[發明專利]一種圖形化的太陽能電池用Ge襯底濕法化學制備方法

有效

• 申請號: 201310152440.4
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103236471A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 占榮
• 申請（專利權）人: 揚州乾照光電有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及太陽能電池用Ge襯底的制備技術，尤其是在MOCVD工藝生產中用的多節高效太陽能電池，屬于半導體材料技術領域。

背景技術

Ge單晶襯底作為一種基礎半導體材料，在采用MOCVD生長多結GaInP/GaAs/Ge太陽能電池中有廣泛應用。當前這種結構電池正在逐漸成為衛星、飛船等航天器太陽能帆板的主流。同時在民用聚光光伏等領域也有重要作用，500倍下的轉換效率可實現40%。

MOCVD生長異質材料時，晶格常數應比較接近，現在在優先考慮晶格匹配情況下的三結疊層太陽能電池GaInP/GaAs/Ge，但無論在空間還是地面應用，Ge底電池的電流密度約為其余兩節的2倍，而多節電池的工作電流由各子電池中短路電流最小的電池決定，因此，Ge底電池的利用率較低。解決這一問題的方法有多種，其中之一就是在將中電池的帶隙調整至太陽光譜一致，即中電池帶隙在1.1～1.2Ev，頂電池帶隙在1.6～1.7Ev。

在MOCVD中生長帶隙在1.1～1.2的中電池材料InGaAs與Ge襯底的晶格常數差異太大。目前采用應變補償方式不僅生長效率低，應力得不到釋放，位錯密度高，得不到高質量的InGaAs材料，同時還會將位錯繼續傳透給后續材料。因此，一般采用倒裝工藝生長大失配InGaAs材料。但倒裝工藝復雜，而且最后要將襯底剝離，存在較大的浪費。

發明內容

針對現有技術上的缺陷，本發明提供了一種圖形化的Ge襯底的制作方法，目的是用于MOCVD中生長大失配材料，比如InGaAs等。

本發明包括以下順序步驟：

1）采用MOCVD在EPI-ready?Ge襯底上生長一層GaInP；

2）對待光刻的襯底進行涂膠、勻膠和前烘處理；

3）將掩模版與襯底對準安裝；

4）投影曝光；

5）將曝光后的襯底進行顯影，堅膜處理；

6）將堅膜處理后的襯底置于第一腐蝕液中腐蝕處理30～60秒，然后在第二腐蝕液中腐蝕處理30～60秒；

7）將腐蝕后的襯底去膠；

8）將襯底的GaInP層以第一腐蝕液腐蝕去除，然后采用去離子水中沖洗120～180秒，離心甩干；

9）將襯底在90～100℃的濃硫酸中浸泡后，再以40～60℃的稀硫酸浸泡，然后在第三腐蝕液中常溫兆聲清洗，最后在去離子水中兆聲清洗；

10）采用通氮氣離心甩干方式干燥襯底，N₂密封。

本發明采用簡單的化學工藝來制備圖形化襯底，不需要復雜的機械設備，操作簡單，成本低。本發明采用了以上圖案、腐蝕工藝和清洗工藝，形成新型鍺襯底，epi-ready表面有圖案，在生長大失配的外延材料時，應力能更好地釋放，外延層能得到更高的材料質量。

本發明所述第一腐蝕液由體積比為1：2：5~8的HCl、H₃PO₄和H₂O組成。HCl能首先腐蝕掉GaInP層，但是不腐蝕鍺，而H₃PO₄能取到緩沖劑的作用，使腐蝕過程均勻穩定，重復性好。

本發明所述第二腐蝕液由體積比為1：1：5~10的NH₃·H₂O、H₂O₂和H₂O組成。該腐蝕液能夠對鍺進行腐蝕，得到我們所需要的圖形，而且圖案的形狀整齊。

本發明所述第三腐蝕液由體積比為1：2：5~10的NH₃·H₂O₂和H₂O組成。該腐蝕液的作用是輕微腐蝕掉襯底表面的薄層，去除金屬離子等雜質，使襯底表面達到Epi-ready的標準。

另外，步驟1）生產的GaInP厚度為100～200nm。生長一層GaInP的作用是保護鍺襯底的表面，使其不被有機光刻膠沾污，為后續的外延生長提供方便。過薄取不到保護作用，太厚又比較浪費，100～200nm比較適中。

步驟2）中，所述待光刻的襯底特征為機械化學GaInP表面，摻雜劑為Ga，電阻率為0.001～0.01Ω·cm。電阻率為0.001～0.01Ω·cm的襯底基礎上做出來的器件參數優良，所以選用在這個范圍內的襯底。

所述步驟3）中的掩模版為棱形，掩模版與襯底對準對準時，棱形短對角線方向和襯底GaInP的方向重合，棱形對角線的長度為1～2μm。光刻圖形的形狀和大小等特征，對后續的外延生長影響非常大，