[發明專利]一種具有較大帶隙的氮銦鎵薄膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201110087842.1
• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN102206812A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 薛玉明;宋殿友;朱亞東;裴濤;汪子涵;王一;牛偉凱;王金飛;周凱;李石亮;姜舒博;楊醒
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/44;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及薄膜太陽電池技術領域，特別是涉及一種具有較大帶隙的氮銦鎵薄膜及其制備方法。

背景技術

Ⅲ族氮化物BN、AlN、GaN、InN(Ⅲ-N)等及其多元合金化合物是性能優越的新型半導體材料(直接帶隙半導體材料)，在太陽電池、聲表面波器件、光電子器件、光電集成、高速和高頻電子器件等方面得到重要應用，有著十分廣闊的應用前景。

隨著近年來對InN的研究發展，尤其是InN的禁帶寬度研究，為設計、制備新型高效太陽電池奠定了理論和實驗基礎：2002年以前，InN的禁帶寬度一直被認為是約1.9eV，2002年以后(含2002年)，對InN禁帶寬度的認識有了新的突破，認為是0.6～0.7eV。因此，In_xGa_1-xN三元氮化物(GaN和InN的固溶體或混晶半導體)的禁帶寬度覆蓋的光子能范圍很寬，為0.6～3.4eV(GaN的禁帶寬度為3.4eV)，可隨其中In含量x的變化在該范圍內按如下關系式連續變化：

????????????，

這提供了對應于太陽光譜幾乎完美的匹配帶隙，從而也為利用單一三元合金體系的半導體材料來設計、制備更為高效的多結太陽電池提供了可能。理論上，基于InN基材料的太陽電池的轉換效率可能接近太陽電池的理論極限轉換效率72%。理論計算得到：結構為p-In_xGa_1-xN/n-In_xGa_1-xN/襯底的In_xGa_1-xN太陽電池的轉換效率為27.3%，高于目前通常半導體材料太陽電池的理論值；結構為n-In_xGa_1-xN/p-In_xGa_1-xN/襯底的In_xGa_1-xN單量子阱太陽電池的轉換效率為36.49%。

總之，全太陽光譜材料系In_xGa_1-xN基太陽能電池具有轉換效率高、抗輻射能力強等優勢，在太空及特殊場合中具有極其重要的應用前景。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術分析，提供一種用于制備高效率薄膜太陽電池的具有較大帶隙的氮銦鎵In_xGa_1-xN（x為0.05～0.3）薄膜，以便制備轉換效率高、抗輻射能力強的全太陽光譜材料系薄膜太陽電池，氮銦鎵In_xGa_1-xN提供了對應于太陽光譜幾乎完美的匹配帶隙，從而也為利用單一半導體材料來設計、制備更為高效的多結太陽電池提供了可能，且其吸收系數高，載流子遷移率高、抗輻射能力強。此外，本發明還公開了用于制備高效率薄膜太陽電池的具有較大帶隙的氮銦鎵In_xGa_1-xN（x為0.05～0.3）薄膜的制備方法，該制備方法工藝條件方便易行，有利于大規模的推廣應用，尤其在太空及特殊場合中具有極其重要的應用前景。

本發明的技術方案：

一種具有較大帶隙的氮銦鎵薄膜，其化學分子式為In_xGa_1-xN，式中x為0.05～0.3，該氮銦鎵薄膜，由襯底和該襯底表面形成的一層氮銦鎵薄膜構成，所述氮銦鎵薄膜的厚度為0.6-1.5μm。

所述襯底為藍寶石、SiC、?Si或玻璃。

一種具有較大帶隙的氮銦鎵薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1）在MOCVD沉積系統的進樣室中，對襯底表面進行表面等離子體清洗；

2）在MOCVD沉積系統的沉積室中，采用磁控濺射工藝在襯底表面沉積一層氮銦鎵薄膜。

所述MOCVD沉積系統為高真空高溫等離子體增強金屬有機源化學氣相沉積（HHPEMOCVD）裝置，設有兩個真空室，即進樣室和沉積室。

所述對襯底表面進行等離子體清洗方法為：在HHPEMOCVD的進樣室中，將襯底在氬氣和氮氣的混合氣體氛圍中進行等離子體處理，氬氣和氮氣的質量流量比為20:4、等離子體體清洗電源的燈絲電壓為60-80V、加速電壓為80-120V。