太陽能電池進(jìn)一步包括一個或多個閉鎖層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的太陽能電池，其中，所述太陽能電池是p-1-n結(jié)構(gòu)，且所述太陽能電池生長為具有在P-層之前和η-層之后出現(xiàn)的至少一個閉鎖層。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的太陽能電池，其中，所述一個或多個閉鎖層是氮化鋁鎵層。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，與太陽光照射的表面最接近的連結(jié)層具有比隨后的量子阱層或阻擋層高的帶隙。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其中，所述第一連結(jié)層和所述第二連結(jié)層獨(dú)立地包括氮化鎵、氮化銦鎵或氮化銦鋁鎵。
25.一種形成包括有多量子阱結(jié)構(gòu)的太陽能電池的方法，所述方法包括以下步驟: (a)形成阻擋層； (b)在所述阻擋層的頂部上形成期望厚度的量子阱層，所述量子阱層包括至少一種II族~VI族元素； (C)在暴露的量子阱層的頂部上形成另一阻擋層，從而使所述量子阱層被夾在兩個阻擋層之間； (d)在暴露的所述另一阻擋層的頂部上形成期望厚度的另一量子阱層，所述另一量子阱層包括至少一種II族~VI族元素；以及 (e)重復(fù)步驟(C)~(d)以形成期望數(shù)量的量子阱，其中，由于層的厚度變化和/或它們所包括的所述至少一種II族~VI族元素具有不同含量，連續(xù)的量子阱層具有不同的帶隙值， 從而形成包括有多量子阱結(jié)構(gòu)的太陽能電池。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述量子阱層是氮化銦鎵層，且在連續(xù)的層中，銦含量和鎵含量是變化的。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括以下步驟:隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，增加在連續(xù)的量子阱層中的所述至少一種II族~VI族元素的含量。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括以下步驟:在各個量子阱層內(nèi)，保持所述至少一種II族~VI族元素的含量基本恒定。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括以下步驟:在基底上形成連結(jié)層，且隨后在所述連結(jié)層上形成第一阻擋層或量子阱層。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括以下步驟:在要形成的最終量子阱層的頂部上形成另一連結(jié)層。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括以下步驟:形成多量子阱結(jié)構(gòu)，從而隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的至少一種II族~VI族元素的含量減少。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，包括以下步驟:使所述多量子阱結(jié)構(gòu)與下面的基底分離且使該結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)，從而隨著進(jìn)一步遠(yuǎn)離在使用中太陽光入射到其上的所述太陽能電池的范圍，在連續(xù)的量子阱層中的所述至少一種II族~VI族元素的含量增加。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述基底是透明的。
34.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，包括以下步驟:在具有較高銦含量的量子阱層之前生長具有最低銦含量的量子阱層。
35.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟:生長一個或多個AlGaN或AlN薄層，以降低所述太陽能電池中的應(yīng)力。
36.一種通過權(quán)利要求25所述的方法而形成的太陽能電池。
37.權(quán)利要求36所 述的太陽能電池的應(yīng)用。
【文檔編號】H01L31/0352GK103946988SQ201280057556
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】薩蒂亞納拉揚(yáng)·巴利克 申請人:蓋利姆企業(yè)私人有限公司