膜在室溫下具有峰值在0.65eV很強的光致發(fā)光(見圖3)。按照理論預言(A.Luque&A.Marti, Phys.Rev.Lett.78，5014(1997))，需要的高能級躍迀對應的能量為1.19eV，總的躍迀能量為1.84eV，利用與InP基晶格匹配的AlxGai_xAsSb，調(diào)節(jié)Al和Ga的組分以及AlxGai_xASSb/InP的帶階(band offset)，在 AlxGa^xAsSb 中插入 InPa99Biatll形成 Al XGahAsSbZlnPa99Biacil多量子講結構作為吸收區(qū)，可以實現(xiàn)62%的光電轉(zhuǎn)換效率，由1%鉍原子引入的應變可以忽略不計。具體結構見圖5，闡述如下:
[0041](I)在η型InP襯底上生長10nm摻硅InP緩沖層，摻雜濃度在1018cm_3以上；
[0042](2)在InP緩沖層上生長與InP基匹配的η型AlxGai_xAsSb，摻雜濃度在1018cm_3量級，厚度為500nm ；
[0043](3)在 η 型 AlxGahAsSb 上生長無摻雜 10nm AlxGa1^AsSb 吸收層；
[0044](4)生長無摻雜InPtl.99Bi0.01/AlxGai_xAsSb多量子阱吸收層，厚度分別為20和10nm,重復10次；
[0045](5)在吸收層上生長與InP基匹配的p型AlxGai_xAsSb，摻雜濃度在1019cm_3量級，厚度為10nm0
[0046]實施例2:GaAs基應變補償中間帶高效太陽能電池
[0047]在InP中摻入1.1 %原子百分比的鉍形成的InPa 989Biatll^晶薄膜在室溫下具有峰值在0.7eV很強的光致發(fā)光，見圖3。按照理論預言，需要的高能級躍迀對應的能量為
1.23eV，總的躍迀能量為1.93eV，利用GaAs基上張應變Inx (AlGa) ^xP (x<0.5)，調(diào)節(jié)Al和Ga的組分、厚度、張應變量以及GaAs/InP的帶階(band offset)，可以補償由InPa 989Biatll^生的壓應變，同時得到需要的總躍迀能量，采用Inx (AlGa) PxPAnPa 989Bia_多量子阱結構作為吸收區(qū)，可以實現(xiàn)63%的光電轉(zhuǎn)換效率。具體結構見圖6，闡述如下:
[0048](I)在η型GaAs襯底上生長10nm摻娃GaAs緩沖層，摻雜濃度在118CnT3以上；
[0049](2)在GaAs緩沖層上生長與GaAs基匹配的η型In。.5 (AlGa) Q.5Ρ，摻雜濃度在118CnT3量級，厚度為500nm;
[0050](3)在 η 型 In。.5 (AlGa) 0.5Ρ 上生長無摻雜 Inx (AlGa) ^xP 吸收層；
[0051](4)生長無摻雜應變補償?shù)腎nPa 989BiatlllAnx (AlGa) J多量子阱吸收層，厚度分別為3nm和30nm，重復40次；
[0052](5)在吸收層上生長與GaAs基匹配的p型Ina5(AlGa)a5P，摻雜濃度在119CnT3量級，厚度為10nm0
[0053]雖然，以上兩個具體實施例的摻Bi量僅為1.0%和1.1 %，且中間帶材料僅針對InP，實際上本發(fā)明所述的由含鉍原子產(chǎn)生的中間帶(即吸收層)不只限于InP，正如
【發(fā)明內(nèi)容】
所述的摻鉍的磷化物為AIP、InP, GaP或它們的三元或四元組合物，還可以是非磷化物組成的異質(zhì)結。InP只是一個特例，以特別說明之。
【主權項】
1.一種基于稀鉍磷化物的材料的中間帶太陽能電池結構，包括襯底、形成于所述襯底上的下?lián)诫s層、形成于下?lián)诫s層上的吸收層、形成于所述吸收層上的上摻雜層，以及用于電能輸出的上下電極，其特征在于所述的吸收層為含有鉍原子產(chǎn)生的中間帶，所述的吸收層的材料包含摻鉍原子的磷化物單晶；鉍的原子百分比為0.5-10%。
2.按權利要求1所述的結構，其特征在于所述的吸收層材料為摻鉍的磷化物或非磷化物組成的異質(zhì)結，包括量子阱、量子點或超晶格。
3.按權利要求1或2所述的結構，其特征在于所述的摻鉍的磷化物為AlP、GaP、InP或它們的三元或四元組合。
4.按權利要求1或3所述的結構，其特征在于: ①在InP中摻雜1.0%原子百分比的鉍形成的InPa99Biatll單晶薄膜在室溫下具有峰值在0.65eV的光致發(fā)光； ②在InP單晶中摻入1.1%原子百分比的鉍形成的InPa 989Biatlll單晶薄膜在室溫下具有峰值在0.7eV的光致發(fā)光； ③所述中間帶具有0.5?1.0eV寬范圍連續(xù)可調(diào)的雜質(zhì)能帶。
5.按權利要求1所述的結構，其特征在于: ①所述的襯底是II1-V族、I1-VI族或IV族襯底； ②所述上下?lián)诫s層為II1-V族、I1-VI族或IV族材料以及它們組成的異質(zhì)結； ③所述上下?lián)诫s層可以是上摻雜層為η型下?lián)诫s層為P型，或者上摻雜層為P型下?lián)诫s層為η型，下?lián)诫s層生長在襯底上，每層厚度在0.2-2微米； ④上電極做在上摻雜層上面，下電極做在襯底背面，或者通過腐蝕后做在下?lián)诫s層上面。
6.按權利要求1所述的結構，其特征在于利用與InP基晶格匹配的AlxGai_xAsSb，調(diào)節(jié)Al和Ga的組分以及AlxGai_xAsSb/InP的帶階，在AlxGapxAsSb中插入工成㈧此—形成AlxGahAsSbAnPa99Biacil多量子阱結構作為吸收區(qū)，構建成InP基晶格匹配中間帶高效太陽能電池，具體結構是: (1)在η型InP襯底上生長10nm摻硅InP緩沖層，摻雜濃度在1018cm_3以上； (2)在InP緩沖層上生長與InP基匹配的η型AlxGai_xAsSb，摻雜濃度在1018cm_3量級，厚度為500nm ； (3)在η型AlxGa^xAsSb上生長無摻雜10nmAlxGa1^AsSb吸收層； (4)生長無摻雜InPa99BiacilAlxGahAsSb多量子阱吸收層，厚度分別為20和lOOnm，重復10次； (5)在吸收層上生長與InP基匹配的P型AlxGai_xAsSb，摻雜濃度在119CnT3量級，厚度為 10nm0
7.按權利要求1所述的結構，其特征在于利用GaAs基上張應變Inx (AlGa) ^xP, x<0.5，調(diào)節(jié)Al和Ga的組分、厚度、張應變量以及GaAs/InP的帶階，以補償由InPa 989Biatlll產(chǎn)生的壓應變，同時得到需要的總躍迀能量，采用Inx (AlGa) PxPAnPa 989Biatlll多量子阱結構作為吸收區(qū)，具體結構為: (1)在η型GaAs襯底上生長10nm摻娃GaAs緩沖層，摻雜濃度在118CnT3以上； (2)在GaAs緩沖層上生長與GaAs基匹配的η型Ina5(AlGa)α5Ρ，摻雜濃度在1018cm_3量級，厚度為500nm; (3)在η型Ina5(AlGa)a5P上生長無摻雜Inx(AlGa)^xP吸收層； (4)生長無摻雜應變補償?shù)腎nPa989Bia JlnjAlGaU多量子阱吸收層，厚度分別為3nm和30nm，重復40次； (5)在吸收層上生長與GaAs基匹配的P型Ina5(AlGa)a5P，摻雜濃度在119CnT3量級，厚度為10nm0
8.按權利要求6所述的結構，其特征在于構建成的InP基晶格匹配中間帶太陽能電池，實現(xiàn)62%的光電轉(zhuǎn)換效率。
9.按權利要求7所述的結構，其特征在于構建成GaAs基應變補償中間帶太陽能電池，光電轉(zhuǎn)換效率達63%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于稀鉍磷化物材料的中間帶太陽能電池結構，通過在磷化物中摻入少量鉍原子，在磷化物禁帶內(nèi)產(chǎn)生新的雜質(zhì)能帶，雜質(zhì)能帶與磷化物導帶邊和價帶邊距離可通過改變磷化物中Al、Ga、In元素組分來調(diào)控，并在一個較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)理論預期的60％以上的光電轉(zhuǎn)換效率。鉍原子引起的雜質(zhì)能帶在室溫下有很強的光致發(fā)光，證明材料內(nèi)非輻射復合較少，有利于制作太陽能器件。這種新型中間帶太陽能電池結構可采用常規(guī)分子束外延、金屬有機物化學氣相沉積等多種方法進行生長。與常規(guī)的采用量子點作為中間帶的技術方案相比，在本發(fā)明的電池結構中應變較小，容易補償或調(diào)控，從而增加吸收區(qū)厚度以達到對相應波段太陽光的充分吸收，提高轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】H01L31-0304
【公開號】CN104851932
【申請?zhí)枴緾N201510149341
【發(fā)明人】王庶民, 張立瑤, 李耀耀, 王凱
【申請人】中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月1日