[發明專利]一種基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201510897580.3
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105405928B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 石璘;劉如彬;高鵬;薛超;劉麗蕊;姜明序;張無迪;肖志斌;孫強
• 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;H01L31/0725;H01L31/0735
• 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

1.一種基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供一p型Ge襯底，晶向為[001]，厚度160μm；

(2)在MOCVD中使用砷烷作為砷源，在Ge襯底表面摻雜As，形成pn結作為第一子電池，其帶隙為0.6－0.7eV；

(3)在第一結子電池上生長高摻雜AlGaAs作為第一隧穿結，其厚度是30－80nm；

(4)在第一隧穿結上生長GaInNAs/GaInAs超晶格層，每周期中GaInNAs厚度為3－5nm，GaInAs厚度為5－7nm，共10個周期；

(5)在超晶格層上制備GaInNAspn結作為第二子電池，其帶隙為1.0－1.1eV，TMGa、砷烷、TMIn、TBHy分別作為III－V組分源，DEZn、硅烷作為摻雜源；

(6)在第二結子電池上生長高摻雜AlGaAs作為第二隧穿結，其厚度是30－80nm；

(7)在第二隧穿結上生長第三子電池，其帶隙為1.4－1.5eV，TMGa、砷烷分別作為III－V組分源，TMIn、DEZn、硅烷作為摻雜源；

(8)在第三結子電池上生長高摻雜AlGaAs作為第三隧穿結，其厚度是30－80nm；

(9)在第三隧穿結上生長第四子電池，其帶隙為1.8－2.0eV，TMGa、磷烷、TMIn分別作為III－V組分源，DEZn、硅烷作為摻雜源；

(10)在第四子電池上生長蓋帽層，TMGa、砷烷分別作為III－V族元素組分源，硅烷作為摻雜源。

2.根據權利要求1所述的基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，Ge襯底溫度為520－650℃，通入砷烷流量為700－850sccm作為As源，反應室壓力60－80Torr，將As原子擴散進入Ge襯底，制備擴散厚度為100－250nm的n型Ge層，形成pn結作為第一子電池。

3.根據權利要求1所述的基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中在MOCVD生長室中，在第一子電池上方生長重摻雜的p++/n++－AlGaAs隧穿結，襯底溫度530－620℃，TMGa流量為15－35sccm，TMAl流量為5－15sccm，AsH₃流量為450－600sccm，其厚度是30－80nm，摻雜濃度高達10¹⁹cm^－3量級。

4.根據權利要求1所述的基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，襯底溫度為570－650℃，TMGa流量為15－40sccm，砷烷流量為450－600sccm，TMIn源流量為5－10sccm，GaInAs生長厚度為5－7nm；TBHy流量為5－15sccm，TMIn源流量為5－15sccm，TMGa流量為20－35sccm，砷烷流量為450－600sccm，GaInNAs生長厚度為3－5nm，反復進行周期性生長，共生長10個周期，每周期的工藝條件均一致。

5.根據權利要求1所述的基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中，襯底溫度為530－620℃，TMGa流量為20－35sccm，砷烷流量為450－600sccm，TMIn源流量為5－15sccm，TBHy流量為5－15sccm，DEZn流量為5－8sccm，反應室壓力70－80Torr，生長厚度為200－250nm，形成p型基區；接下來，TMGa流量為20－35sccm，砷烷流量為450－600sccm，TMIn源流量為10－15sccm，TBHy流量為10－15sccm，硅烷流量為5－8sccm，生長厚度為15－30nm，作為n型發射區。

6.根據權利要求1所述的基于GaInNAs材料的四結太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟(6)中，在第二子電池上方生長重摻雜的p++/n++－AlGaAs隧穿結，襯底溫度570－650℃，TMGa流量為20－35sccm，TMAl流量為5－15sccm，AsH₃流量為550－650sccm，其厚度是50－80nm，摻雜濃度高達10¹⁹cm^－3量級。