[發明專利]雙面生長高效寬譜吸收多結太陽電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210213957.5
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102723405A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 張瑞英;董建榮;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光伏器件的制備方法，尤其涉及一種雙面生長高效寬譜吸收太陽電池的制備方法。

背景技術

太陽電池作為太陽能利用的典型方式，成為可再生能源的重要發展方向，提高太陽電池效率是太陽電池追求的目標之一。III-V族化合物半導體由于其寬廣的能帶結構成為太陽電池材料的理想選擇，GaAs基III-V族多結電池至問世以來一直是太陽電池領域的效率記錄保持者和創造者。根據太陽能譜和III-V族材料能帶關系，GaAs基晶格匹配的GaInP/GaAs雙結電池和InP基晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池可以合理設計，電流匹配地覆蓋絕大部分太陽光譜，實驗證明，采用一次分光手段，該類太陽電池系統的電池效率可達43%。是實現寬譜高效太陽電池的理想組合。但是由于GaAs材料和InP材料晶格失配度達3.8%，傳統方法難以在GaAs上外延高質量InP材料，因此，為了獲得高效GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs太陽電池，目前大多采用晶片鍵合的方法來嘗試實現該四結電流匹配寬譜吸收電池，然而一方面晶片鍵合涉及到多種工藝（包括層轉移和芯片剝離技術），使得芯片的成功率降低，另一方面，GaAs材料和InP材料直接鍵合對環境和設備的潔凈度要求非常高，且由于二者的熱膨脹系數差別，鍵合后工藝或者后期工作如果溫差較大，均會導致材料芯片的翹曲，且鍵合后二者之間的串聯電阻較大，會無形中增加該四結電池的電學損耗；如果采用金屬鍵合，則又會遇到平衡串聯電阻和紅外光學吸收的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種雙面生長高效寬譜吸收多結太陽電池的制備方法，其采用GaAs基納米級圖案化設計實現了GaAs基InP材料的高質量外延，而后在此基礎上生長晶格匹配的InGaAsP/InGaAs太陽電池，且在GaAs襯底另一面生長晶格匹配的GaAs/GaInP太陽電池，最終獲得了具有較小晶格失配和熱失配，且性能良好的目標產物，并且，該制備方法易于操作，良品率高，有利于提高整體器件的可靠性和壽命。

為實現上述發明目的，本發明采用的雙面生長高效寬譜吸收多結太陽電池的制備方法包括如下步驟：

（1）在雙面拋光的GaAs襯底的第一面上形成介質膜，并在所述襯底的第二面上生長形成晶格匹配的GaAs/GaInP太陽能電池結構；

（2）對所述襯底第二面進行保護，再在所述襯底第一面上加工形成納米級介質掩膜圖案；

（3）在所述襯底第一面上生長形成InP薄膜，并將所述InP薄膜拋光至平整度達到外延級；

（4）在所述襯底第一面上依次生長形成InGaAsP或InGaAsP/InGaAs太陽能電池結構以及電極接觸層；

（5）解除對所述襯底的第二面的保護，獲得目標產物。

其中，步驟（1）具體為：在雙面拋光的GaAs襯底第一面上形成厚度在200nm以上的介質膜，并在所述襯底第二面上依次生長形成GaAs太陽能電池-隧穿結-GaInP太陽能電池結構、電池窗口層和電極接觸層。

步驟（2）中是通過化學和/或物理加工方法對所述介質膜進行圖案化處理，從而形成光滑致密介質掩膜圖案，并使與裸露區對應的襯底表面完全暴露出。

作為優選方案之一，所述介質膜可選自SiO₂膜、SiN膜、Al₂O₃膜及TiO₂膜中的任意一種以上，但不限于此。

步驟（2）中是首先通過化學和/或物理加工方法形成圖案，而后采用干法刻蝕和/或濕法刻蝕工藝將圖案轉移到介質膜上，從而形成光滑致密介質膜圖案，并使與裸露區對應的襯底表面完全暴露出。

優選的，步驟（2）中是采用涂覆有機光刻膠和沉積介質膜中的至少一種方式對所述襯底的第二面進行保護的。

步驟（3）具體為：首先在形成于所述襯底第一面上的介質掩膜圖案中的納米溝內選擇性生長InP材料，將失配位錯抑制在介質納米溝中，直到獲得無位錯的InP材料，然后將分立的InP材料聚合，直至形成InP薄膜，而后以化學和/或物理方法進行拋光，形成具有外延級平整度的InP薄膜。

步驟（4）中是依次在形成于所述襯底第一面上的InP薄膜上生長InGaAsP太陽電池或InGaAsP太陽能電池-隧穿結-InGaAs太陽能電池以及電極接觸層的。

作為優選的方案之一，步驟（4）中所述接觸層可采用InP和/或InGaAs層，但不限于此。