[發(fā)明專(zhuān)利]一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010196477.3
• 申請(qǐng)日: 2010-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101894884A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭新和;唐龍娟;楊輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 代理公司: 南京蘇科專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別涉及一種基于半導(dǎo)體材料制作納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的方法，該方法能顯著改善Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的電極區(qū)粗糙度，從而提高電池電學(xué)連接的穩(wěn)定性和可靠性。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池是指利用光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。由于太陽(yáng)能是一種取之不盡用之不竭的清潔能源，近年來(lái)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到了廣泛的關(guān)注。太陽(yáng)能電池根據(jù)所用材料的不同，可分為Si系太陽(yáng)能電池、化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池、納米結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池等。

在眾多種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中，Ⅲ族氮化物禁帶寬度覆蓋范圍達(dá)0.7eV～3.4eV，幾乎覆蓋了整個(gè)太陽(yáng)光譜的范圍，同時(shí)具有良好的抗輻照特性，高的光吸收系數(shù)。因而Ⅲ族氮化物成為制作全光譜高效太陽(yáng)能電池的理想材料。此外，Ⅲ族氮化物還可以用于搭載其它電池作為頂電池，吸收短波長(zhǎng)光，用于全光譜高效多結(jié)太陽(yáng)能電池的制作。

盡管Ⅲ族氮化物材料在制作太陽(yáng)能電池方面有很大的優(yōu)勢(shì)，但是外延生長(zhǎng)高晶體質(zhì)量、高In組分的InGaN薄膜非常困難，使太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率受到很大限制。采用納米結(jié)構(gòu)便能緩解這一問(wèn)題，相對(duì)于傳統(tǒng)的體材料的電池，納米結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池具有釋放應(yīng)力，終止位錯(cuò)，增強(qiáng)光吸收等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。目前典型的垂直排列納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作工藝(如圖1所示)包括：(a)制作微結(jié)構(gòu)掩模層，刻蝕襯底203上的納米陣列結(jié)構(gòu)，如頂部為p型半導(dǎo)體201，則底部及陣列間隙便為n型半導(dǎo)體202；(b)對(duì)納米陣列結(jié)構(gòu)用填充物204進(jìn)行填充，使其平面化；(c)制作電流擴(kuò)展層205；(d)臺(tái)面刻蝕，暴露出n區(qū)(或p區(qū))；(e)淀積金屬，制作n/p電極206。

如圖2和圖3所示按此工藝，在樣品的整個(gè)表面刻蝕了納米陣列結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)臺(tái)面刻蝕刻出n(或p)電極區(qū)。由于表面納米陣列結(jié)構(gòu)的存在，干法刻蝕后n(或p)電極區(qū)表面存在尖峰狀凸起。這些凸起一方面不利于后續(xù)的金屬電極的淀積，降低了附著力；另一方面，若器件的制作工藝流程中還有晶片鍵合、鍍Ag鏡等后續(xù)工藝，表面凸起的存在將不利于這些工藝的進(jìn)行。另外，如果臺(tái)面刻蝕是在電流擴(kuò)展層的制作之后進(jìn)行，在臺(tái)面刻蝕以及刻蝕掩模的去除過(guò)程中可能對(duì)電流擴(kuò)展層表面造成損傷，在后續(xù)工藝中可能造成器件短路，降低成品率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提供一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法，在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上能較好地避免臺(tái)階下方的n電極區(qū)(或p電極區(qū))粗糙。

本發(fā)明的上述目的，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是：

一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法，針對(duì)應(yīng)用于具有垂直pn結(jié)或np結(jié)且為同側(cè)電極的太陽(yáng)能電池，其特征在于該方法包括步驟：

Ⅰ、以光刻膠、SiO₂對(duì)GaN樣品臺(tái)面進(jìn)行第一次刻蝕，形成臺(tái)階狀的樣品結(jié)構(gòu)；

Ⅱ、在臺(tái)階上方的p區(qū)或n區(qū)臺(tái)面上制作微結(jié)構(gòu)掩模層并進(jìn)行第二次臺(tái)面刻蝕形成納米柱陣列，同時(shí)露出與臺(tái)階下方臺(tái)面相一致的n區(qū)或p區(qū)；

Ⅲ、對(duì)帶納米柱陣列的GaN樣品旋涂填充物，使之平面化；

Ⅳ、在對(duì)應(yīng)于納米柱陣列的平面化GaN樣品表面制作電流擴(kuò)展層；

Ⅴ、在電流擴(kuò)展層表面及臺(tái)階下方的n區(qū)或p區(qū)臺(tái)面上沉積金屬，制作n/p電極。

進(jìn)一步地，前述一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法，其中該微結(jié)構(gòu)掩模層僅制作于臺(tái)階上方的p區(qū)或n區(qū)的臺(tái)面上，并且該微結(jié)構(gòu)掩模層的制作方法至少包括自組裝形成金屬微球及旋涂單層微粒。

進(jìn)一步地，前述一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法，步驟Ⅲ中對(duì)GaN樣品填充指的是：采用填充物對(duì)納米柱陣列及臺(tái)階下方的n區(qū)或p區(qū)臺(tái)面進(jìn)行填充，并刻蝕掉頂部多余的填充物使之形成一平整面。該填充物包括光刻膠、聚酰亞胺或旋涂玻璃。

進(jìn)一步地，前述一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法，步驟Ⅳ中所述電流擴(kuò)展層包括銦錫氧化物或金屬。

實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，其顯著的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)工藝步驟作出了調(diào)整，能有效避免臺(tái)階下方n電極區(qū)(或p電極區(qū))粗糙，使后續(xù)淀積的金屬與n區(qū)或p區(qū)材料更好地粘附、不易剝落；提高了電學(xué)連接的穩(wěn)定性和器件的可靠性；同時(shí)該制作方法還具有簡(jiǎn)單快捷，普適性強(qiáng)的特點(diǎn)。

為使本發(fā)明一種Ⅲ族氮化物納米陣列結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的制作方法更易于理解其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)及其所具的實(shí)用性，下面便結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明若干具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但以下關(guān)于實(shí)施例的描述及說(shuō)明對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。

附圖說(shuō)明