[發明專利]圓形結構的MgZnO薄膜晶體管的太陽能電池逆變器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910455480.3
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110190133A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 黃健;周新雨;黃柘源;胡艷;尚藝;馬云誠;別佳瑛;唐可;王林軍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/227;H01L29/06;H01L21/34
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種圓形結構的MgZnO薄膜晶體管的太陽能電池逆變器及其制備方法，制備了MgZnO薄膜，對太陽能電池逆變器的結構進行了設計，本發明逆變器的結構采用電極?絕緣層?溝道層?電極的結構的組合形式，依次由Cr電極、SiO₂襯底、MZO溝道和Au電極四部分進行層疊組裝而成。本發明相比傳統的逆變器，具有較高的阻斷電壓以及夾斷電壓，并且安全無毒，適宜使用于日常生活中的太陽能發電中。本發明價格相較IGZO材料的價格低廉，適用于大規模太陽能電池中。本發明的襯底使用的是玻璃，且MZO薄膜為透明薄膜，所以相比傳統太陽能電池，在美觀程度上具有較大的優勢。

技術領域

本發明涉及一種ZnO薄膜晶體管及其制備方法，特別是涉及一種高電壓透明鎂(Mg)摻雜ZnO薄膜晶體管及其制備方法，應用于無機非金屬材料電子器件制造工藝領域。

背景技術

幾十年來，太陽能一直是尋求替代化石燃料能源作為可持續和清潔能源的領先技術。然而，成本和效率仍然是光伏(PV)電池遇到的主要問題。將直流電轉變為交流電的功率逆變器是光伏電池發電系統的重要組成部分。現階段光伏電池功率逆變器主要基于高功率的硅基、氮化鎵基絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或金屬-氧化物半導體場效應晶體管(MESFET)等為主。這些功率逆變器成本很高，占整個光伏系統總成本的10％以上。正是由于功率逆變器的高成本，目前光伏發電系統一般采用很多光伏組串集中逆變或組串逆變的方式，這種方式容易受到組串內特定光伏電池板性能差異的影響，實際輸出功率低。相對于集中逆變或組串逆變，微型逆變器(針對每一塊電池模塊逆變甚至每一單體電池逆變的方式)的個性化光伏電池板輸出功率將提高5％至25％。盡管微型逆變器具有優勢，但其實現需要依賴低成本的制造工藝。

另一個方面，光伏電池作為玻璃幕墻或屋頂使用的建筑集成光伏發電系統(BIPV)越來越受到大家的關注。其主要限制因素是美學與節能之間的沖突。BIPV用作建筑玻璃幕墻或屋頂，很多情況下需要具有透明的特性，雖然半透明薄膜光伏發電系統已可以基本實現，但是目前的光伏逆變器仍然是非透明的，這將影響到BIPV的廣泛應用。現有光伏電池功率逆變器成本高、非透明，對BIPV應用的吸引力不高，擴展性不佳。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種圓形結構的MgZnO薄膜晶體管的太陽能電池逆變器及其制備方法，是一種可高電壓工作的透明光伏逆變器用鎂(Mg)摻雜ZnO(MZO)薄膜晶體管，基于鎂摻雜ZnO薄膜晶體管的微型光伏逆變器可低成本直接制作于玻璃襯底上，其外觀的透明度和可與電池集成的擴展性使其對BIPV應用具有吸引力。本發明采用所述方法制作的薄膜晶體管具有電場均勻分布，耐高壓，安全無毒，透明及價格較低的特點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種圓形結構的MgZnO薄膜晶體管的太陽能電池逆變器，其結構采用襯底-電極-絕緣層-溝道-電極的結構組合形式，依次由玻璃基底-Cr電極、SiO₂絕緣層、MZO溝道和Au電極四部分進行層疊組裝而成透明薄膜晶體管，襯底采用透明玻璃，且MZO薄膜為透明薄膜。

作為本發明優選的技術方案，圓形結構的MgZnO薄膜晶體管的太陽能電池逆變器結構采用襯底-電極-絕緣層-溝道-源電極和漏電極的結構組合形式，在玻璃襯底上結合環形金屬柵電極，溝道層采用MZO薄膜，在環形的柵電極上對應位置形成寬為10-25μm的環形薄膜，使之成為該薄膜晶體管的環形的溝道，采用圓環形結構，使環形結構中從漏極到源極的電場分布均勻化。

作為本發明優選的技術方案，進行柵電極開孔，刻蝕掉柵電極開孔處上部掩蓋的SiO₂絕緣層，將部分柵電極裸露出來，作為測試口和與其他元器件集成的接口。

作為本發明優選的技術方案，按照摻入元素材料質量相對于氧化鋅基薄膜總質量的質量百分比作為摻雜量計算方法，氧化鋅薄膜中的鎂元素摻雜量為1～10wt.％。