[發(fā)明專利]提高量子點(diǎn)太陽(yáng)電池效率的斜切襯底上多層量子點(diǎn)及制備

有效

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• 申請(qǐng)日: 2018-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN108470784B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曙光;李國(guó)強(qiáng);溫雷;高芳亮;徐珍珠;余粵鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 陳智英

本發(fā)明屬于太陽(yáng)電池的技術(shù)領(lǐng)域，公開了提高量子點(diǎn)太陽(yáng)電池效率的斜切襯底上多層量子點(diǎn)及制備。斜切襯底上多層量子點(diǎn)，其特征在于：由下至上依次包括GaAs襯底，表面重構(gòu)的GaAs層，GaAs緩沖層及多層量子點(diǎn)；GaAs襯底為斜切的GaAs襯底，斜切角為2～15°；所述多層量子點(diǎn)是由量子點(diǎn)層和GaAs蓋層交替疊加而成，所述量子點(diǎn)層的層數(shù)≥1；所述GaAs緩沖層靠近多層量子點(diǎn)的量子點(diǎn)層。本發(fā)明引入斜切襯底，得到了均勻性較好，而且密度大的量子點(diǎn)；通過(guò)采用斜切襯底，抑制了量子點(diǎn)在生長(zhǎng)過(guò)程中合并的現(xiàn)象，得到理想的多層量子點(diǎn)，拓寬對(duì)太陽(yáng)光譜的利用范圍，最終有效提高電池的光電效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種斜切襯底上多層量子點(diǎn)和包含該斜切襯底上多層量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

中間帶太陽(yáng)能電池具有超過(guò)60％的理論光電轉(zhuǎn)換效率，受到人們的廣泛關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)中間帶吸收，最有效的方法是生長(zhǎng)多層量子點(diǎn)，通過(guò)量子點(diǎn)的三維限域效應(yīng)，形成分立的中間帶能級(jí)。量子點(diǎn)一般通過(guò)分子束外延(MBE)或者金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，控制InAs在GaAs襯底上的SK生長(zhǎng)過(guò)程來(lái)進(jìn)行制備。量子點(diǎn)的均勻性及密度會(huì)在極大程度上影響載流子的分離及光電流的大小，為了保證太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率以及光學(xué)質(zhì)量，量子點(diǎn)材料應(yīng)具有量子點(diǎn)密度高、均勻性好的特點(diǎn)。

常規(guī)方法是在GaAs(100)襯底上生長(zhǎng)多層量子點(diǎn)來(lái)制備中間帶太陽(yáng)能電池。然而，這種襯底上量子點(diǎn)的遷移速度快，量子點(diǎn)間容易發(fā)生合并，使得量子點(diǎn)的均勻性難以控制，制約了太陽(yáng)能電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有GaAs(100)襯底上生長(zhǎng)InAs量子點(diǎn)均勻性差的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種斜切襯底上多層量子點(diǎn)及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)GaAs襯底進(jìn)行一定角度的斜切，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)均勻性的大幅提升，為制備高效中間帶電池提供了基礎(chǔ)。本發(fā)明提出采用斜切處理的方法，使襯底表面形成一定的臺(tái)階，對(duì)量子點(diǎn)的遷移起到抑制作用，從而大幅降低量子點(diǎn)合并的發(fā)生，提高量子點(diǎn)的均勻性及質(zhì)量。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。所述量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，包括上述斜切襯底上多層量子點(diǎn)。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

斜切襯底上多層量子點(diǎn)，由下至上依次包括GaAs襯底，表面重構(gòu)的GaAs層，GaAs緩沖層及多層量子點(diǎn)；GaAs襯底為斜切的GaAs襯底，斜切角為2～15°；所述多層量子點(diǎn)是由量子點(diǎn)層和GaAs蓋層交替疊加而成，所述量子點(diǎn)層的層數(shù)≥1，優(yōu)選≥2，更優(yōu)選2～10層；所述GaAs緩沖層靠近多層量子點(diǎn)的量子點(diǎn)層。

所述量子點(diǎn)為InAs量子點(diǎn)，量子點(diǎn)層為InAs量子點(diǎn)層。

所述量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，包括斜切襯底上多層量子點(diǎn)，還包括底電極和頂電極，所述底電極設(shè)置在斜切襯底上多層量子點(diǎn)中GaAs襯底的下方，所述頂電極設(shè)置在多層量子點(diǎn)上方。

所述表面重構(gòu)的GaAs層的厚度為200～1000nm；所述量子點(diǎn)層的厚度為1.6～2.6ML，密度在1×10¹⁰～9×10¹⁰cm^-2，GaAs蓋層的厚度為25-65nm。

所述GaAs緩沖層的厚度為200～500nm。

所述斜切襯底上多層量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

(1)GaAs表面氧化層的去除：具體為將斜切的GaAs襯底進(jìn)行高溫退火處理，退火的溫度為550～650℃，退火的時(shí)間為0.5～1小時(shí)；

(2)GaAs表面重構(gòu)：利用分子束外延方法在GaAs襯底上生長(zhǎng)GaAs，獲得表面重構(gòu)的GaAs層；生長(zhǎng)的溫度為500～600℃，Ga源爐溫度為870～1050℃，As源爐溫度為240～280℃，表面重構(gòu)的GaAs層的厚度為200～1000nm；