[發明專利]倒置生長寬譜吸收III-V多結電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210213314.0
• 申請日: 2012-06-26
• 公開（公告）號: CN102723404A
• 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工藝，特別涉及一種倒置生長高效寬譜吸收III-V多結電池制備方法，屬于太陽能電池技術領域。

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，試驗證明，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實現GaAs系電池和InP系電池的集成，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；此外，GaAs襯底是6英寸，且質量高和價格低；而InP襯底是4英寸，且質量差且價格高。這些因素都阻礙了基于晶片鍵合實現GaAs系電池和InP系電池單片集成，因此僅憑現有技術，尚較難實現規模化生產。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種倒置生長寬譜吸收III-V多結電池的制備方法，其利用高深寬比位錯捕獲技術實現GaAs材料上InP外延，從而實現GaAs系和InP系電池的單片集成，并通過倒置生長在GaAs襯底上實現GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs多結電池，其后通過層轉移技術和襯底剝離技術將其轉移到更加廉價襯底，獲得了具有較高光電轉換效率的高性價比太陽能電池，且該制備方法易于實施，能實現III-V多結太陽能電池的規模化生產，并且有效地改善GaAs材料和InP材料之間晶格不匹配和熱膨脹系數不匹配的難題，有助于穩定可靠地實現GaAs和InP系電池的集成。

為實現上述發明目的，本發明采用的倒置生長寬譜吸收III-V多結電池的制備方法包括如下步驟：

（1）在拋光GaAs襯底表面上依次生長Al（Ga）As襯底剝離層、GaAs電極接觸層、倒置GaInP/GaAs串接電池和GaAs保護層；

（2）在所述GaAs保護層上沉積形成介質膜，并對所述介質膜進行圖案化處理，獲得納米級圖案化介質掩膜結構，并將與非掩膜區對應的GaAs保護層表面暴露出來；

（3）在所述納米級圖案化介質掩膜結構的GaAs表面依次生長形成InP位錯抑制層、無位錯層和薄膜聚合層，隨后對所述InP聚合層進行拋光，直至獲得器件級平整的InP薄膜；其中InP位錯層和無位錯層生長采用選擇生長技術，使得InP材料生長在介質納米結構掩模下的GaAs保護層上，并通過納米介質掩模結構側壁有效抑制GaAs和InP材料之間的穿透位錯，從而形成InP位錯抑制層，然后在此位錯抑制層上選擇性生長InP無位錯層，直至InP層基本與納米介質結構高低基本一致。鑒于InP選擇性各向異性生長，在此之上，進一步加強橫向生長直至InP聚合成薄膜，材料生長完畢。然后對所聚合形成的InP薄膜進行拋光（包括化學拋光、機械拋光或者化學機械拋光多種方式，直至獲得器件級平整?的InP薄膜。

（4）在所述拋光后的InP薄膜上生長形成倒置InGaAsP/InGaAs串結電池結構，而后在所述倒置生長的InGaAsP/InGaAs串結電池結構表面形成歐姆接觸金屬層，并將所述歐姆接觸金屬層與轉移襯底鍵合，獲得完整的倒置生長InGaP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結電池結構；

（5）將所述GaAs襯底從前述InGaP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結電池結構中無損傷剝離，并在剝離GaAs襯底后形成的器件表面上形成歐姆接觸金屬層，進而采用傳統III-V電池工藝，獲得目標產物。

具體而言，步驟（1）中所述倒置GaInP/GaAs串接電池包括在襯底第一面上倒置生長的GaInP電池、隧穿結和GaAs電池。