本發(fā)明涉及一種光伏領域，尤其是一種光伏電池及其制備方法。

背景技術：

太陽能光伏電池(簡稱光伏電池)用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率低，但價格更便宜。

以砷化鎵為代表的III-V族太陽電池具有低成本、高效率、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是公認的最具有發(fā)展和市場潛力的第二代光伏電池。人們對其研究興起于上個世紀八十年代初，經(jīng)過二十多年發(fā)展并取得了可喜的成果。

但是，第二代光伏電池為了保證入射光的充分吸收，需要吸收層厚度較厚，需要消耗更多的材料，增加材料成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的提供一種光伏電池，其選用氮化鎵鋁銦材料，使光伏電池具有較高的輸出功率和較高的光電轉(zhuǎn)化率。

本發(fā)明還有一個目的提供一種光伏電池，其設有陷光結(jié)構，能夠提高光在光伏電池中的光程，使光吸收增加，提高光電轉(zhuǎn)化率。

本發(fā)明還有一個目的提供一種光伏電池的制備方法，給出陷光結(jié)構錐角和等離子體蝕刻時間的計算公式，有效降低了光伏電池的反射率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光伏電池，包括：

背電極；

襯底層，其設置在所背電極上方；以及

n型In_aAl_aGa_1-2aN層，其設置在所述襯底層上方，0.18≤a≤0.30；

摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層，其設置在所述n型In_aAl_aGa_1-2aN層上方，0.32≤b≤0.48；

p型In_cAl_cGa_1-2cN層，其設置在所述摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層上方，0.12≤c≤0.38；

窗口層，其設置在所述p型In_cAl_cGa_1-2cN層的上方；

正電極，其設置在所述窗口層的上方；

其中，在所述襯底層、n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層、p型In_cAl_cGa_1-2cN層和窗口層分別設有陷光結(jié)構。

優(yōu)選的是，還包括：

籽晶層，其設置在所述襯底層與n型In_aAl_aGa_1-2aN層之間，厚度為0.05-0.08μm。

優(yōu)選的是，還包括：

緩沖層，其設置在所述籽晶層與n型In_aAl_aGa_1-2aN層間，厚度為0.5-2.0μm。

優(yōu)選的是，還包括：

減反射導電膜，其設置在所述窗口層上除正電極覆蓋的區(qū)域，用于提高透光性能。

優(yōu)選的是，所述陷光結(jié)構為均布設置的圓錐體。

優(yōu)選的是，在所述襯底層、n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層、p型In_cAl_cGa_1-2cN層和窗口層上的陷光結(jié)構中，圓錐體的密度由下至上依次降低。

優(yōu)選的是，所述n型In_aAl_aGa_1-2aN層的厚度為0.08-0.28μm，所述摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層的厚度為0.2-0.5μm，所述p型In_cAl_cGa_1-2cN層的厚度為0.05-0.2μm。

優(yōu)選的是，所述窗口層由ZnS材料制成，厚度為0.08-0.15μm。

優(yōu)選的是，所述襯底層為硅襯底。

一種光伏電池的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：通過物理氣相沉積法或電化學沉積法，硅襯底表面沉積背電極層得到沉積了背電極的襯底層；

步驟二：在襯底層上選取基區(qū)依次沉積制備n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層和p型In_cAl_cGa_1-2cN層，其中，0.18≤a≤0.30，0.32≤b≤0.48，0.12≤c≤0.38；

步驟三：通過電子束蒸發(fā)法在具有p-n結(jié)的電池膜層上方依次沉積窗口層和正電極；

步驟四：采用等離子束刻蝕工藝在n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層和p型In_cAl_cGa_1-2cN層形成錐形陷光結(jié)構，所述陷光結(jié)構的錐角為：

其中，D為陷光結(jié)構的開槽寬度，W為電池表面積，P為電池表面設置陷光結(jié)構的孔隙率，h為刻蝕厚度。

等離子體化學刻蝕的腐蝕氣體為BCl₃、Ar和Cl₂的混合氣體，設備壓強為48-55Pa，刻蝕制備時間為：

其中t為刻蝕制備時間，Q為腐蝕氣體流速，ρ為膜層密度，n_g為對應膜層材料的分子個數(shù)，n_r為腐蝕氣體的平均分子個數(shù)，為腐蝕氣體的平均摩爾質(zhì)量，R為熱力學常數(shù)，T為制備設備的開氏溫度，P為刻蝕設備內(nèi)部壓強，P₀為標準大氣壓強。

本發(fā)明的有益效果是：1、其選用氮化鎵鋁銦材料，使光伏電池具有較高的輸出功率和較高的光電轉(zhuǎn)化率；2、在所述襯底層、n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層、p型In_cAl_cGa_1-2cN層和窗口層分別設有陷光結(jié)構，能夠?qū)⑷肷涔饩€分散到各個角度，從而提高光在光伏電池中的光程，使光吸收增加，提高光電轉(zhuǎn)化率；3、各層的陷光結(jié)構中，圓錐體的密度由下至上依次降低，是光線易于射入，不易射出，進一步提高了光電轉(zhuǎn)化率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種光伏電池的結(jié)構圖；

圖2是本發(fā)明中窗口層的陷光結(jié)構的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

如圖1-2所示，本發(fā)明的一種實現(xiàn)形式，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，包括：

背電極111，由金屬材料制成，用于傳導電流。作為一種優(yōu)選，所述背電極111由金或鎳金或鉻金材料制成，背電極111的厚度為1-5μm。

襯底層120設置在所背電極111上方。作為一種優(yōu)選，所述襯底層120為硅襯底，。

n型In_aAl_aGa_1-2aN層150設置在所述襯底層120上方，其中，0.18≤a≤0.30。n型In_aAl_aGa_1-2aN層150為太陽電池p-i-n結(jié)的n區(qū)。作為一種優(yōu)選，所述n型In_aAl_aGa_1-2aN層150的厚度為0.08-0.28μm。

摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160設置在所述n型In_aAl_aGa_1-2aN層150上方，其中，0.32≤b≤0.48。摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160為太陽電池p-i-n結(jié)的i區(qū)。作為一種優(yōu)選，所述摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160的厚度為0.2-0.5μm。

p型In_cAl_cGa_1-2cN層170，設置在所述摻雜In_bAl_bGa_1-2bN,160的上方，其中0.12≤c≤0.38。p型In_cAl_cGa_1-2cN層170為太陽電池p-i-n結(jié)的p區(qū)。作為一種優(yōu)選，所述p型In_cAl_cGa_1-2cN層170的厚度為0.05-0.2μm。

窗口層180，由ZnS材料制成。窗口層180設置在所述p型In_cAl_cGa_1-2cN層170的上方。窗口層180的厚度為0.08-0.15μm。

正電極112，由金屬材料制成，用于傳導電流。正電極112設置在所述窗口層180的上方；

其中，在所述襯底層120、n型In_aAl_aGa_1-2aN層150、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160、p型In_cAl_cGa_1-2cN層170和窗口層180分別設有陷光結(jié)構，作為一種優(yōu)選，所述陷光結(jié)構為為均布設置的圓錐體，如圖2所示設置在所述窗口層180上的圓錐體181。作為進一步優(yōu)選，在所述襯底層、n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層、p型In_cAl_cGa_1-2cN層和窗口層上的陷光結(jié)構中，圓錐體的密度由下至上依次降低。

在使用過程中，入射光線自窗口層射入，依次進入p型In_cAl_cGa_1-2cN層170、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160、n型In_aAl_aGa_1-2aN層150，最終到達襯底層120。在此過程中，p型In_cAl_cGa_1-2cN層170、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160和n型In_aAl_aGa_1-2aN層150進行光電轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生的電流自背電極111和正電極112流出。在此過程中，由于襯底層120、n型In_aAl_aGa_1-2aN層150、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160、p型In_cAl_cGa_1-2cN層170和窗口層180上分別設有陷光結(jié)構，使光線不斷地發(fā)生折射，延長了光在光伏電池中的光程，使光吸收增加，提高光電轉(zhuǎn)化率。同時，由p型In_cAl_cGa_1-2cN層170、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160和n型In_aAl_aGa_1-2aN層150形成的n-i-p結(jié)具有較高的輸出功率和較高的光電轉(zhuǎn)化率。

在另一個實施例中，還包括：籽晶層130。籽晶層130設置在所述襯底層120與n型In_aAl_aGa_1-2aN層150之間，厚度為0.05-0.08μm。所述籽晶層130為氧化鋅籽晶層，用于提高太陽能電池的晶體質(zhì)量。

在另一個實施例中，還包括：緩沖層140。緩沖層140設置在所述籽晶層130與n型InaAlaGa1-2aN層150間，厚度為0.5-2.0μm。所述緩沖層為的氧化鋅納米陣列緩沖層，用于進一步提高太陽能電池的晶體質(zhì)量。

在另一個實施例中，還包括：減反射導電膜190。減反射導電膜190設置在所述窗口層180上除正電極112覆蓋的區(qū)域，用于提高透光性能。作為一種優(yōu)選，所述減反射導電膜190為ITO導電膜，厚度為0.05-0.1μm。

在另一個實施例中，所述陷光結(jié)構為均布設置的圓錐體，如圖2所示，設置在所述窗口層180上的圓錐體181。

在另一個實施例中，在所述襯底層120、n型In_aAl_aGa_1-2aN層150、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160、p型In_cAl_cGa_1-2cN層170和窗口層180上的陷光結(jié)構中，圓錐體的密度由下至上依次降低。圓錐體的密度由下至上依次降低，使光線越進入到太陽能電池的底部產(chǎn)生的折射越多，光在光伏電池中的光程越長，進一步使光吸收增加，提高光電轉(zhuǎn)化率。

在另一個實施例中，所述n型In_aAl_aGa_1-2aN層150的厚度為0.08-0.28μm，所述摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160的厚度為0.2-0.5μm，所述p型In_cAl_cGa_1-2cN層170的厚度為0.05-0.2μm。

在另一個實施例中，所述窗口層180由ZnS材料制成，厚度為0.08-0.15μm。

在另一個實施例中，所述襯底層120為硅襯底。硅襯底價格低廉，尺寸大。

一種光伏電池的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：通過物理氣相沉積法或電化學沉積法，硅襯底表面沉積背電極層得到沉積了背電極的襯底層；

步驟二：在襯底層上選取基區(qū)依次沉積制備n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層和p型In_cAl_cGa_1-2cN層，其中，0.18≤a≤0.30，0.32≤b≤0.48，0.12≤c≤0.38；

步驟三：通過電子束蒸發(fā)法在具有p-n結(jié)的電池膜層上方依次沉積窗口層和正電極；

步驟四：采用等離子束刻蝕工藝在n型In_aAl_aGa_1-2aN層、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層和p型In_cAl_cGa_1-2cN層形成錐形陷光結(jié)構，所述陷光結(jié)構的錐角為：

其中，D為陷光結(jié)構的開槽寬度，單位為nm；W為電池表面積，單位為平方米；P為電池表面設置陷光結(jié)構的孔隙率，為百分數(shù)；h為刻蝕厚度單位為nm。

等離子體化學刻蝕的腐蝕氣體為BCl₃、Ar和Cl₂的混合氣體，設備壓強為48-55Pa，刻蝕制備時間為：

其中t為刻蝕制備時間，單位為min；Q為腐蝕氣體流速，單位為mL/min；ρ為膜層密度，其單位為kg/m₃；n_g為對應膜層材料的分子個數(shù)，n_r為腐蝕氣體的平均分子個數(shù)，為腐蝕氣體的平均摩爾質(zhì)量，單位為g/mol；R為熱力學常數(shù)，為8.314J/mol·K；T為制備設備的開氏溫度，單位為K；P為刻蝕設備內(nèi)部壓強，單位為Pa；P₀為標準大氣壓強，單位為Pa。

如上所述本發(fā)明一種光伏電池1，選用氮化鎵鋁銦材料，使光伏電池具有較高的輸出功率和較高的光電轉(zhuǎn)化率；在所述襯底層120、n型In_aAl_aGa_1-2aN層150、摻雜In_bAl_bGa_1-2bN層160、p型In_cAl_cGa_1-2cN層170和窗口層180分別設有陷光結(jié)構，能夠?qū)⑷肷涔饩€分散到各個角度，從而提高光在光伏電池1中的光程，使光吸收增加，提高光電轉(zhuǎn)化率；3、各層的陷光結(jié)構中，圓錐體的密度由下至上依次降低，是光線易于射入，不易射出，進一步提高了光電轉(zhuǎn)化率。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)。