[發明專利]硅基SIS異質結光電器件的制備方法

無效

• 申請號: 201010529610.2
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN102034902A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 馬忠權;何波;趙磊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

????本發明涉及一種新型直流磁控濺射AZO/SiO₂/p-Si?SIS異質結光電器件的制備方法，屬新型硅基異質結光電器件制備方法技術領域。

背景技術

近年來，從防止地球溫室效應、保護環境和替代石油能源出發，利用太陽能發電受到極大的重視。在太陽電池普及應用中，最大的障礙是它的成本太高。因此，如何降低成本是當前最重要的研究課題之一。降低太陽電池的成本，已有好多途徑，如降低硅材料的成本﹑改進現有技術﹑采用新技術及采用廉價的成結方法等。

????SIS（Semiconductor/Insulator/Semiconductor結構的縮寫）太陽電池，是在此情況下為了降低成本而新發展起來的一種新的異質結類型電池。它是繼MIS（金屬－絕緣體－半導體）電池之后，隨著透明導電的氧化物半導體薄膜的發展而出現的。研究表明，SnO₂薄膜用于太陽能電池頂部氧化物層，可以得到高的能量轉換效率，例如SnO₂/SiO_x/n-Si電池，其效率已達到15.4%，可與一般的單晶硅pn結太陽電池相匹敵。

????采用這類透明的氧化物半導體導電薄膜作電池頂層材料，有以下幾方面的優點：

（1）????制造快速﹑簡單﹑經濟，不需高溫。避免了高溫擴散引起的晶格損傷和少子壽命退化，減小了基區載流子的復合。

（2）????由于收集勢壘靠近表面，有助于收集短波光生少子，避免了多數pn結太陽電池表面出現的“死層”，故紫光響應好，同時增加了抗輻射性能。

（3）????氧化物半導體，一般具有較寬的禁帶寬度（ITO≈3.6eV，AZO≈3.3eV）適合作異質結窗口，對太陽光利用率高，有利于提高光電轉換效率。

（4）????氧化物半導體一般為重摻簡并結構，其費米能級位于導帶之上0.1?eV或在其附近，其電阻率低～10^-4Ω·cm，可降低對接觸材料和柵極材料的苛刻要求。

（5）????氧化物半導體的折射系數?(n)?比較大，如AZO（n≈2.2），應用于Si襯底材料時，能起減反射作用。

（6）????由于是TCO透明導電薄膜，膜層可較厚（幾千?），使分布電阻降低。同時，AZO可兼起形成勢壘﹑抗反射﹑收集電極和密封超薄SiO_x作用，故SIS電池穩定性好。

（7）ZnO電子親和勢能為4.15?eV；理論計算表明，ZnO對p型半導體材料，可以成為很好的SIS電池。

發明內容

為了在不增加工藝的復雜性和成本的基礎上，制造紫外—可見—近紅外廣譜硅基異質結光電器件（包括太陽電池、光電探測器）。根據半導體能帶工程，我們原創性地設計并研制出p—型晶硅與寬帶隙AZO透明導電薄膜、超薄SiO₂層相結合的一種新型SIS異質結光電器件（SIS是Semiconductor/Insulator/Semiconductor結構的縮寫）。

????本發明采用低溫熱氧化生長超薄SiO₂層、直流磁控濺射AZO發射極、減反射、收集電極膜制備了一種新型AZO/SiO₂/p-Si?SIS紫外—可見—近紅外廣譜異質結光電器件。

????本發明為一種新型SIS異質結光電器件的制備方法，其特征在于具有以下的步驟：

????a.?選用?p－型、晶向為（100）、電阻率為5Ω·cm、厚度200μm的拋光硅單晶片為襯底。

????b.?經標準RCA化學清洗后。

????c.?去除晶硅表面自然氧化層（體積比為HF:H₂O=1:10）。

????d.?然后在硅片背面蒸Al。

????e.?將硅片在400～500℃，流量比為N₂:O₂=4:1條件下熱氧化15～30分鐘生長一層15～20?超薄SiO₂層，背面Al合金化同時進行。

????f.?繼而直流磁控濺射高透光率、高導電率的AZO發射極、減反射、收集電極膜。

g.?通過金屬掩模版直流磁控濺射Cu柵指狀金屬電極。

h.?用金剛石刀切去光電池邊緣部分，防止光電池邊緣短路效應。

?????本發明的新型AZO/SiO₂/p-Si?SIS異質結原理如下：