[發明專利]磷化鎵鋁應力補償的砷化銦量子點太陽電池制作方法

無效

• 申請號: 201010217374.0
• 申請日: 2010-06-23
• 公開（公告）號: CN101908581A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 王科范;楊曉光;楊濤;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于光伏器件制造技術領域，具體地涉及一種磷化鎵鋁(Ga_xAl_1-xP)應力補償的砷化銦(InAs)量子點太陽電池制作方法。

背景技術

太陽電池是清潔可再生能源太陽能的一種有效利用形式，近年來引起各國政府、企業和研究機構的極大興趣。在溫室效應日益嚴重的今天，碳零排放的太陽電池對于保護地球環境、維持國民經濟的可持續發展顯得尤為重要。但是因為當前太陽電池的造價昂貴，嚴重阻礙了它的大規模推廣使用。提高太陽電池的轉換效率是降低相對成本的有效途徑之一。目前在不聚光的條件下，單結GaAs和Si太陽電池的最高效率分別約為26％和25％；在聚光條件下，它們的最高效率分別可達到30％和28％；這些效率已經非常接近單結太陽電池的極限效率40.7％。通過在導帶和價帶之間引入中間能帶可以大幅度提高單結太陽電池的理論轉換效率，最高可為63.2％。中間能帶太陽電池的2個突出特點是：(1)可以吸收2個低能光子(小于原來帶隙)形成1個電子空穴對；(2)在保持開路電壓不變的情況下，增加了電池的光電流。InAs/GaAs量子點可以通過相互間的耦合形成中間能帶，所以被用來構建中間能帶太陽電池，也被稱為InAs/GaAs量子點中間能帶太陽電池。

但是目前InAs/GaAs量子點太陽電池的轉換效率最高只有18.3％，主要原因在于它在太陽光長波長區域光電流的增加非常有限，不足以補償它所帶來的開路電壓降低的不利效應。

增加InAs/GaAs量子點太陽電池光電流的途徑有：(1)增加量子點疊層的數目；(2)增加量子點的面密度。第(1)種方法存在的嚴重問題是，隨著疊層數的增加，量子點周圍集聚的應力越來越大，導致大量位錯的產生，從而降低了太陽電池的性能。目前已經有研究人員在GaAs間隔層內插入GaP或GaNAs薄層來補償應力，效果不錯。我們則選用性質類似的Ga_xAl_1-xP薄層來達到相同的目的。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種磷化鎵鋁應力補償的砷化銦量子點太陽電池制作方法，在砷化鎵間隔層內引入磷化鎵鋁層可以補償失配應力，從而可以通過增加量子點層的疊層數來提高量子點的體密度，增加太陽電池的光吸收和光電流。

本發明涉及一種一種磷化鎵鋁應力補償的砷化銦量子點太陽電池制作方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇一n+型GaAs單晶片作為襯底；

步驟2：在襯底上依次生長n型GaAs層和本征GaAs緩沖層；

步驟3：在本征GaAs緩沖層上生長多個周期的量子點結構，作為電池的i吸收層；

步驟4：在多個周期的量子點結構上依次生長p型GaAs層、p+型GaAs層、Al_0.4Ga_0.6As層和ZnS/MgF₂層；

步驟5：在ZnS/MgF₂層上生長并制作上金屬電極；

步驟6：在襯底10的下表面制作下金屬電極；

步驟7：對電池組件進行封裝，完成太陽電池的制作。

其中多個周期的量子點結構的每一周期包括：

一InAs量子點層，在InAs量子點層上依次生長第一GaAs間隔層、Ga_xAl_1-xP應力補償層和第二GaAs間隔層。

其中多個周期的量子點結構的周期數小于150。

其中所述的多個周期的量子點結構中的InAs量子點層的沉積厚度介于1.5到3個原子單層，生長溫度介于430℃和530℃之間。

其中所述的多個周期的量子點結構中的Ga_xAl_1-xP應力補償層的厚度介于1到5個原子單層，生長溫度介于500℃到800℃之間；Ga_xAl_1-xP應力補償層與上下兩層InAs量子點層的距離大于5nm，Ga_xAl_1-xP應力補償層中的x取值范圍0＜x＜1。

其中第一GaAs間隔層和第二GaAs間隔層的生長溫度高于InAs量子點層的生長溫度，但小于630℃，第一GaAs間隔層和第二GaAs間隔層的厚度小于30nm。

其中步驟2-步驟6是采用分子束外延法或金屬有機化學沉積法。

附圖說明

圖1是本發明太陽電池的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明涉及一種磷化鎵鋁應力補償的砷化銦量子點太陽電池制作方法，包括如下步驟：