[发明专利]InGaN/GaN多量子阱太阳能电池

说明书

本发明公开了一种InGaN/GaN多量子阱太阳能电池，包括：包含台面区域的多量子阱结构的外延片，该多量子阱结构的外延片自下而上依次包含：基底；本征GaN缓冲层；第一N型GaN层；以及台面区域，该台面区域自下而上包含：第二N型GaN层，四周经刻蚀形成台面隔离；In_xGa_1‑xN/GaN多量子阱吸收层；以及P型GaN层；金属纳米颗粒阵列，分布于多量子阱结构的外延片的台面区域上表面；以及电流扩展层，覆盖于Ag纳米颗粒阵列的上方；其中，该InGaN/GaN多量子阱太阳能电池施加有应力，受到等离子体和压电效应耦合作用的综合调控。该太阳能电池的太阳能转换效率提高了64％，与传统的通过MOCVD的方法来提高太阳能转换效率相比，具有成本低廉、可回收、调控效果显著、性能可靠的优点。

技术领域

本公开属于太阳能电池技术领域，涉及一种InGaN/GaN多量子阱太阳能电池。

背景技术

III族氮化物半导体，例如InN，AlN，GaAs和GaN等等，由于其优越的物理性质而被广泛用于光电子领域。与Si系的太阳能电池相比，In_xGa_1-xN作为直接带隙半导体材料，其禁带宽度可随In掺杂浓度的变化由InN的0.7eV调节到GaN的3.4eV，非常有优势。此外，研究表明，In_xGa_1-xN合金具有高的吸收系数，带边吸收系数高达10^-5cm^-1。并且早期的理论计算表明，当In_xGa_1-xN合金中的In含量约为40％时，In_xGa_1-xN基太阳能电池的转换效率将高于50％。

然而，在实际的实验中，生长得到既满足高铟组分又能达到足够的厚度的InGaN薄膜是非常困难的，由于GaN和InGaN之间存在晶格失配，In组分的提高将导致非常高的位错密度，因此造成较差的太阳能功率转换效率。传统的提高太阳能转换效率的方式通常为：通过利用MOCVD的方式改变器件的结构，比如增加量子阱的数量来提高太阳能转换效率，有研究表明：将量子阱的数量从5个增加到40个，器件总体的转换效率从0.09％提高至0.85％，然而，当量子阱的数量进一步增加到100个时，太阳能转换效率反而降低到了0.78％；也有研究人员通过改变In_xGa_1-xN合金中In的组分来优化太阳能转换效率。但是这些提高太阳能电池转换效率的方法需要多次试验、结构调控的周期长、性能不稳定，因此亟需开发一种新的方式来提高InGaN/GaN多量子阱太阳能电池的转换效率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种InGaN/GaN多量子阱太阳能电池，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种InGaN/GaN多量子阱太阳能电池，包括：包含台面区域的多量子阱结构的外延片，该多量子阱结构的外延片自下而上依次包含：基底；本征GaN缓冲层；第一N型GaN层；以及台面区域，该台面区域自下而上包含：第二N型GaN层，四周经刻蚀形成台面隔离；In_xGa_1-xN/GaN多量子阱吸收层；以及P型GaN层；金属纳米颗粒阵列，分布于多量子阱结构的外延片的台面区域上表面；以及电流扩展层，覆盖于Ag纳米颗粒阵列的上方；其中，该InGaN/GaN多量子阱太阳能电池施加有应力，受到等离子体和压电效应耦合作用的综合调控。

在本公开的一些实施例中，该InGaN/GaN多量子阱太阳能电池，还包括：N型电极，位于第一N型GaN层之上；以及P型电极，位于电流扩展层之上。

在本公开的一些实施例中，金属纳米颗粒阵列为Ag纳米颗粒阵列。