本發(fā)明涉及一種太陽電池，具體地，涉及一種采用數(shù)字-指數(shù)混合方式摻雜功能區(qū)的太陽電池。

背景技術(shù)：

太陽電池是一種將自然界的太陽能直接轉(zhuǎn)換為人類可使用的電能的裝置，是當前利用綠色能源的最具潛力方式之一。相較于傳統(tǒng)的硅太陽電池，利用III-V族半導體材料制備的太陽電池，具有轉(zhuǎn)換效率高、抗輻照能力強、溫度特性好等優(yōu)點，被公認為是新一代高性能長壽命空間主電源，已在航天領域得到廣泛應用。隨著化合物半導體生長技術(shù)(如金屬有機化合物汽相外延——MOCVD) 的不斷進步，III-V族太陽電池的效率得到了很大提高，多結(jié)太陽電池效率已經(jīng)超過36%，是當前所有太陽電池中轉(zhuǎn)化效率最高的。如何進一步提升III-V族太陽電池的轉(zhuǎn)換效率成為當前研究熱點。在當前較為成熟的技術(shù)條件下，大幅度提升太陽電池的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)非常困難，效率的提升轉(zhuǎn)向了細節(jié)的優(yōu)化。

太陽電池中，為了形成pn結(jié)，會在外延層中進行相應的摻雜。以n on p電池（基區(qū)為p型，發(fā)射區(qū)為n型）為例，基區(qū)采用p型摻雜，發(fā)射區(qū)采用n型摻雜。為了對電池前后表面進行鈍化，減小載流子復合損失，通常在電池的后表面引入p型摻雜的背場，在電池前表面引入n型摻雜的窗口層。這些功能層通常采用均勻摻雜，最終目的都是為了更有效地促進光生載流子分離。然而，這種均勻摻雜在電池結(jié)構(gòu)中形成的有效電場強度有限，致使光生電子空穴對的分離效率不高，制約了電池性能的進一步提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種太陽電池，在太陽電池中采用數(shù)字-指數(shù)混合方式對各功能層進行摻雜，該種摻雜方式能在電池內(nèi)部形成增強電場，促進光生電子空穴對有效分離，提升太陽電池性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種采用數(shù)字-指數(shù)混合方式摻雜功能區(qū)的太陽電池的制備方法，該制備方法采用數(shù)字摻雜配合指數(shù)摻雜的方式制備該太陽電池的功能區(qū)；所述的數(shù)字摻雜配合指數(shù)摻雜的方式是指：摻雜區(qū)分段進行數(shù)字式摻雜，摻雜劑的流量以數(shù)字式躍變（比如摻雜劑的量是5/10/15這樣3段式跳變，而不是連續(xù)的從5均勻升至15）摻入到反應室中；而在相鄰的兩個摻雜濃度之間采用指數(shù)式變化。該種數(shù)字-指數(shù)混合摻雜方式能夠在電池結(jié)構(gòu)中形成增強電場，促進光生載流子分離，從而提高光生電流。

上述的制備方法，其中，所述功能區(qū)包括背場、基區(qū)和發(fā)射區(qū)。

上述的制備方法，其中，該太陽電池包含正向生長的電池，該正向生長的電池中，背場采用負指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞減；基區(qū)采用正指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞增；發(fā)射區(qū)采用正指數(shù)摻雜。

上述的制備方法，其中，該太陽電池包含反向生長的電池，該反向生長的電池中，發(fā)射區(qū)采用負指數(shù)摻雜，基區(qū)采用負指數(shù)摻雜，背場采用正指數(shù)摻雜。

本發(fā)明還提供了一種上述的采用數(shù)字-指數(shù)混合方式摻雜功能區(qū)的太陽電池，其特征在于，該太陽電池的功能區(qū)采用數(shù)字摻雜配合指數(shù)摻雜的方式制備，以形成增強的內(nèi)建電場，從而提高載流子遷移率。

上述的采用數(shù)字-指數(shù)混合方式摻雜功能區(qū)的太陽電池，其中，所述功能區(qū)包括背場、基區(qū)和發(fā)射區(qū)。

上述的采用數(shù)字-指數(shù)混合方式摻雜功能區(qū)的太陽電池，其中，該太陽電池包含正向生長的電池，該正向生長的電池中，背場采用負指數(shù)摻雜，基區(qū)采用正指數(shù)摻雜，發(fā)射區(qū)采用正指數(shù)摻雜。

上述的采用數(shù)字-指數(shù)混合方式摻雜功能區(qū)的太陽電池，其中，該太陽電池包含反向生長的電池，該反向生長的電池中，發(fā)射區(qū)采用負指數(shù)摻雜，基區(qū)采用負指數(shù)摻雜，背場采用正指數(shù)摻雜。

本發(fā)明提供的采用數(shù)字-指數(shù)混合摻雜方式的太陽電池具有以下優(yōu)點：

（1）采用指數(shù)式摻雜，在形成增強的內(nèi)建電場同時，將電勢變化移動到界面附近，降低了載流子在界面的復合速率；（2）數(shù)字式摻雜降低了摻雜劑的滯后效應，有助于形成增強的內(nèi)建電場，增強光生載流子分離，從而提高載流子的遷移率。

附圖說明

圖1為負指數(shù)摻雜的示意圖，其中橫坐標表示生長時間，縱坐標表示摻雜劑的有效流量。

圖2為正指數(shù)摻雜的示意圖，其中橫坐標表示生長時間，縱坐標表示摻雜劑的有效流量。

圖3為采用數(shù)字-指數(shù)式摻雜的正向生長太陽電池示意圖。

圖4為采用數(shù)字-指數(shù)式摻雜的反向生長太陽電池示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步地說明。

本發(fā)明提供的數(shù)字-指數(shù)混合摻雜方式適用于正向生長的正裝太陽電池和反向生長的倒裝太陽電池，該方式主要在功能區(qū)，如基區(qū)、背場和發(fā)射區(qū)中起作用。所述數(shù)字-指數(shù)混合摻雜方式是指，摻雜區(qū)分段進行數(shù)字式摻雜，即在生長過程中，摻雜劑的流量以數(shù)字式躍變通入反應室中；而在相鄰的兩個摻雜濃度之間采用指數(shù)式變化，如圖1、圖2所示。

下面以GaInP（鎵銦磷）單結(jié)電池的MOCVD生長為例，說明本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式。

實施例1

如圖3所示，以正向生長的GaInP單結(jié)太陽電池為例，首先在GaAs（砷化鎵）襯底1上外延生長GaAs緩沖層2，接著依次生長AlGaInP（鋁鎵銦磷）背場3，GaInP基區(qū)4，GaInP發(fā)射區(qū)5，AlInP（鋁銦磷）窗口層6，GaAs帽子層7。該結(jié)構(gòu)采用低壓金屬有機物化學氣相沉積（LP-MOCVD）設備生長。在電池結(jié)構(gòu)的背場、基區(qū)和發(fā)射區(qū)中采用數(shù)字-指數(shù)式摻雜方式進行摻雜，其中，背場采用如圖1的負指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞減；基區(qū)采用如圖2的正指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞增；發(fā)射區(qū)采用如圖2的正指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞增。

實施例2

如圖4所示，以反向生長的GaInP單結(jié)太陽電池為例，首先在GaAs（砷化鎵）襯底10上外延生長GaAs緩沖層20，接著依次生長AlInP（鋁銦磷）窗口層30，GaInP發(fā)射區(qū)40，GaInP基區(qū)50，AlGaInP（鋁鎵銦磷）背場60，GaAs接觸層70。該結(jié)構(gòu)采用低壓金屬有機物化學氣相沉積（LP-MOCVD）設備生長。在電池結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)、基區(qū)和背場中采用數(shù)字-指數(shù)式摻雜方式進行摻雜，其中，發(fā)射區(qū)采用如圖1的負指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞減；基區(qū)采用如圖1的負指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞減；背場采用如圖2的正指數(shù)摻雜，即摻雜濃度遞增。

指數(shù)式摻雜，在形成增強的內(nèi)建電場同時，將電勢變化移動到界面附近，降低了載流子在界面的復合速率；數(shù)字式摻雜降低了摻雜劑的滯后效應，有助于形成增強的內(nèi)建電場，增強光生載流子分離，從而提高載流子的遷移率。本發(fā)明提供的采用數(shù)字-指數(shù)混合摻雜方式的太陽電池，在太陽電池主要功能層中采用該數(shù)字-指數(shù)混合摻雜方式，以形成增強的內(nèi)建電場，促進光生載流子更有效地分離。采用該結(jié)構(gòu)能顯著增強載流子的壽命，對電池的開路電壓提升尤為顯著，為下一代超高效太陽電池的研制奠定了堅實的基礎。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。