專利名稱：InGaN太陽能電池及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件技術領域，特別是InGaN太陽能電池及其制作方法。
背景技術：
作為第三代半導體，氮化鎵(GaN)及其系列材料(包括氮化鋁、鋁鎵氮、銦鎵氮、氮化銦)以其禁帶寬度大、光譜范圍寬(覆蓋了從紫外到紅外全波段)、耐高溫性和耐腐蝕性好，在光電子學和微電子學領域內(nèi)有巨大的應用價值。最新研究發(fā)現(xiàn)，InN材料的室溫禁帶寬度由之前的I. 89eV確定為現(xiàn)在的O. 7eV，使的三元合金InGaN的帶隙從近紅外光譜區(qū)域到紫外光譜區(qū)域連續(xù)地調(diào)節(jié)，并且氮化物合金在帶邊附近的吸收系數(shù)高達105cm-l量級，使得InGaN吸收層在幾百納米范圍內(nèi)吸收了大部分的入射光，理論上可以利用不同In組分的InGaN合金異質(zhì)結構，設計一個多節(jié)太陽能電池，實現(xiàn)在一個外延系統(tǒng)下滿足高效的太陽能電池的需要。另外，InGaN合金具有良好的抗輻射能力，很適用于做為空間太陽能電池 材料。因此，InGaN在太陽能電池領域中有著明顯優(yōu)于其他半導體材料的優(yōu)勢。目前世界上在InGaN太陽能電池方面已經(jīng)取得的很大的進展，已研制出很多種結構的單元器件，但是由于InGaN材料生長質(zhì)量的的問題，使得太陽能電池的效率都很低(小于 3% )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種InGaN太陽能電池及其制作方法，其具有提高InGaN太陽能電池效率的優(yōu)點。本發(fā)明提出一種InGaN太陽能電池，包括一襯底；一 GaN緩沖層，該GaN緩沖層制作在襯底上；一 N型GaN歐姆接觸層，該N型GaN歐姆接觸層制作在GaN緩沖層上；一本征InGaN吸收層，該本征InGaN吸收層制作在N型GaN歐姆接觸層上面的一偵牝N型GaN歐姆接觸層的另一側(cè)形成一臺面；一 GaN保護層，該GaN保護層制作在本征InGaN吸收層上；一 P型GaN層，該P型GaN層制作在低溫GaN保護層上；一 P型GaN歐姆接觸層，該P型GaN歐姆接觸層制作在P型GaN層上；一電流擴展層，該電流擴展層制作在P型GaN歐姆接觸層上；一 P型歐姆接觸電極，該P型歐姆接觸電極制作在電流擴展層上；一 N型歐姆接觸電極，該N型歐姆接觸電極制作在N型GaN歐姆接觸層的臺面上。本發(fā)明還提供一種InGaN太陽能電池的制作方法，包括以下步驟步驟I :在襯底上利用外研設備依次生長GaN緩沖層、N型GaN歐姆接觸層、本征InGaN吸收層、GaN保護層、P型GaN層和P型GaN歐姆接觸層；步驟2 :在P型GaN歐姆接觸層上面的一側(cè)向下刻蝕，刻蝕深度到達N型GaN歐姆接觸層的表面，使N型GaN歐姆接觸層的表面一側(cè)形成臺面；步驟3 :在P型GaN歐姆接觸層上蒸鍍電流擴展層；步驟4 :在電流擴展層上制作P型歐姆電極；步驟5 :在N型GaN歐姆接觸層的臺面上制作N型歐姆電極，完成太陽能電池的制作。本發(fā)明的有益效果是GaN保護層能夠保護本征InGaN吸收層，提高電池的吸收效
率


為了進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，下面結合具體實例及附圖詳細說明如后，其中圖I是本發(fā)明提出的InGaN太陽能電池的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的制備流程圖。圖3是本發(fā)明提出的InGaN太陽能電池和普通InGaN太陽能電池外量子效率曲線圖。
具體實施例方式請參閱圖I所示，本發(fā)明提供一種InGaN太陽能電池,包括一襯底I，其中該襯底I的材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵；GaN緩沖層2，該GaN緩沖層2制作在襯底I上，厚度為25納米；一 N型GaN歐姆接觸層3，該N型GaN歐姆接觸層3制作在GaN緩沖層2上；厚度為3微米，電子濃度為3 X IO18CnT3 ；一本征InGaN吸收層4，該本征InGaN吸收層4制作在N型GaN歐姆接觸層3上面的一側(cè)，使N型GaN歐姆接觸層3的另一側(cè)形成一臺面31，本征InGaN吸收層4的厚度為150納米，電子濃度為8 X IO16CnT3 ； 一 GaN保護層5，該GaN保護層5制作在本征InGaN吸收層4上，所述GaN保護層5的生長溫度為700-800°C，厚度為5nm-10nm ;該GaN保護層5的生長溫度與本征InGaN吸收層4的生長溫度相同；一 P型GaN層6，該P型GaN層6制作在低溫GaN保護層5上，厚度為150nm，空穴濃度為 5 X IO17CnT3 ；一 P-GaN歐姆接觸層7，該摻雜P-GaN歐姆接觸層7制作在P型GaN層6上，厚度為30nm，空穴濃度為I X IO18CnT3 ；一電流擴展層8，該電流擴展層8制作在摻雜P-GaN歐姆接觸層7上，電流擴展層的材料可以是Ni/Au或者ITO材料；一 P型歐姆接觸電極9，該P型歐姆接觸電極9制作在電流擴展層8上，所述的P型歐姆接觸電極9的形狀是點狀結構或者環(huán)形結構；一 N型歐姆接觸電極10，該N型歐姆接觸電極10制作在N型GaN歐姆接觸層3的臺面31上，所述的N型歐姆接觸電極10的形狀是點狀結構或者環(huán)形結構。該結構的太陽能電池在本征InGaN吸收層4和p型GaN6之間插入一層GaN保護層5。由于生長P型GaN層6的溫度要高于本征InGaN吸收層4的溫度，因此，在生長P型GaN層6的時候,高溫會使得本征InGaN吸收層4中In解析附，降低In組分,另一方面,高溫會使本征InGaN吸收層應力釋放，從而產(chǎn)生弛豫現(xiàn)象。最后，本征InGaN吸收層中高的穿透位錯密度可以延伸至P型GaN層，這樣，P型GaN層中的位錯密度也會很高，使得器件的反向漏電流很大。因此,本發(fā)明提出的一種InGaN太陽能電池結構中，本征InGaN吸收層之間和P型GaN之間插入一層GaN保護層。該層的生長溫度與InGaN的生長溫度相同，厚度為5-10nm。這樣就能在一定程度上保護本征InGaN吸收層不受高溫生長P型GaN的影響，同時，GaN保護層能阻止本征InGaN吸收層中的穿透位錯延伸至ρ-GaN層,提高了 p型GaN層的質(zhì)量，從而提高電池的性能。請參閱圖2并結合參閱圖I所示，本發(fā)明還提供一種InGaN太陽能電池的制作方法，包括以下步驟步驟I :在襯底I上利用外研設備依次生長厚度為25納米的GaN緩沖層2、3微米的N型GaN歐姆接觸層3、150納米的本征InGaN吸收層4、5_10納米的GaN 保護層5、150納米的P型GaN層6和30納米的P型GaN歐姆接觸層7，其中襯底I的材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵，所述GaN保護層5的生長溫度為700-800°C，厚度為5nm_10nm ;該GaN保護層5的生長溫度與本征InGaN吸收層4的生長溫度相同；步驟2 :在P型GaN歐姆接觸層7上面的一側(cè)向下刻蝕，刻蝕深度到達N型GaN歐姆接觸層3的表面，使N型GaN歐姆接觸層3的表面一側(cè)形成一臺面31 ；步驟3 :在P型GaN歐姆接觸層7上蒸發(fā)電流擴展層8 ；步驟4 :在電流擴展層8上制作P型歐姆電極9，所述的P型歐姆接觸電極9的形狀是點狀結構或者環(huán)形結構；步驟5 :在N型GaN歐姆接觸層3的臺面31上制作N型歐姆電極10，所述的N型歐姆接觸電極10的形狀是點狀結構或者環(huán)形結構，完成太陽能電池的制作。我們對本發(fā)明提出的InGaN太陽能電池的外量子效率和光照IV進行了測試，并與普通的InGaN太陽能電池做比較。圖3是兩個器件的外量子效率曲線圖。其中虛線表示我們發(fā)明提出的InGaN太陽能電池的外量子效率，實線表示普通InGaN太陽能電池的外量子效率。本發(fā)明的太陽能電池在本征InGaN吸收層之間和p型GaN之間插入一層低溫GaN保護層。加入了 GaN保護層層的太陽能電池能提高器件的外量子效率和短路電流，提高光電轉(zhuǎn)換效率。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種InGaN太陽能電池,包括 一襯底； 一 GaN緩沖層，該GaN緩沖層制作在襯底上； 一 N型GaN歐姆接觸層，該N型GaN歐姆接觸層制作在GaN緩沖層上； 一本征InGaN吸收層，該本征InGaN吸收層制作在N型GaN歐姆接觸層上面的一側(cè)，N型GaN歐姆接觸層的另一側(cè)形成一臺面； 一 GaN保護層，該GaN保護層制作在本征InGaN吸收層上； 一 P型GaN層，該P型GaN層制作在低溫GaN保護層上； 一 P型GaN歐姆接觸層，該P型GaN歐姆接觸層制作在P型GaN層上； 一電流擴展層，該電流擴展層制作在P型GaN歐姆接觸層上； 一 P型歐姆接觸電極，該P型歐姆接觸電極制作在電流擴展層上； 一 N型歐姆接觸電極，該N型歐姆接觸電極制作在N型GaN歐姆接觸層的臺面上。
2.根據(jù)權利要求I所述的InGaN太陽能電池，其中所述的襯底的材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵。
3.根據(jù)權利要求I所述的InGaN太陽能電池，其中GaN保護層的生長溫度為700-8000C，厚度為5nm-10nm ;該GaN保護層的生長溫度與本征InGaN吸收層的生長溫度相同。
4.根據(jù)權利要求I所述的InGaN太陽能電池，其中所述的P型歐姆接觸電極和N型歐姆接觸電極的形狀是點狀結構或者環(huán)形結構。
5.一種InGaN太陽能電池的制作方法，包括以下步驟 步驟I :在襯底上利用外研設備依次生長GaN緩沖層、N型GaN歐姆接觸層、本征InGaN吸收層、GaN保護層、P型GaN層和P型GaN歐姆接觸層； 步驟2 :在P型GaN歐姆接觸層上面的一側(cè)向下刻蝕，刻蝕深度到達N型GaN歐姆接觸層的表面，使N型GaN歐姆接觸層的表面一側(cè)形成臺面； 步驟3 :在P型GaN歐姆接觸層上蒸鍍電流擴展層； 步驟4 :在電流擴展層上制作P型歐姆電極； 步驟5 :在N型GaN歐姆接觸層的臺面上制作N型歐姆電極，完成太陽能電池的制作。
6.根據(jù)權利要求5所述的InGaN太陽能電池的制作方法，其中所述的襯底的材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵。
7.根據(jù)權利要求5所述的InGaN太陽能電池的制作方法，其中GaN保護層的生長溫度為700-800°C，厚度為5nm-10nm ;該GaN保護層的生長溫度與本征InGaN吸收層的生長溫度相同。
8.根據(jù)權利要求5所述的InGaN太陽能電池的制作方法，其中所述的P型歐姆接觸電極和N型歐姆接觸電極的形狀是點狀結構或者環(huán)形結構。
全文摘要
一種InGaN太陽能電池及其制作方法，包括一襯底；一GaN緩沖層制作在襯底上；一N型GaN歐姆接觸層制作在GaN緩沖層上；一本征InGaN吸收層制作在N型GaN歐姆接觸層上面的一側(cè)，N型GaN歐姆接觸層的另一側(cè)形成一臺面；一GaN保護層制作在本征InGaN吸收層上；一P型GaN層制作在低溫GaN保護層上；一P型GaN歐姆接觸層制作在P型GaN層上；一電流擴展層制作在P型GaN歐姆接觸層上；一P型歐姆接觸電極制作在電流擴展層上；一N型歐姆接觸電極，該N型歐姆接觸電極制作在N型GaN歐姆接觸層的臺面上。本發(fā)明具有提高InGaN太陽能電池效率的優(yōu)點。
文檔編號H01L31/18GK102832272SQ201210319268
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2012年8月31日
發(fā)明者李亮, 趙德剛, 江德生, 劉宗順, 陳平, 吳亮亮, 樂伶聰, 楊輝 申請人:中國科學院半導體研究所