[發明專利]一種砷化鎵/銻化鎵太陽電池的制作方法

無效

• 申請號: 200910095138.3
• 申請日: 2009-11-05
• 公開（公告）號: CN101702413A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 郝瑞亭;楊培志;申蘭先;鄧書康;涂潔磊;廖華
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 昆明慧翔專利事務所 53112
• 代理人: 程韻波

技術領域

本發明涉及一種砷化鎵/銻化鎵太陽電池的制作方法。尤其是涉及一種III-V族半 導體材料太陽電池的制作方法。

背景技術

隨著化石能源的枯竭和全球氣候變暖的日益加劇，太陽能的利用正受到人們越來 越多的重視。太陽電池是將太陽能轉化為電能的核心器件。高效太陽電池在航空航天、 空間探索等方面有著重要的用途。低成本的高效太陽電池的大規模應用可以緩解能源 危機，減少溫室氣體排放，造福子孫后代。因此，高效太陽電池技術一直是各國特別 是發達國家重點支持的研究領域。

目前空間用高效太陽電池有GaSb/GaAs機械疊層電池、GaInP/GaAs電池等。波音 全資子公司SPECTROLAB生產的GaInP/GaAs/Ge三節太陽電池的效率達到28.3％， 截止2006年，已經售出了200萬片。GaSb/GaAs機械迭層電池光電轉換效率已達 37％(AM1.5)，是效率較高的化合物半導體太陽電池。專利(申請號：200510084937.2) 采用高質量的GaSb和GaAs單晶片為原材料制作GaSb/GaAs機械迭層電池，但由于 其需要高質量的GaSb、GaAs體材料，故成本高，單位重量功率比大。利用分子束外 延、金屬有機化學氣相淀積和液相外延等生長技術在砷化鎵單晶片上生長GaSb層， 并以此材料制作砷化鎵/銻化鎵太陽電池，由于材料只包含III、V族元素，可一次外延 得到；GaAs、GaSb、均為直接帶隙材料，吸收系數大，抗輻射能力強，壽命長；材料 中各層均為幾個微米厚的薄膜，Ga、As、Sb等稀有元素的用量少，比GaSb/GaAs機 械迭層電池成本低。這些都決定了砷化鎵/銻化鎵材料非常適合制作高效太陽電池。本 發明基于以上優點，提供一種新型高效太陽電池的制作方法，可為空間飛行器提供高 性能電源。該技術大大降低了電池成本，對地面用高效光伏發電系統的普及具有重要 意義。

發明內容

針對背景技術提出的問題，本發明的目的在于提供一種砷化鎵/銻化鎵太陽電池的 制作方法。以砷化鎵單晶片為襯底，利用分子束外延(MBE)生長技術，在砷化鎵襯 底上生長子電池吸收層，具體過程包括：A)580℃條件下在GaAs襯底上生長GaAs 緩沖層；B)450℃條件下在生長的GaAs緩沖層上生長GaSb層；C)在GaAs層上制 作頂電極，在GaSb層上制作背電極；D)對器件進行封裝，完成電池的制作。用以制 作高效太陽電池器件。

本發明按以下步驟實施：

A)580℃下，在GaAs單晶片襯底上外延生長GaAs緩沖層；

B)450℃下，在GaAs緩沖層上外延生長銻化鎵GaSb層；

C)在GaAs表面制作頂電極，在GaSb層表面制作背電極，完成太陽電池的制作；

D)對完成的太陽電池進行封裝，得到太陽電池成品。

本發明具有以下有益效果：

1、材料中各層均為幾個微米厚的薄膜，Ga、As、Sb等稀有元素的用量少，比 GaSb/GaAs機械迭層電池成本低。

2、本發明中GaSb/GaAs材料只包含III、V族元素，可一次外延得到。

3、GaAs、GaSb均為直接帶隙材料，吸收系數大，抗輻射能力強，壽命長。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

實施例：

包括如下步驟：

(1)將免清洗的N⁺-GaAs單晶片襯底放在分子束外延(MBE)生長室樣品架上， 在580℃條件下高溫脫氧，并將GaAs襯底溫度升至630℃高溫除氣，然后將襯底溫 度降至580℃，打開Ga、As源爐快門，進行摻雜的n⁺-GaAs緩沖層的生長，摻雜濃度 為n⁺3～5×10¹⁸；分子束外延生長室在n⁺GaAs層生長前處于真空狀態，壓力為 5×10^-9mbar；分子束外延生長室在n⁺GaAs緩沖層生長過程中，分子束外延生長室壓力 為5～8×10^-8mbar；n⁺GaAs緩沖層生長厚度為500nm。