[实用新型]光伏与LED集成器件

说明书

本实用新型提供一种光伏与LED集成器件，包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。第一电极层和第二电极层分别连接储能器件的两极。该集成器件利用共用硅材料层，将光伏与LED高度集成于一体，具有减少太阳能发电能量损耗、降低成本、提高系统可靠性、提高太阳能发电和LED整体系统发光利用效率等特点，应用前景十分广泛。

技术领域

本实用新型属于半导体领域，具体涉及一种光伏与LED集成器件。

背景技术

晶硅电池作为太阳能发电运用最为广泛的光伏电池种类，在市场应用中占据超过90％的份额。目前单晶硅电池中的异质结HIT电池的实验室光电转换效率最高达到25.6％，量产单晶硅HIT异质结光伏电池的转换效率也可达到22.0％。而且HIT异质结电池的加工工艺所需要的温度也是很低的，只有200℃左右。这对于集成器件的工艺来说是很有益的。总而言之，单晶硅太阳能电池具有很高的技术和市场的成熟度，是首选的太阳能电池类型。

对于GaN LED来说，一般情况下都是在蓝宝石或SiC基底外延GaN层作为LED发光器件，在上述的基底上得到的GaN LED发光效率高，成本高，其中LED芯片成本约占50％。采用单晶硅为GaN的外延基底可以有效降低成本达一个数量级，具有较好的商业化前景。

发明人在实现本实用新型实施例的过程中发现现有技术存在以下技术问题：通常情况下，太阳能与LED的组合应用是将太阳能光伏组件和LED机械地通过连接线结合在一起达到光电转换的目的，但是这种装置的集成度低，系统的有效能量转换效率会由于电能在连接线等结合处损失而显著降低。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型实施例提供一种光伏与LED集成器件，包括依次层叠的第一电极层、PN型硅材料层、氮化物发光材料层和第二电极层。该光伏与LED集成器件，以硅材料为基底，将LED组件中的氮化物发光材料与晶硅电池的PN型硅材料层层叠，从而实现光伏与LED器件的高度集成。

由于PN型硅材料具有低价格、大尺寸、易剥离、电导率和热导率比较高等优点，且硅材料的加工工艺和集成技术已经相当成熟，使得硅材料作为有氮化物发光材料的衬底易于大规模集成应用。此外，本实用新型的光伏与LED集成器件可将多波段的太阳能光谱直接转换为单波段光，有效地提高了系统的发光转换效率。

根据本实用新型的具体实施例，光伏与LED集成器件还可以包括储能器件，第一电极层和第二电极层分别连接储能器件的两极。当光伏与LED集成器件吸收太阳光后，PN型硅材料层产生电子及空穴，同时分离空穴与电子形成电压降，将太阳能转化为电能，再通过第一电极层和第二电极层连接的储能器件将电能转化为化学能储存起来。当需要使用LED照明时，储能器件通过第一电极层和第二电极层给有氮化物发光材料供电，使其发光。

根据本实用新型的具体实施例，所述氮化物发光材料层包括GaN、AlN、InN、InGaN或AlGaN。氮化物发光材料为Ⅲ/Ⅴ族氮化物发光材料，是继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料。Ⅲ/Ⅴ氮化物发光材料包括GaN、AlN、InN、InGaN和AlGaN等，其具有1.9～6.2eV连续可变的直接带隙，覆盖了从紫外到远红外的发光波长，且具有优异的物理、化学稳定性、高饱和电子迁移率等特点，在蓝、绿和紫外波段的光电子器件的应用方面性能较佳，特别是在蓝、绿光发光二极管方面性能较佳。

根据本实用新型的具体实施例，所述氮化物发光材料层呈点状或带状，并且均匀层叠于所述PN型硅材料层的表面。点状或带状发光材料层层叠于PN型硅材料层的表面形成分立的氮化物发光材料平台，可以通过缓冲释放材料层中的张力和应力，从而可以获得高质量无龟裂的硅材料层及氮化物发光材料层。点状或带状发光材料层也可以根据不同的应用场景而设定点光源或线光源。

根据本实用新型的具体实施例，所述氮化物发光材料层具有发光通道，以将发光材料发出的光线透出。