本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備設(shè)計領(lǐng)域，尤其是指一種MOCVD高溫生長高質(zhì)量GaInNAs子電池的方法。

背景技術(shù)：
能源是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。由于世界能源資源產(chǎn)地與能源消費中心相距較遠(yuǎn)，特別是隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續(xù)增大。由此導(dǎo)致對能源資源的爭奪日趨激烈、環(huán)境污染加重和環(huán)保壓力加大，使得能源問題成為當(dāng)今國際政治、經(jīng)濟、軍事、外交關(guān)注的焦點。發(fā)展可再生能源已成為全球?qū)崿F(xiàn)低碳能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)，也成為我國可持續(xù)生態(tài)化發(fā)展的重大需求。同時，化石能源對環(huán)境的污染和全球氣候的影響將日趨嚴(yán)重。面對以上挑戰(zhàn)，世界能源供應(yīng)和消費將向多元化、清潔化、高效化、全球化和市場化趨勢發(fā)展。鑒于國情，我國應(yīng)特別注意依靠科技進(jìn)步和政策引導(dǎo)，提高能源利用效率，尋求能源的清潔化利用，積極倡導(dǎo)能源、環(huán)境和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，并積極借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗，建立和完善我國能源安全體系。光伏發(fā)電以太陽能電池技術(shù)為核心，目前太陽能電池從技術(shù)上主要分為3類：以晶硅電池為代表的第一代太陽能電池，以硅基薄膜、CdTe、CICS電池等為代表的第二代薄膜電池和以GaAs疊層電池為代表的第三代太陽能電池。光伏市場主要以第一代和第二代電池為主。然而，晶硅電池成本較高，且由于硅材料本身性質(zhì)的限制，其光電轉(zhuǎn)換效率很難再有提高，薄膜電池本身效率偏低，投資成本較高，因此，開發(fā)高效低成本的第三代太陽能電池不僅必要而且迫切。目前GaAs基系高效多結(jié)疊層太陽電池主要采用三結(jié)或四結(jié)疊層結(jié)構(gòu)。GaInP/Ga(In)As/Ge三結(jié)太陽電池的理論效率值在AM(大氣質(zhì)量)01sun條件下為35％，GaInP/Ga(In)As/GaInNAs/Ge四結(jié)電池在AM(大氣質(zhì)量)01sun的條件下理論轉(zhuǎn)換效率值高達(dá)41％以上，可見存在巨大潛在優(yōu)勢。GaAs疊層電池的GaInNAs子電池適宜生長溫度較低，但MOCVD技術(shù)在低溫環(huán)境下生長出來的子電池表面缺陷和雜質(zhì)比較嚴(yán)重；通過提高溫度可以改善GaInNAs子電池表面，但隨環(huán)境溫度升高，GaInNAs子電池氮元素?fù)诫s難度將變大，氮源利用率極低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提出一種MOCVD高溫生長高質(zhì)量GaInNAs子電池的方法，可有效降低高溫生長GaInNAs子電池時氮元素的摻雜難度，從而生長出高質(zhì)量的GaInNAs子電池。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：MOCVD高溫生長高質(zhì)量GaInNAs子電池的方法，在MOCVD高溫生長GaAs疊層電池的GaInNAs子電池時，通過載氣的快速切換,能夠降低高溫生長GaInNAs子電池時氮元素的摻雜難度，從而生長出所需的高質(zhì)量GaInNAs子電池，而載氣的快速切換則由互鎖裝置完成；此外，生長GaInNAs子電池前后需生長隧道結(jié)GaAs/AlGaAs，而生長GaInNAs子電池前后的隧道結(jié)GaAs/AlGaAs使用的載氣為H2，生長GaInNAs子電池使用的載氣為N2，GaInNAs子電池?fù)诫s氮源為二甲基肼；其包括以下步驟：1)生長GaInNAs子電池前，載氣為H2，生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池，H2流量為80-90L/min，生長溫度為540-550℃，生長壓力為30Torr，隧道結(jié)GaAs/AlGaAs的生長厚度為24-26nm，生長時間為90s；2)生長GaInNAs子電池時，載氣快速切換為N2，載氣通過互鎖裝置自動快速切換，N2的流量為2.8-3L/min,生長溫度為590-600℃，生長壓力為39Torr，GaInNAs子電池的生長厚度為0.98-1um，生長時間為30min；3)生長GaInNAs子電池后，載氣快速切換為H2，生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池，H2流量為80-90L/min，生長溫度為540-550℃，生長壓力為30Torr，隧道結(jié)GaAs/AlGaAs的生長厚度為24-26nm，生長時間為90s。H2的純度即體積百分?jǐn)?shù)大于99.99999％，N2的純度即體積百分?jǐn)?shù)大于99.999％。氮氣和氫氣的進(jìn)氣管路安裝互鎖裝置，互鎖裝置的開啟由生長程序自動控制，當(dāng)生長GaInNAs子電池時，生長程序輸出信號給PLC，PLC控制互鎖裝置，載氣通過互鎖裝置自動快速切換。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：通過將氫氣和氮氣按照需求進(jìn)行快速切換，具體是在生長GaInNAs子電池過程中，通過將載氣由氫氣換成氮氣的措施，可以很好地降低在高溫環(huán)境二甲基肼?lián)诫s源氮元素的摻雜難度，明顯減少生長GaInNAs子電池高溫環(huán)境對慘氮元素的不良影響；GaInNAs子電池半高寬變窄，生長質(zhì)量變好，從而生長出高質(zhì)量的GaInNAs子電池，最終提高GaAs疊層電池的整體性能。附圖說明圖1為MOCVD高溫生長高質(zhì)量GaInNAs子電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為GaAs基四結(jié)電池結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合兩個具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例1原材料準(zhǔn)備如下：Ga源：三甲基稼(TMGa)，飽和蒸汽壓113.64Torr；In源：三甲基銦(TMIn),飽和蒸汽壓2.58Torr；C源：四溴化碳(CBr4)，飽和蒸汽壓0.82Torr；Te源：三乙基碲(DeTe),飽和蒸汽壓9.33Torr；N源：二甲基阱(DMHy)，飽和蒸汽壓165.9Torr；氮氣(N2)純度：純度及體積百分?jǐn)?shù)大于99.999％；氫氣(H2)純度：純度及體積百分?jǐn)?shù)大于99.99999％；砷烷(AsH3)純度：純度及體積百分?jǐn)?shù)大于99.9999％；硅烷(Si2H6)純度：純度及體積百分?jǐn)?shù)大于99.9999％；將上述不同原材料按照設(shè)定程序進(jìn)入MOCVD反應(yīng)腔，進(jìn)行GaAs基四結(jié)電池的GaInNAs子電池的高溫生長，具體步驟如下：1)在生長GaInNAs子電池前，載氣為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池，此隧道結(jié)生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃，氫氣使用量為90L/min，生長時間為90s。2)當(dāng)生長GaInNAs子電池時，載氣快速切換為氮氣，使用量為3L/min，生長壓力為39Torr，GaInNAs子電池的生長厚度為1um，生長溫度為600℃，生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后，載氣快速切換為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池，此隧道生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃，氫氣使用量為90L/min，生長時間為90s。如圖1所示，本實施例的氮氣和氫氣的進(jìn)氣管路安裝有互鎖裝置，而互鎖裝置的開啟則由生長程序自動控制，當(dāng)生長GaInNAs子電池時，生長程序輸出信號給PLC，PLC控制互鎖裝置，載氣通過互鎖裝置實現(xiàn)自動快速切換。實施例21)在生長GaInNAs子電池前，載氣為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池，此隧道結(jié)生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃，氫氣使用量為80L/min，生長時間為90s。2)當(dāng)生長GaInNAs子電池時，載氣快速切換為氮氣，使用量為2.8L/min。生長GaInNAs子電池時，生長壓力為39Torr，厚度為0.98um，生長溫度為590℃，生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后，載氣快速切換為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池，此隧道生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃，氫氣使用量為80L/min，生長時間為90s。實施例31)在生長GaInNAs子電池前，載氣為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池，此隧道結(jié)生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃，氫氣使用量為90L/min，生長時間為90s。2)當(dāng)生長GaInNAs子電池時，載氣為氫氣，使用量為3L/min。生長GaInNAs子電池時，生長壓力為39Torr，厚度為1um，生長溫度為600℃，生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后，載氣為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池，此隧道生長壓力為30Torr,厚度為26nm,生長溫度為550℃，氫氣使用量為90L/min，生長時間為90s。實施例41)在生長GaInNAs子電池前，載氣為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接Ge襯底和GaInNAs子電池，此隧道結(jié)生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃，氫氣使用量為80L/min，生長時間為90s。2)當(dāng)生長GaInNAs子電池時，載氣為氫氣，使用量為2.8L/min。生長GaInNAs子電池時，生長壓力為39Torr，厚度為0.98um，生長溫度為590℃，生長時間30min。3)在生長GaInNAs子電池后，載氣為氫氣，需生長一層隧道結(jié)GaAs/AlGaAs來連接兩個子電池，此隧道生長壓力為30Torr,厚度為24nm,生長溫度為540℃，氫氣使用量為80L/min，生長時間為90s。實施結(jié)果從下表1所示的測試結(jié)果可以得到以下結(jié)論：通過測試結(jié)果可以看出，相比于實施例3和實施例4(沒有使用載氣快速切換生長GaInNAs子電池)，實施例1和實施例2(使用載氣快速切換生長GaInNAs子電池)，PL中心波長變大，GaInNAs禁帶寬度變窄，證明摻入的氮元素變多；半高寬可以反映晶體的質(zhì)量，數(shù)值越小，說明生長質(zhì)量越好，因此可以看出使用載氣快速切換生長GaInNAs子電池材料質(zhì)量更好，最終能提高GaAs基四結(jié)電池的整體性能，該GaAs基四結(jié)電池的結(jié)構(gòu)具體見附圖2。表1：GaInNAs子電池性能測試結(jié)果以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。