[發明專利]一種半導體太陽電池的制作方法

無效

• 申請號: 200910095139.8
• 申請日: 2009-11-05
• 公開（公告）號: CN101702414A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 郝瑞亭;申蘭先;楊培志;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

本發明涉及一種半導體太陽電池的制作方法，尤其是涉及一種III-V族半導體材料多結高效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，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。GaInP/GaAs電池只能吸收能量大于1.4eV的光子，不能覆蓋紅外波段，所以無法進一步提高光電轉換效率。GaInAsSb/GaSb/GaAs材料可以吸收0.5-1.4eV波段的太陽輻射，是對GaInP/GaAs吸收范圍的拓展。將GaInAsSb/GaSb/GaAs與GaInP/GaAs相結合得到的新型太陽電池材料可吸收0.5-1.9eV范圍的太陽輻射，使太陽電池的轉換效率大大提高。GaInAsSb/GaSb/GaAs材料只包含III、V族元素，可一次外延得到；GaAs、GaSb、GaInAsSb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、In、Sb等稀有元素的用量少，比GaSb/GaAs迭層電池成本低。這些都決定了GaInAsSb/GaSb/GaAs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。該技術進一步降低了電池成本，對地面用高效光伏發電系統的推廣具有重要意義。

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半導體太陽電池的制作方法，以摻雜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，然后進行封裝，完成電池的制作。

本發明的具體實施步驟為：

1)以摻雜砷化鎵單晶片為襯底，利用分子束外延(MBE)生長技術，在580℃下，在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；

2)在GaAs緩沖層上生長p⁺GaAsSb/n⁺GaAsSb隧穿結；

3)在450℃下，在p⁺GaAsSb/n⁺GaAsSb隧穿結上生長GaSb層；

4)在GaSb層上生長p⁺GaSb/n⁺InAsSb隧穿結；

5)在430℃下，在p⁺GaSb/n⁺InAsSb隧穿結上生長InGaAsSb合金層；

6)在砷化鎵單晶片襯底表面制作頂電極，在InGaAsSb合金層表面制作背電極。

本發明具有以下有益效果：

1、利用本發明，將太陽電池的光譜吸收范圍拓展到0.5-1.4eV波段，特別是增加了對紅外部分的吸收，對于提高太陽電池的轉換效率非常有益。

2、本發明中GaInAsSb/GaSb/GaAs材料只包含III、V族元素，可一次外延得到。

3、GaAs、GaSb、GaInAsSb均為直接帶隙材料，吸收系數大，抗輻射能力強，壽命長。

具體實施方式

實施例

1)將免清洗的N⁺-GaAs襯底放在分子束外延生長室樣品架上，在580℃條件下高溫脫氧，并將N⁺-GaAs襯底溫度升至630℃高溫除氣，然后將襯底溫度降至580℃；開啟Ga、As源爐快門，在N⁺-GaAs襯底上進行p-GaAs緩沖層的生長，摻雜濃度為p3～5×10¹⁸，所述分子束外延生長室在p-GaAs層生長前處于真空狀態，壓力為5×10^-9mbar，生長室在p-GaAs緩沖層生長過程中壓力為7～8.5×10^-8mbar，p-GaAs緩沖層生長厚度為0.5μm，p-GaAs緩沖層在生長時的As∶Ga束流比為20∶1；