[發明專利]硅摻雜的砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的制作方法

無效

• 申請號: 201010602219.0
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102130206A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 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，具體地涉及一種硅摻雜的砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的制作。

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％。但是通過在導帶和價帶之間引入中間能帶則可以大幅度提高單結太陽電池的理論轉換效率，最高可達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。

為了增加中間帶和GaAs導帶之間的光吸收，人們提出通過對InAs/GaAs量子點進行硅調制摻雜的方法，使中間帶處于半充滿的狀態。為此，我們提出一種方法，即在InAs/GaAs量子點生長的過程中直接進行硅摻雜。硅原子除了可以在中間能帶上提供多余電子，還可以弛豫量子點內的應力。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種硅摻雜的砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的制作方法，在砷化銦/砷化鎵量子點內直接摻入硅原子，使中間帶處于半充滿的狀態，可以增加太陽電池的光吸收和光電流。

本發明涉及一種一種硅摻雜的砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的制作方法，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n+型GaAs單晶片上依次生長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本征GaAs層、p型GaAs層、p+型GaAs層、p型Al_0.4Ga_0.6As層和p型GaAs層；

步驟5：在p型GaAs層上生長ZnS/MgF₂層；

步驟6：在ZnS/MgF₂層上生長并制作上金屬電極；

步驟7：在n+型GaAs單晶片的下表面制作下金屬電極；

步驟8：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：一摻硅的InAs量子點層和GaAs間隔層。

其中多個周期的量子點結構的周期數小于100。

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1.7到3個原子單層，生長溫度介于430℃和530℃之間；硅原子的沉積待InAs量子點成核后開始，硅原子的面密度介于(1-100)*10¹⁰cm^-2范圍之間，硅原子的沉積速度要保證在量子點完成生長前達到所需沉積量。

其中GaAs間隔層的生長溫度高于InAs量子點層的生長溫度，小于630℃，GaAs間隔層的厚度不大于50nm。

其中步驟2-步驟4是采用分子束外延法或金屬有機化學沉積法。

其中步驟5-步驟7是采用磁控濺射法或真空蒸發法。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術特征，結合以下附圖，對本發明作一詳細的描述，其中：

圖1是硅摻雜的砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明涉及一種硅摻雜的砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的制作方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇一n+型GaAs單晶片10作為襯底，摻雜濃度為(0.6-1.4)*10¹⁸cm^-3；

步驟2：在該襯底10上生長一層n型GaAs層11，厚度為500nm，生長溫度是595℃，摻雜濃度為1.0*10¹⁸cm^-3；在n型GaAs層11上生長一層本征GaAs緩沖層12，厚度為400nm，生長溫度為595℃；