專利名稱：磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種磷化鎵鋁(GaxAlhP)應(yīng)力補(bǔ) 償?shù)纳榛?InAs)量子點(diǎn)太陽電池制作方法。
背景技術(shù)：
太陽電池是清潔可再生能源太陽能的一種有效利用形式，近年來引起各國政府、 企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的極大興趣。在溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重的今天，碳零排放的太陽電池對于保護(hù) 地球環(huán)境、維持國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。但是因為當(dāng)前太陽電池的造價昂貴， 嚴(yán)重阻礙了它的大規(guī)模推廣使用。提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率是降低相對成本的有效途徑之 一。目前在不聚光的條件下，單結(jié)GaAs和Si太陽電池的最高效率分別約為26%和25% ； 在聚光條件下，它們的最高效率分別可達(dá)到30%和28% ；這些效率已經(jīng)非常接近單結(jié)太陽 電池的極限效率40.7%。通過在導(dǎo)帶和價帶之間引入中間能帶可以大幅度提高單結(jié)太陽 電池的理論轉(zhuǎn)換效率，最高可為63.2%。中間能帶太陽電池的2個突出特點(diǎn)是(1)可以吸 收2個低能光子(小于原來帶隙)形成1個電子空穴對；(2)在保持開路電壓不變的情況 下，增加了電池的光電流。InAs/GaAs量子點(diǎn)可以通過相互間的耦合形成中間能帶，所以被 用來構(gòu)建中間能帶太陽電池，也被稱為InAs/GaAs量子點(diǎn)中間能帶太陽電池。但是目前InAs/GaAs量子點(diǎn)太陽電池的轉(zhuǎn)換效率最高只有18. 3%，主要原因在于 它在太陽光長波長區(qū)域光電流的增加非常有限，不足以補(bǔ)償它所帶來的開路電壓降低的不 利效應(yīng)。增加InAs/GaAs量子點(diǎn)太陽電池光電流的途徑有(1)增加量子點(diǎn)疊層的數(shù)目； (2)增加量子點(diǎn)的面密度。第(1)種方法存在的嚴(yán)重問題是，隨著疊層數(shù)的增加，量子點(diǎn)周 圍集聚的應(yīng)力越來越大，導(dǎo)致大量位錯的產(chǎn)生，從而降低了太陽電池的性能。目前已經(jīng)有研 究人員在GaAs間隔層內(nèi)插入GaP或GaNAs薄層來補(bǔ)償應(yīng)力，效果不錯。我們則選用性質(zhì)類 似的GaxAlhP薄層來達(dá)到相同的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方 法，在砷化鎵間隔層內(nèi)引入磷化鎵鋁層可以補(bǔ)償失配應(yīng)力，從而可以通過增加量子點(diǎn)層的 疊層數(shù)來提高量子點(diǎn)的體密度，增加太陽電池的光吸收和光電流。本發(fā)明涉及一種一種磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，包括 如下步驟步驟1 選擇一 η+型GaAs單晶片作為襯底；步驟2 在襯底上依次生長η型GaAs層和本征GaAs緩沖層；步驟3 在本征GaAs緩沖層上生長多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，作為電池的i吸收層；步驟4:在多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)上依次生長ρ型GaAs層、ρ+型GaAs層、 Ala4Gaa6As 層和 ZnS/MgF2 層；
步驟5 在ZnS/MgF2層上生長并制作上金屬電極；步驟6 在襯底10的下表面制作下金屬電極；步驟7 對電池組件進(jìn)行封裝，完成太陽電池的制作。其中多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的每一周期包括一 InAs量子點(diǎn)層，在InAs量子點(diǎn)層上依次生長第一 GaAs間隔層、GaxAl1^xP應(yīng)力 補(bǔ)償層和第二 GaAs間隔層。其中多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的周期數(shù)小于150。其中所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的InAs量子點(diǎn)層的沉積厚度介于1. 5到3 個原子單層，生長溫度介于430°C和530°C之間。其中所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層的厚度介于1到5個 原子單層，生長溫度介于500°C到800°C之間；GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層與上下兩層InAs量子點(diǎn) 層的距離大于5nm，GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層中的x取值范圍0 < χ < 1。其中第一 GaAs間隔層和第二 GaAs間隔層的生長溫度高于InAs量子點(diǎn)層的生長 溫度，但小于630°C，第一 GaAs間隔層和第二 GaAs間隔層的厚度小于30nm。其中步驟2-步驟6是采用分子束外延法或金屬有機(jī)化學(xué)沉積法。


圖1是本發(fā)明太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請參閱圖1所示，本發(fā)明涉及一種磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制 作方法，包括如下步驟1)選擇一 η+型GaAs單晶片作為襯底10，該襯底10的摻雜濃度為 (0. 6-1. 4)*1018cnT3 ；2)該襯底10上生長一層η型GaAs層11，厚度為250nm，生長溫度是580°C，摻雜 濃度為 1. 0*1017cnT3 ；3)在η型GaAs層11上生長一層本征GaAs緩沖層12，厚度為lOOnm，生長溫度為 580 0C ；4)在該本征GaAs緩沖層12上生長多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)20，作為太陽電池的i 吸收層，該多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)20的每一周期包括一從下到上依次生長InAs量子點(diǎn)層201，第一 GaAs間隔層202，GaxAl^P應(yīng)力補(bǔ)償 層203和第二 GaAs間隔層204 ；所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)20的周期數(shù)小于150 (本實(shí) 施例為100)；所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)20中的InAs量子點(diǎn)層201的沉積厚度介于1. 5 到3個原子單層(本實(shí)施例為2. 5個原子單層)，生長溫度介于430°C和530°C之間(本實(shí) 施例為485°C )；所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)20中的GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層203的厚度介 于1到5個原子單層(本實(shí)施例為2個原子單層)，生長溫度介于500°C到800°C之間(本 實(shí)施例為620°C )，該GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層203與上下兩層InAs量子點(diǎn)層201的距離大于 5nm(本實(shí)施例為lOnm)，該GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層203中的χ取值范圍為0 < χ < 1 (本實(shí)施 例為0. 7)；第一 GaAs間隔層202和第二 GaAs間隔層204的生長溫度高于InAs量子點(diǎn)層201的生長溫度，但小于6300C (本實(shí)施例為5800C )；第一 GaAs間隔層202和第二 GaAs間 隔層204的厚度小于30nm(本實(shí)施例為lOnm)；5)在多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)20上一層ρ型GaAs層22，厚度為140nm，生長溫度為 580°C，摻雜濃度為 2. 0*1017cm_3 ；6)在ρ型GaAs層22上生長一層ρ+型GaAs層23，厚度為250nm，生長溫度為 580°C，摻雜濃度為 2. 0*1018cm_3 ；7)在ρ+型GaAs層23上生長一層Al0.4Ga0.6As層24 (窗口層)，厚度為50nm,生長 溫度為600°C ； 8)在Ala 4Ga0.6As層24上真空蒸鍍一層ZnS/MgF2層25 (減反層)；9)在ZnS/MgF2層25上生長并制作上金屬電極26 ；10)在襯底10的下表面制作下金屬電極27 ；11)對電池組件進(jìn)行封裝，完成太陽電池的制作。其中步驟2-步驟6是采用分子束外延法或金屬有機(jī)化學(xué)沉積法。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，包括如下步驟步驟1選擇一n+型GaAs單晶片作為襯底；步驟2在襯底上依次生長n型GaAs層和本征GaAs緩沖層；步驟3在本征GaAs緩沖層上生長多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，作為電池的i吸收層；步驟4在多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)上依次生長p型GaAs層、p+型GaAs層、Al0.4Ga0.6As層和ZnS/MgF2層；步驟5在ZnS/MgF2層上生長并制作上金屬電極；步驟6在襯底10的下表面制作下金屬電極；步驟7對電池組件進(jìn)行封裝，完成太陽電池的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，其中 多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的每一周期包括一 InAs量子點(diǎn)層，在InAs量子點(diǎn)層上依次生長第一 GaAs間隔層、GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償 層和第二 GaAs間隔層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，其中 多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的周期數(shù)小于150。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，其中 所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的InAs量子點(diǎn)層的沉積厚度介于1. 5到3個原子單層，生 長溫度介于430°C和530°C之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，其中 所述的多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層的厚度介于1到5個原子單層，生 長溫度介于500°C到800°C之間；GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層與上下兩層InAs量子點(diǎn)層的距離大 于5nm，GaxAlhP應(yīng)力補(bǔ)償層中的x取值范圍0 < χ < 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，其中 第一 GaAs間隔層和第二 GaAs間隔層的生長溫度高于InAs量子點(diǎn)層的生長溫度，但小于 630°C，第一 GaAs間隔層和第二 GaAs間隔層的厚度小于30nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，其中 步驟2-步驟6是采用分子束外延法或金屬有機(jī)化學(xué)沉積法。
全文摘要
一種磷化鎵鋁應(yīng)力補(bǔ)償?shù)纳榛熈孔狱c(diǎn)太陽電池制作方法，包括如下步驟步驟1選擇一n+型GaAs單晶片作為襯底；步驟2在襯底上依次生長n型GaAs層和本征GaAs緩沖層；步驟3在本征GaAs緩沖層上生長多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，作為電池的i吸收層；步驟4在多個周期的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)上依次生長p型GaAs層、p+型GaAs層、Al0.4Ga0.6As層和ZnS/MgF2層；步驟5在ZnS/MgF2層上生長并制作上金屬電極；步驟6在襯底10的下表面制作下金屬電極；步驟7對電池組件進(jìn)行封裝，完成太陽電池的制作。
文檔編號H01L31/18GK101908581SQ20101021737
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者楊曉光, 楊濤, 王占國, 王科范 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所