[發明專利]GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法

無效

• 申請號: 201210281529.6
• 申請日: 2012-08-08
• 公開（公告）號: CN102779902A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 高鵬;王帥;劉如彬;康培;孫強;穆杰
• 申請（專利權）人: 天津藍天太陽科技有限公司;中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術領域

本發明屬于太陽電池技術領域，特別是涉及一種GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法。

背景技術

以GaAs為代表的Ⅲ-Ⅴ族太陽電池因其光電轉換效率高而倍受青睞。作為太陽電池襯底的Ge由于與GaAs材料的晶格常數接近（它們的晶格失配度為0.1％），一定的生長條件下，在Ge片上外延生長GaAs材料制成的太陽電池具有很高的性能，因此Ge片上外延生長GaAs材料已成為GaAs太陽電池領域中重要的襯底片。但是由于Ge材料價格較高、重量較大，提高了電池的成本和重量。而Si材料相對于Ge材料來說不僅價格較便宜，而且重量輕，如果能將Ge與Si結合起來作為GaAs太陽電池襯底片，減少Ge的用量，能夠降低GaAs太陽電池的生產成本還能夠降低電池的重量。基于此，如何將Ge與Si結合起來作為GaAs太陽電池襯底片，已成為本領域技術人員研究的熱點。

目前公知的將Ge與Si結合起來的方法是在Si片上直接外延生長Ge材料，但是由于Ge與Si的晶格失配較大，達到4.18%，造成Ge與Si產生大量的位錯，不僅加大了外延生長的難度，最重要的是會造成對太陽電池性能的影響。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種格較便宜、重量輕，制作簡單，并且不影響太陽電池性能的GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法。

本發明GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法包括如下技術方案：

GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備方法，其特點是：包括以下制備過程：

⑴進行材料的p+型摻雜

在清洗后的Si片和Ge片上分別進行濃度為10¹⁸-10¹⁹cm^-3的p+型摻雜，形成深度為2000-3000nm的Si片p+型摻雜區和Ge片p+型摻雜區；

⑵Ge片上注入H⁺離子

在摻雜劑后形成的Ge片p+型摻雜區上，注入能量115-180keV、劑量10¹⁶-10¹⁷cm^-2、離子束電流80-150μA，Ge片p+型摻雜區上形成深度為500-1000nm的Ge片H⁺離子注入區；

⑶拋光

對⑴中摻雜后的Si片和⑵中注入H⁺離子后的Ge片進行拋光前清洗，然后采用化學機械拋光法對Si片p+型摻雜區表面和Ge片H⁺離子注入區表面進行粗拋、精拋和水拋，再對Si片和Ge片進行拋光后清洗；

⑷等離子活化

在完成拋光、清洗的Si片p+型摻雜區和Ge片H^＋離子注入區進行壓力為40-50毫托，射頻功率為50-100W，采用氬氣或氧氣作為等離子體，氬氣或氧氣以流速為50-100sccm，同時轟擊30-60秒，對Si片p+型摻雜區和Ge片H⁺離子注入區表面進行等離子體活化；

⑸低溫鍵合

將離子體活化后的Si片p+型摻雜區表面和Ge片H⁺離子注入區表面作為鍵合面貼合在一起，置入鍵合腔；鍵合腔內壓力為0.5-1MPa、氣體為N₂，以10-15℃/min的速度升溫至300-400℃后，再以3-5℃/min的速度降溫至室溫，對Si片和Ge片進行1-2小時的鍵合，形成鍵合體；

⑹退火

對鍵合體進行退火，退火溫度350-450℃，時間1-2小時；

⑺剝離

采用Smart-Cut技術，將Ge片p+型摻雜區從Ge片H⁺離子注入區剝離，Ge片H⁺離子注入區形成Ge膜層與Si片成為一體，制成Ge/Si襯底片；將襯底片表面拋光至平整，完成本發明GaAs太陽電池用Ge/Si襯底片的制備。

本發明還可以采用如下技術措施：

在最終制成Ge/Si襯底片的Ge膜層表面，再同質外延一層厚度為200-300nm的p+型Ge材料。

所述Si片和Ge片p+型摻雜前的清洗過程如下表所述：