[发明专利]一种氮面极性InGaN太阳能电池结构

说明书

本发明提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，其包括：n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层、分别镀在n型GaN层和p型GaN层表面的金属电极；i区光吸收层位于n型GaN层的上面，p型GaN层位于i区光吸收层的上面；其中，n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层的极性为N面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池结构。本发明的特点是外延层为氮面极性，使得光吸收层i‑InGaN层中的总极化电场与内建电场方向相同，从而使极化效应不会阻碍光生载流子的分离和输运，以得到高效的InGaN太阳能电池。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，采用p区在上n区在下的氮(N)面极性电池结构。

背景技术

InGaN合金材料的禁带宽度可随In组分的不同从0.7eV连续变化到3.4eV，这一变化范围对应的光波长覆盖了可见光的所有区域并延伸到近紫外区域和近红外区域，几乎与太阳光谱完美匹配，成为全光谱太阳能电池的重要材料。此外，InGaN材料具有高吸收系数，远高于单晶硅和GaAs，只需要很薄的InGaN材料即可吸收绝大部分太阳光。因此，如果使用InGaN材料制备太阳能电池，不仅可以节省原材料节约成本，还有望获得较高的功率质量比。此外，InGaN太阳能电池还具有抗辐照能力强等优点，在空间太阳能电池领域具有巨大的应用潜力，是国际光伏电池和氮化物材料研究领域的前沿研究方向。

半导体太阳能电池的基本原理是靠p区和n区的空间电荷所产生的内建电场来分离光生电子空穴对，使光生电子被n区收集，光生空穴被p区收集。对于InGaN和GaN材料体系而言，材料中存在强的自发极化效应，同时由于InGaN层受到双轴压应力会另外产生一个压电极化电场，因此，InGaN太阳能电池的i区中不仅存在空间电荷产生的内建电场，也存在由极化电荷产生的极化电场。而i层作为光能的吸收层将产生大量的电子空穴对，i层中内建电场和极化电场所产生的总电场的方向和大小将对光生载流子的输运效果产生重要影响。

对于传统的Ga面极性p-i-n(p区在上)InGaN太阳能电池结构，光吸收层i-InGaN层中的总极化电场与内建电场方向相反，会阻碍光生载流子的分离和输运，从而降低电池效率。通过设计电池结构使得i区中的内建电场与总极化电场方向一致，则能够有效提高InGaN太阳能电池的效率。

发明内容

本发明为了解决传统的Ga面极性的p-i-n结构InGaN太阳能电池效率较低的技术问题，提出了一种N面极性的p-i-n(p区在上)结构的InGaN太阳能电池。

本发明使得光吸收层i层中的总极化电场与内建电场方向相同，从而使极化效应不会阻碍光生载流子的分离和输运，以得到高效的InGaN太阳能电池，克服了传统镓(Ga)面极性InGaN电池中p区在上n区在下时极化效应阻碍光生载流子分离和输运导致太阳能电池效率低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构，其包括：

n型GaN层；

i区光吸收层，位于n型GaN层的上面；

p型GaN层，位于i区光吸收层的上面；

分别镀在n型GaN层和p型GaN层表面的金属电极；其中，

n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层的极性为N面极性，太阳光由上表面入射到太阳能电池结构。

根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种氮面极性InGaN太阳能电池结构的制备方法，其包括以下步骤：

在衬底上依次生长成核层、Ⅲ族氮化物缓冲层、n型GaN层、i区光吸收层、p型GaN层；

分别在n型GaN层和p型GaN层的表面制作金属电极。