[發明專利]異質結熱光伏電池的制備方法

在審

• 申請號: 201310571638.6
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN104638060A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 紀偉偉;趙彥民;方亮;潘振;賴運子;喬在祥
• 申請（專利權）人: 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

本發明屬于熱光伏電池技術領域，特別是涉及一種異質結熱光伏電池的制備方法。

背景技術

熱光伏技術是將受熱高溫熱輻射體發射的光子能量通過半導體p-n結電池直接轉換成電能的技術。完整的熱光伏系統的原理和概念自上世紀60年代被提出，受當時科技水平所限，一直處于理論研究階段。上世紀90年代初低禁帶的銻化鎵（GaSb）電池成功制備，隨后一系列熱光伏電池相繼研制成功，其高效率、高穩定性、高重量比功率、可與燃燒系統及同位素輻射系統結合利用等優點逐步得到驗證。熱光伏電池及系統日益受到各國研究機構的重視，具有良好的發展前景。

目前公知的熱光伏電池領域研究較多的是Si、GaSb、InGaAs等電池，其結構均為n-p同質結。這類結構的電池其發射區與基區（吸收層）具有幾乎相同的禁帶寬度，對光有同樣的吸收能力，因此處在上層的發射區會吸收較多短波光子。由于發射區為重摻雜，光生載流子在該處俄歇復合較為嚴重，另外發射區表面處也存在一定程度的表面復合，因此這部分光生載流子很少能對電池的光生電流做出貢獻，從而限制了熱光伏電池效率的進一步提升。

經檢索發現專利號為200910066784.7，公開號為CN101521238，專利名稱為“一種基于Ga_xIn₁-_xAs_1-ySb_y四元半導體的異質結熱光伏電池的制備方法”的發明專利，其說明書中公開了其電池結構。由下至上依次包括下電極、N型襯底、N型寬禁帶Ga_x1In_1-x1As_1-y1Sb_y1有源層、輕摻雜的P^-型窄禁帶Ga_x2In_1-x2As_1-y2Sb_y2有源層、重摻雜的P⁺型寬禁帶Ga_x3In_1-x3As_1-y3Sb_y3限制層和柵條形上電極，在P⁺型寬禁帶限制層和柵條形上電極間增加P型GaSb窗口鈍化層，在N型襯底和N型寬禁帶有源層間增加N型GaSb背面限制層。該電池由于入射光一側發射區的禁帶寬度小于基區的禁帶寬度，降低了光生載流子的收集效率，影響了電池轉換效率的提高，并且半導體功能層的層數多，各層元素組成復雜，制作的難度大，加之采用了價格昂貴的GaSb、GaInAsSb材料，電池成本很高。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的同質結結構熱光伏電池效率難以進一步提升等技術問題而提供一種光生載流子收集效率高、光電轉換效率高、結構簡單、成本低的異質結熱光伏電池的制備方法。

本發明包括如下技術方案：

異質結熱光伏電池的制備方法，其特點是：包括以下制備步驟：

步驟1在基區上面依次生長發射區、電極接觸層和上電極

⑴將厚度50～500μm較窄禁帶寬度的p-Ge層襯底作為基區置于MOCVD設備中，在p-Ge層襯底上面生長出厚度小于500nm較寬禁帶寬度的n-Ga_xIn_yP層作為發射區，其中x=0.4～0.8，y=1-x；

⑵在n-Ga_xIn_yP層上面外延生長30nm～1000nm厚作為制作電極接觸層用的重摻雜n-GaAs層或重摻雜n-GaInP層；

⑶在電極接觸層上面蒸鍍一層作為上電極用0.1μm～30μm厚的Ag、Au、Cu、Ti、Pd、Ni或Al膜；

步驟2光刻上電極

在上電極上表面總面積1%～10%的上電極上光刻出柵線圖形；

步驟3腐蝕上電極和電極接觸層

按照步驟2光刻出的柵線圖形，對上電極和電極接觸層腐蝕出柵線，直至腐蝕到露出發射區n-Ga_xIn_yP層，完成腐蝕；沖洗、吹干后立即放入真空熱蒸發系統中；

步驟4制作光學減反射層

在步驟3腐蝕后露出的發射區面蒸鍍10nm-1000nm厚作為光學減反射層的硫化鋅、氟化鎂、氧化鋁、氧化鈦或氧化硅之一種或復數種材料層；

步驟5在基區下面蒸鍍下電極

在作為基區的p-Ge層襯底下面蒸鍍0.1μm～10μm厚作為下電極的Ag、Au、Cu、Ti、Pd、Ni或Al膜層；完成異質結熱光伏電池的制作過程。