[实用新型]一种氮化物薄膜太阳能电池

说明书

本实用新型提供一种氮化物薄膜太阳能电池，包括衬底、非掺杂层、布拉格反射镜、n型掺杂层、非掺杂多量子阱层、p型掺杂层；在衬底上从下向上设置非掺杂层、布拉格反射镜、n型掺杂层、非掺杂多量子阱层和p型掺杂层，n型掺杂层的边缘区域为台面，在台面上设置有n型欧姆电极，p型掺杂层上设置有p型欧姆电极。本实用新型采用的DBR结构具有高反射率波段可调的特性。通过调整DBR结构中高、低折射率层的氮化物组分、厚度和周期数来调节高反射率波段位置，实现高反射率波段与电池光谱响应曲线的一致、协调；亦即，将高反射率波段调整到与太阳能电池处于高量子效率的波段一致的位置。如此，可使器件的效率实现最大化。

技术领域

本实用新型属于光学材料领域，具体涉及一种氮化物薄膜太阳能电池。

背景技术

太阳能是一种清洁的、方便获取的可再生能源，在全世界范围内受了到广泛关注、重视和青睐。太阳能电池是人类利用太阳能的主要手段，其基本结构是具有p-n结的半导体光电器件。按照制作材料的不同，常见的太阳能电池可分为硅(单晶硅、多晶硅和非晶硅)、砷化镓、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉、硫化镉、钙钛矿、有机物等种类。无论使用哪种材料，更高的转换效率一直是太阳能电池产业发展的重要性能目标。

近年来，以铟镓氮(In_xGa_1-xN,0≤x≤1)、铟铝氮(In_yAl_1-yN,0≤y≤1)为代表的氮化物半导体材料因其禁带宽度与太阳能光谱几乎完美的匹配，或者完全覆盖太阳光谱辐射的能量范围，而受到人们的关注。具体地，In_xGa_1-xN的禁带宽度为0.64～3.4eV，In_yAl_1-yN的禁带宽度为0.64～6.2eV，而地面太阳光谱的能量范围为0.4～4eV。因此，氮化物合金材料在制备多结串联电池上具有很大优势，只要改变合金中金属元素的配比，即可调节带隙吸收不同波段的光子。这就给设计和生长串联电池提供了更大的自由度，有利于实现最佳的吸收波段组合。理论计算表明，用In_xGa_1-xN制作的双结(禁带宽度分别为1.1eV和1.7eV)太阳能电池的转换效率可达50％；如果制成多结太阳能电池，效率最高可达70％以上。

此外，使用氮化物合金材料制作太阳能电池还包括如下优势：①高吸收系数，例如，In_xGa_1-xN的吸收系数高达10⁵cm^-1，比Si、GaAs材料要高出一至两个数量级。利用该项性能将有可能制备更薄、更轻的电池，如此便可以在新兴的电动汽车、移动能源、光伏建筑一体化(BIPV)、可穿戴设备等应用方向大显身手。②使用氮化物合金材料可以使多结串联电池生长工艺更简单，成本更低。具体地，可在同一生长设备中完成器件生长，并通过改变合金组分来实现多结电池的制备。③氮化物材料硬度高，化学性质和热稳定性很好，抗辐射能力强，非常适合应用于强辐射、高温等恶劣环境中。因此，氮化物太阳能电池在航空、航天等作业环境严酷的应用方向(如无人机、空间飞行器、特种机器人等)具有十分明显的优势。

例如，中国发明专利CN100499179C公开了一种单结铟镓氮太阳能电池结构及制作方法，该结构使用了单一组分In_xGa_1-xN合金的p-n结结构，旨在提供一种高效、抗辐射的薄膜太阳能电池。