[发明专利]一种宽光谱高吸收太阳能电池

说明书

本发明公开了一种宽光谱高吸收太阳能电池，该太阳能电池是半导体光伏器件，包括：特定本征吸收层厚度；本征吸收层厚度由光子晶体的陷光效率决定；器件由下往上依次设有衬底层、绝缘掩埋层、顶层吸收层(如Si层)、抗反射薄膜层；器件的顶层吸收区两侧分别注入离子形成p型掺杂区和n型掺杂区，p型掺杂区上形成p电极，n型掺杂区上形成n电极；p型掺杂区与n型掺杂区之间为本征吸收层；本征吸收层的表面制作周期性空气孔形成光子晶体；周期性空气孔的具体的周期，刻蚀深度，根据需要、入射光波长范围和理论计算得出；周期性空气孔可制成圆柱形孔或圆锥形孔；周期性空气孔内填充另一种半导体材料(如Ge)。本发明的太阳能电池具有宽吸收光谱、高吸收效率、高集成度和多功能等优点，适用波长范围为紫外、可见光、近红外波段。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件技术领域，具体设计一种在紫外、可见光、近红外波段具有高吸收效率的多功能太阳能电池。

背景技术

能源是现代社会存在和发展的基石。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、资源的充足性等优点。光伏发电是直接将清洁能源—太阳能转换为电能的新型发电方式，其核心就是太阳能电池。太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价昂贵的输电线路。但是在现阶段，太阳能电池的转换效率、工艺难度、制造成本、使用寿命等问题任然有很大的发展空间。如何在减小能量损耗、提高光电转换效率的同时降低制造成本简化制造工艺，一直都是太阳能电池的发展难点和重点。

单一材料的太阳能电池可吸收光谱范围很小，而采用两种不同材料同时进行光吸收，可以有效的增大吸收光谱的范围，同时与多层薄膜堆叠型光电池相比，舍去了复杂的材料堆叠、量子阱等结构，只需进行一次材料外延生长，大大简化了工艺、降低了成本。单一的PN型结构的光敏面较小，而采用PIN型结构，有效的增大了入射光吸收的光敏面，一定程度上解决了光吸收的问题。在PIN结构的本征吸收层表面通过电子束曝光和干法刻蚀技术制作空气孔，即在高折射率的介质中周期性的出现低折射率介质，高低折射率的介质交替按一定几何结构排列就会形成带隙，从而控制光的运动，形成光子晶体。光入射时，可以通过设计光子晶体来改变色散曲线的斜率实现慢光效应，降低光的能量速度可以使光子充分地与物质相互作用，使光在本征吸收层可以被充分吸收，增大器件对入射光的吸收效率。并进一步使用掩埋绝缘层材料，减小透射增大吸收；在器件上表面沉积SiO₂形成抗反射薄膜层，减小光学损耗和反射，增大吸收。并且能量落在上述带隙中的光波不能传播，所以光子晶体还具有陷光能力，是一种优秀的陷光结构，可以有效地捕获光子、存储能量，间接地提高了太阳能电池的光电转化效率。

针对复杂环境下的光能获取，特别是紫外、可见光、近红外波段太阳能电池的低成本，低光能损耗，高转换效率，能和微电子集成电路大面积单片集成的需求，本发明提供一种宽光谱高吸收太阳能电池。

发明内容

本发明公开了一种宽光谱高吸收太阳能电池，所述太阳能电池是半导体光伏器件，包括：特定厚度的本征吸收层；

所述器件由下往上依次设有衬底层、绝缘掩埋层、顶层吸收层、抗反射薄膜层；

所述器件的顶层两侧分别注入离子形成p型掺杂区和n型掺杂区，所述p型掺杂区上形成p电极，所述n型掺杂区上形成n电极；

所述p型掺杂区与n型掺杂区之间为所述本征吸收层；

所述本征吸收层的表面制作周期性空气孔形成光子晶体；

所述周期性空气孔制成圆柱形孔或圆锥形孔；

所述周期性空气孔内填充半导体材料Ge。