[发明专利]制备含碳化硅的无氮层的方法

说明书

本发明涉及一种通过含碳和硅溶液或分散体生产薄的无氮碳化硅层的方法。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域。特别地，本发明涉及一种生产含碳化硅层的方法，该含碳化硅层无氮。此外，本发明涉及碳化硅(SiC)层和碳化硅层在太阳能电池中的用途。此外，本发明涉及一种生产太阳能电池的方法和太阳能电池。

背景技术

在气候变化时期，再生能源和/或机械和/或电气和/或化学能源的再生类型变得越来越重要。在光伏领域有很大的潜力。长期以来，研究界和/或工业界一直认为，根据使用的材料和太阳能电池的设计，最大效率约为30％至40％。然而，由于硅的带隙很小，太阳高能量辐射引起的热化问题无法避免。因此，所有能量高于带隙的光子都会导致更高的能量辐射，从而限制了太阳能电池理论上可能的最大效率。

这个最大效率也被称为肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit)。肖克利和奎伊瑟已经确定了效率的上限，即太阳有效能量的利用率，约为30％，特别是考虑到地球大气层外未聚焦的太阳光。

在研究方面，近几年和几十年来，在提高最大效率方面进行了调查或采取了不同的研究方法。总之，不同的趋势和方法可以用术语“第三代太阳能电池”来描述。对于所谓的“第三代太阳能电池”，假设最大效率为86％。这种效率是基于卡诺效率(Carnotefficiency)，考虑到太阳温度和可用的已辐射的太阳辐射比例，由玻尔兹曼定律(Boltzmann law)确定。最终，理论上最大可能的卡诺效率在实际应用中无法通过辐射功率的可用部分以太阳能电池形式在商业光伏应用中来实现。然而，出发点是，可以提高先前假设的效率，该效率由于半导体技术而受到限制。

在通用术语“第三代太阳能电池”下，将各种优化效率的方法捆绑在一起，以试图减少热化损失。除串联太阳能电池外，大多数方法都是尚未实现或证明的理论概念和模型。这方面的例子是热光伏转换，其中中间吸收层(absorber)由太阳辐射加热，太阳能电池背面的吸收层吸收中间吸收层的部分热辐射并将其转换为电能。另一方面，在串联电池中，可以使用单色辐射来操作太阳能电池，其中多个太阳能电池一个接一个地排列，能隙减小。在上下转换的概念中，计划通过发光材料使太阳光谱适应太阳电池材料。

第三代太阳能电池的进一步研究方向可以在“中间带太阳能电池”中看到，该电池利用了“杂质光伏(IPV)效应”。通过将“中间”带(IB)作为导带和价带之间的所谓中间带，可以使用能量低于带隙的光子。如果光子的能量低于导带和价带之间的带隙，那么光子就不会被传输利用。因此，感应的光电流和太阳能电池的效率都可以提高。因此，通过中间带或中间能级可以产生额外的电子-空穴对，尽管也可以通过中间态重新组合电子-空穴对。

在中间带太阳能电池领域，由于材料的带隙较大，目前还没有考虑在太阳能电池中使用。在较大的带隙下，可以避免上述的热化问题，但传统太阳能电池的最大效率在2ev以上的带隙处也会显著下降，因此不考虑2ev以上的带隙，其不受热化问题的影响。传统太阳能电池在1ev和2ev之间的带隙中达到肖克利-奎伊瑟极限后，其最大可能效率最高。

选择合适的材料来实现中间带(IB)太阳能电池是很困难的，因为必须考虑大量不同的因素。尽管中间带太阳能电池的理论方法前景广阔，但这些还不可用。现有技术仅讨论了理论上可能的材料组合物。

例如，人们认为中间带太阳能电池是基于使用量子点的新型纳米材料。此外，已知掺杂杂质或使用低合金半导体合金。由于不需要的组合，通过杂质引起的重组通道进行杂质掺杂很困难。利用量子点，可以证明中间带太阳能电池的基本概念，从而中间带可以提高太阳能电池的效率。此外，砷化镓(GaAs)用作上述系统的主体材料，因此1.42ev的带隙能量大大低于2.4ev的中间带太阳能电池的最佳带隙能量。低合金半导体合金还包括InGaAsN和ZnTe:O，其中中间带的能级可根据合金组成变化。上述方法目前正在进行科学的讨论和研究。