[发明专利]量子库太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，具体涉及一种量子库太阳能电池，以及这种新型太阳能电池的制备工艺。

背景技术

太阳能电池是以半导体材料为基础的一种具有光电转换功能的半导体器件。太阳能电池的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。现有的太阳能电池通常由半导体衬底和扩散层形成的PN结以及该PN结两端引出的电极构成，它通过PN结的自建电场将在光照条件下所产生的光生载流子迁徙到PN结的两边形成光生电流，达到光电转换的效果。

太阳能电池的效率一直是人们关注的问题，单晶硅电池是目前转换效率最高的太阳能电池，它可将16％～20％的入射光线转换为电流。太阳光之所以只有很少的百分比被转换为电能，原因是归结于现有的太阳能电池都不能将大部分的太阳光转换为电流。太阳光包含电磁波中的一个很宽的光谱范围(0.25～2.2μm)，即从红外线经过各种颜色的可见光直到紫外线。大体分为紫外线占7％、可见光占45％和红外光占47％左右。对于现有硅电池来说，为了产生电子-空穴对形成电流，波长小于1.1μm的光才具有足够的能量。太阳光谱中波长大于1.1μm长波部分不能产生电子-空穴对，而是转变为热量。太阳辐射中大约有25％的这样的光能不能被利用。如光线的能量足以产生电子-空穴对，剩余的能量又被转换为未利用的热量。如此太阳能的30％的部分没有被利用。上述两个因素是传统太阳能电池转换效率低的主要原因。而且，就目前的太阳电池来说，即使把所有的入射的太阳光全部转换成电能，仍然存在单位面积输出功率过低，以至需要使用太阳能作动力的时候，必需设置大面积的太阳能电池板，其面积之大已经妨碍了它的推广使用，例如，太阳能汽车等技术均受此限制，无法迅速发展。在目前的现有技术中，小面积高输出功率的太阳能电池的结构和制造技术方面，都尚未出现重大的突破。

发明内容

针对上述问题，本发明将提供一种新理论、新结构、新工艺的太阳能电池--量子库太阳能电池。新电池的结构使其进行光电转换的同时，更能够充分吸收“热能载流子”产生电流，形成本电池的主体电流，从而使转换效率得到质的飞跃。本发明还将提供这种新结构量子库太阳能电池的制备工艺，使其实现大规模工业生产。

完成上述发明任务的技术方案是：

一种量子库太阳能电池，由半导体衬底、扩散层和上、下电极构成，其特征在于，在所述的半导体衬底层上设有和半导体衬底导电类型相同的轻掺杂的外延层，在该外延层上设有肋：所述的肋为长条状结构，包括多条平行的竖肋和至少有一条横肋，横肋贯穿连接多条平行的竖肋；竖肋和横肋围成的区间为肋区间；在所述的长条状的肋上设有：和外延层导电类型相反的纳米离子注入层、和离子注入层导电类型相反的高掺杂层，高掺杂层覆盖在纳米离子注入层上，在高掺杂层上覆盖有金属层；上电极引线连接在横肋上的金属层上；所述扩散层设置在整个肋间区内，其导电类型与外延层的导电类型相反，该扩散层上设有氧化层；同时，在上、下电极之间外加有背场电压。

以上方案中所述的若干平行的、长条状的竖肋，以及横肋，在外延层上形成栅格状分布。肋的上部的外延层经过半导体工艺处理形成纳米离子注入层、高掺杂层以及金属层。所述的肋间区的扩散层与传统太阳能电池结构上的扩散层相同。所述的横肋与竖肋基本上垂直设置。

换言之，本发明的量子库太阳能电池由太阳能电池芯片与产生背场电压的直流电源串联构成。同时，本发明与传统太阳能电池的结构区别是：在外延层上划分有肋和肋间区；扩散层设置在肋间区。在肋上设有离子注入层、高掺杂层；高掺杂层覆盖在离子注入层之上，离子注入层夹在外延层和高掺杂层之间形成夹层结构，离子注入层的导电类型和外延层、高掺杂层的导电类型相反，在夹层结构中形成两个PN结。多个夹层结构的肋之间为扩散层，扩散层的导电类型与外延层及衬底的导电类型相反。肋上的夹层结构与设在肋间区的扩散层连在一起，形成库阱，即量子库。

以上方案中所述的半导体衬底材料和外延层共同构成半导体基础层。

所述的半导体外延层可以为p^-型，扩散层为n⁺型，离子注入层为n⁺型，高掺杂层为p⁺⁺型；或者，

所述的半导体外延层可以为n^-型，扩散层为p⁺型，离子注入层为p⁺型，高掺杂层为n⁺⁺型；