减反膜、光电子器件及其制作方法技术

本申请公开了一种减反膜、光电子器件及其制作方法。本发明专利技术在III-V电池或薄膜电池的表面设计制备大周期的微纳结构，实现入射光在介质微纳结构中以高阶衍射形式进入介质材料，并进一步满足高阶衍射角大于其临界角。从而使得高阶衍射光进一步以导模形式耦合进入半导体层材料，直至完全吸收，降低其零级衍射成分，从而避免了多次散射造成的反射，也突破了介质微纳结构/半导体层之间高的界面反射对整个结构表面反射的影响，为III-V多结电池以及其他薄膜电池宽谱高效吸收太阳光奠定表面基础。且该结构可同时钝化太阳电池表面，并与相应电池工艺兼容。因此，该减反结构有助于真正应用于III-V、薄膜太阳电池，还可以应用于探测器，有效提高效率。

【技术实现步骤摘要】

本申请主要涉及表面钝化减反膜，特别涉及一种用于光电子器件的全向减反和表面钝化。
技术介绍
对于Si系薄膜电池而言:高折射率使得其表面反射成为其光损耗的主要来源之一；电池的吸收层太薄，一方面吸收层自身不能也不适合将其本身制备成微纳结构来减反；另一方面也存在的严重的吸收不足问题。此外，为了减少遮光比，通常Si系薄膜电池直接沉积透明导电氧化物(TC0)，目前，只是在TC0的导电性能和透射性能之间权衡选择TC0工艺，表面反射率只是由其带来的被动产物，无疑，单纯薄膜化的TC0只能按照干涉原理减反，实现窄波段反射率降低，不能满足薄膜电池需求。对于II1-V电池而言，同样高折射率使得其表面反射成为吸收损耗的主要来源；蚀刻II1-V电池自身表面虽然能有效降低反射率，但会导致大的表面非辐射复合，使得载流子收集效率极度下降，因此，该种方法不适合高效II1-V电池真正使用。目前工程化应用采纳的镀双层减反膜，其减反范围有效，不满足II1-V电池宽谱吸收需求。镀多层减反膜虽然也在被研究，且可满足宽谱减反需求，但层数多，且每一层都需要精准控制，这给制备增加难度。此外，所有光电子器件的半导体表面非辐射复合是载流子收集的主要损耗之一，严重制约光电(电光)转换效率提高，表面钝化是半导体光电子器件不可或缺的步骤。近年来，基于蚀刻半导体自身形成的折射率渐变，尽管表现出优异的宽谱广角减反行为，但蚀刻半导体表面造成的表面积和表面缺陷的增加使得表面非辐射复合严重，载流子收集效率急剧下降，以致于该种直接蚀刻半导体形成纳结构实现减反的方法不实用。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种表面钝化，解决现有技术中反射率高、减反波段窄、制备难度大、表面非辐射复合严重等技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案: 本申请实施例公开了一种减反膜，所述减反膜包括微纳结构，该微纳结构满足:以高阶衍射方式与所述微纳结构发生相互作用的入射光，其衍射角大于其全反射的临界角。优选的，在上述的减反膜中，所述微纳结构为棱锥、圆锥、圆台、棱台、棱锥或棱柱。优选的，在上述的减反膜中，所述减反膜的材质选自Si02、SiN、S1N、ZnO、Ti02、Al203、MgF或ZnS中的一种或多种的组合。本申请实施例还公开了一种光电子器件，包括半导体基层以及形成于所述半导体基层上的减反膜，该减反膜满足:以高阶衍射方式与所述微纳结构发生相互作用的入射光，其高阶衍射角大于所述减反膜到半导体基层的全反射临界角。优选的，在上述的光电子器件中，所述减反膜包括微纳结构，所述微纳结构为棱锥、圆锥、圆台、棱台、棱锥或棱柱。。优选的，在上述的光电子器件中，所述减反膜的材质选自Si02、SiN、S1N、ZnO、Ti02、Al203、MgF或ZnS中的一种或多种的组合。优选的，在上述的光电子器件中，所述半导体基层为硅系薄膜电池、II1-V电池或探测器。优选的，在上述的光电子器件中，所述减反膜作为所述光电子器件的钝化层。相应地，本申请实施例还公开了一种光电子器件的制作方法，包括采用沉积、纳球光刻和蚀刻方法在半导体基层上制作减反膜。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:本专利技术在II1-V电池或薄膜电池的表面设计制备大周期的微纳结构，实现长波段入射光在介质微纳结构表面以零阶衍射形式进入介质材料，而中短波段入射光在介质微纳结构中以高阶衍射形式进入介质材料，促使其并进一步满足高阶衍射角(高阶衍射为从空气到介质层)大于其临界角(临界角为介质层到半导体层)，从而使得中短波段的高阶衍射进一步以导模形式耦合进入半导体层材料，直至完全吸收，降低其零级衍射成分，从而避免了多次散射造成的反射，也突破了介质微纳结构/半导体层之间高的界面反射对整个结构表面反射的影响；而长波段入射光以零阶衍射形式进入介质材料，且介质材料与半导体在长波段的折射率差较小，界面反射小，由此通过零阶衍射实现长波段宽谱减反，且同时通过高阶衍射实现中短波段减反，为II1-V多结电池以及其他薄膜电池宽谱高效吸收太阳光奠定表面基础。且该结构制备与II1-V电池工艺和薄膜电池工艺兼容，并可同时钝化太阳电池表面，因此，有助于真正应用于II1-V、薄膜太阳电池，还可以应用于探测器，有效提高效率。另外，本专利技术的表面钝化减反层直接制作在半导体层表面，制作工艺简单，不伤害半导体层，且与现有半导体制备工艺兼容，光电(电光)转换效率高。【附图说明】为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图la和图lb所示为本专利技术第一实施例中光电子器件的结构示意图； 图2所示为本专利技术第一实施例中表面钝化减反层的电镜照片； 图3所示为本专利技术第一实施例中不同周期下表面反射率的变化； 图4所示为本专利技术第二实施例中不同周期下表面反射率的变化； 图5所示为本专利技术第二实施例中不同周期微纳介质结构的高阶衍射角和全反射临界角的比较； 图6所示本专利技术第三实施例中光电子器件的结构示意图； 图7所示为本专利技术第三实施例中电池表面反射率的变化曲线图； 图8所示为本专利技术第三实施例中在不同入射光角度下测量获得的反射率的曲线图； 图9所示为本专利技术第四实施例中介质为纳结构表面非晶GeSi电池不同貌相图； 图10所示为本专利技术第四实施例中普通非晶GeSi电池和覆有微纳结构非晶GeSi电池各项性能指标比较。【具体实施方式】本申请实施例公开了一种表面钝化减反膜，所述表面钝化减反膜包括表面钝化层及其上的微纳结构，该微纳结构满足:以高阶衍射方式与所述微纳结构发生相互作用的入射光，其衍射角大于其全反射的临界角。在上述的表面钝化减反膜中，微纳结构优选为棱锥、圆锥、圆台、棱台、棱锥或棱柱。钝化减反膜的材质优选自Si02、SiN、S1N、Ti02、A1203、ZnO、MgF或ZnS中的一种或多种的组合。相应地，本申请实施例还公开了一种光电子器件，包括半导体基层以及形成于所述半导体基层上的减反膜，该减反膜满足:以高阶衍射方式与所述微纳结构发生相互作用的入射光，其高阶衍射角大于所述减反膜到半导体基层的全反射临界角。在上述的光电子器件中，微纳结构优选为棱锥、圆锥、圆台、棱台、棱锥或棱柱；表面钝化减反膜的材质优选自Si02、SiN、S1N、Ti02、A1203、ZnO、MgF或ZnS中的一种或多种的组合；半导体基层优选为硅系薄膜电池、πι-v电池、探测器或其他薄膜电池；表面钝化减反膜同时作为所述光电子器件的钝化层； 本申请实施例还公开了一种光电子器件的制作方法，包括采用沉积、干涉光刻(还可以为纳球光刻、纳米压印、电子束光刻、普通光刻或自组装等方法)和蚀刻方法在半导体基层上制作表面钝化减反膜。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减反膜，其特征在于：所述减反膜包括微纳结构，该微纳结构满足：以高阶衍射方式与所述微纳结构发生相互作用的入射光，其衍射角大于其全反射的临界角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞英，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32