[发明专利]基于ScAlN与InAlN极化插入层增强电场的N极性InGaN基太阳能电池

说明书

本发明公开了一种基于ScAlN与InAlN极化插入层增强电场的N极性InGaN基太阳能电池及制备方法，主要解决现有太阳能电池光电转换效率低的问题。其包括电极及自下而上的衬底层、AlN成核层、i‑GaN层、Insubgt;x/subgt;Alsubgt;1‑x/subgt;N层、n型Insubgt;y/subgt;Gasubgt;1‑y/subgt;N层、Insubgt;z/subgt;Gasubgt;1‑z/subgt;N/GaN多量子阱层、p型GaN层和Scsubgt;u/subgt;Alsubgt;1‑u/subgt;N层。除衬底外各层均采用N极性材料，以在N极性下，分别在Insubgt;x/subgt;Alsubgt;1‑x/subgt;N层与n型Insubgt;y/subgt;Gasubgt;1‑y/subgt;N层和Scsubgt;u/subgt;Alsubgt;1‑u/subgt;N层与p型GaN层间产生强极化电场，这两种电场与太阳能电池内建电场的方向相同，能增强载流子的漂移能力，增大光生电流，提高太阳能电池的效率，可用于航空航天设备。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种光电转换技术，可用于航空航天设备。

技术背景

电能是目前人类社会必不可少的能源，承载着人类信息社会与电力电子技术的发展。电能是一种二次能源，其洁净无污染。但是电能的来源并不全是无污染的，例如利用煤炭进行的火力发电，会产生大量的废气污染。作为代表性的新型能源，太阳能一直在被人们关注，所以太阳能电池也在不断的发展当中。结合传统的集成电路工艺，硅基太阳能电池顺理成章的成为主要的太阳能电池材料。然而硅基太阳能电池由于其不耐辐照，转换效率有限等原因而无法满足所有的需求，人们需要一种新型的半导体材料来代替硅材料从而制备高效而可靠的太阳能电池。

目前，对太阳能电池的研究主要分为了两个技术路线，一个是有机太阳能电池，其工艺简单、成本低廉，但由于其可靠性非常低下，目前完全无法投入使用。而另一条技术路线则是受到GaN高效率蓝光LED的启发，认为禁带宽度可调的InN，GaN合金体系可以涵盖大部分太阳能波段，有希望研制高效的InGaN基合金材料，除此之外，InGaN基合金材料被认为是高度耐辐照的半导体材料，其可靠性也远远大于硅基太阳能电池。

然而对于氮化物体系材料而言，位错密度较大，掺杂难度较高使得光生载流子在空间电荷区的漂移运动能力受限。不仅如此，对于常规Ga极性InGaN基太阳能电池来说，高In组分的InGaN光吸收层的压电极化与自发极化强度与异质结另一侧的GaN层有差异，产生了固定极化电荷并形成的极化电场。极化电场与耗尽区的载流子漂移电场方向相反，从而抑制了电池中光电转换效率。为解决这个问题，有人提出了利用N极性结构，从而可以使用极化电场来辅助增强漂移电场，从而加强光生载流子的漂移能力，但是由于GaN与InGaN三元合金之间的自发极化本身差异不大，仅仅依靠InGaN合金材料与GaN之间的压电极化差是难以形成较大的极化电场，加上高In组分InGaN材料的外延难度较大，所以仅仅依靠N极性结构来增强InGaN基太阳能电池中光生载流子的漂移能力也效果甚微。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于ScAlN与InAlN极化插入层增强电场的N极性InGaN基太阳能电池及制备方法，以提高太阳能电池的光电转换效率。

为实现上述目的，本发明的太阳能电池结构，自下而上包括：衬底层、高温AlN成核层、i-GaN层、n型In_yGa_1-yN层、In_zGa_1-zN/GaN多量子阱层和p型GaN层，n型In_yGa_1-yN层左右两端和p型GaN层上沉积有电极(9)，其特征在于：