包含异质结的光电子器件制造技术

本申请涉及包含异质结的光电子器件。本发明专利技术的实施方式大体涉及光电子半导体器件，例如包括太阳能电池的光伏器件。一方面，光电子半导体器件包含由砷化镓(GaAs)制成并且仅具有一种掺杂型的吸收层。发射极层比吸收层更靠近器件的背面，发射极层由与吸收层不同的材料制成，并且具有比吸收层高的带隙。异质结在发射极层和吸收层之间形成，且p‑n结在发射极层和吸收层之间形成并且至少部分在与异质结偏离的位置处的不同材料内。p‑n结响应于器件在器件的正面处暴露于光而在器件中引起电压产生。

【技术实现步骤摘要】
包含异质结的光电子器件本申请为申请日为2011年10月26日，申请号为201110329046.4，专利技术名称为“包含异质结的光电子器件”的申请的分案申请。专利技术背景专利
本专利技术的实施方式大体涉及光电子半导体器件，例如包括太阳能电池的光伏器件，以及制备这样的光电子器件的方法。相关技术描述因为化石燃料正以日益增长的速率耗尽，所以对替代能源的需要变得越来越明显。源自风、源自太阳及源自流水的能量提供对诸如煤、石油和天然气的化石燃料的可再生的、环境友好的替代物。由于太阳能在地球上的几乎任何地方都容易得到，所以太阳能可能有朝一日成为可行的替代物。为了利用来自太阳的能量，太阳能电池的结吸收光子以产生电子-空穴对，这些电子-空穴对被结的内部电场分离以产生电压，从而将光能转化为电能。所产生的电压可通过串联连接太阳能电池而增加，且电流可通过并联连接太阳能电池而增加。太阳能电池可在太阳电池板上组合在一起。逆变器可耦接至若干太阳电池板以将直流功率转换为交流功率。然而，生产太阳能电池的当前高成本相对于当代器件的低效率水平阻止太阳能电池成为主流能源，并且限制太阳能电池可适用的应用。在光伏器件的常规制造工艺期间，金属触点常常通过气相沉积工艺沉积，并且在热退火工艺期间，通常被加热到高于300℃的温度。这些高温过程由于过度消耗时间和能量而往往是昂贵的。此外，高温过程经常破坏光伏器件内包含的敏化材料。因此，存在对具有提高的效率的光电子器件以及以与常规太阳能电池相比的降低的成本来制造这样的光电子器件的方法的需求。专利技术概述本专利技术的实施方式大体涉及包括光伏电池的光电子半导体器件，以及形成这样的器件的制造工艺。在一个实施方式中，光电子半导体器件包含由砷化镓(GaAs)制成并且仅具有一种掺杂型的吸收层。发射极层比吸收层更靠近器件的背面，发射极层由与吸收层不同的材料制成且具有比吸收层高的带隙。异质结在发射极层和吸收层之间形成，且p-n结在发射极层和吸收层之间偏离异质结的位置处形成。p-n结响应于器件在器件的正面处暴露于光而在器件中引起电压产生。在一个实施方案中，所述p-n结位于所述异质结的两个耗尽长度内。在一个实施方案中，所述p-n结与所述异质结的偏离是通过位于所述吸收层和所述发射极层之间的中间层来提供的，所述中间层具有与所述吸收层相同的掺杂型，并且包含所述不同的材料。在一个实施方案中，所述中间层包含缓变层和背窗口层，所述缓变层具有从更接近所述吸收层侧处的GaAs至所述发射极层的所述不同的材料的材料缓变，所述背窗口层不具有缓变且具有近似均匀组成的所述不同的材料。在一个实施方案中，所述发射极层的材料为砷化铝镓(AlGaAs)。在一个实施方案中，所述光电子半导体器件为单一载流子输送太阳能电池。在一个实施方案中，所述光电子半导体器件还包含：n-金属触点，其布置在所述器件的正面上；p-金属触点，其布置在所述器件的背面上，其中所述正面布置在所述背面之上；抗反射涂层，其布置在所述n-金属触点上；以及电池，其布置在所述正面和所述背面之间，所述电池包含布置在p-型膜堆栈之上的n-型膜堆栈，其中：所述n-型膜堆栈包含n-型触点层，所述n-型触点层包含砷化镓，所述n-型触点层布置在n-型前窗口上，所述n-型前窗口布置在所述吸收层上，所述吸收层包含n-型砷化镓并且布置在所述中间层上，所述中间层包含n-型砷化铝镓；以及所述p-型膜堆栈包含所述发射极层，所述发射极层包含布置在p-型触点层上的p-型砷化铝镓，所述p-型触点层包含p-型砷化镓。在一个实施方案中，所述光电子半导体器件还包含：布置在所述器件的背面上的n-金属触点和p-金属触点；抗反射涂层，其布置在所述器件的正面上，其中所述正面布置在所述背面之上；以及电池，其布置在所述正面和所述背面之间，并且包含布置在p-型膜堆栈之上的n-型膜堆栈，其中：所述n-型膜堆栈包含n-型触点层，所述n-型触点层包含砷化镓，所述n-型触点层布置在n-型前窗口上，所述n-型前窗口布置在所述吸收层上，所述吸收层包含n-型砷化镓，所述吸收层布置在所述中间层上，所述中间层包含n-型砷化铝镓，所述p-型膜堆栈包含发射极层，所述发射极层布置在p-型触点层上，其中所述n-金属触点耦接到所述吸收层，且所述p-金属触点耦接到所述p-型触点层。在另一个实施方式中，太阳能电池包含吸收层和发射极层，吸收层由砷化镓(GaAs)制成并且仅具有一种掺杂型，发射极层由与吸收层不同的材料制成并且具有比吸收层高的带隙。中间层设置在吸收层和发射极层之间，中间层具有与吸收层相同的掺杂型，其中中间层包含从更接近吸收层侧处的GaAs至发射极层的更接近发射极层侧处的不同材料的材料缓变。异质结在发射极层和吸收层之间形成，且p-n结在发射极层和吸收层之间形成并至少部分在偏离异质结的位置处的所述不同材料内。p-n结响应于所述器件在太阳能电池的正面处暴露于光而在电池中引起电压产生。在一个实施方案中，所述中间层包含缓变层和背窗口层，所述缓变层具有缓变，所述背窗口层不具有缓变且具有近似均匀组成的所述不同的材料。在一个实施方案中，所述缓变层位于邻近所述吸收层，并且其中所述背窗口层位于所述缓变层和所述发射极层之间。在一个实施方案中，所述发射极层的材料为砷化铝镓(AlGaAs)。在一个实施方案中，所述中间层沿所述发射极层至所述吸收层的方向包含约30％铝70％GaAs至约100％GaAs的材料缓变。在一个实施方案中，所述发射极层比所述吸收层更靠近所述器件的背面，使得在所述器件中提供单一载流子输送。在另一个实施方式中，光伏电池包含吸收层和发射极层，吸收层由砷化镓(GaAs)制成并且仅具有一种掺杂型，发射极层由与吸收层不同的材料制成并且具有比吸收层高的带隙。异质结在发射极层和吸收层之间形成，且p-n结在发射极层和吸收层之间形成并至少部分在偏离异质结的位置处的不同材料内。吸收层的大部分在由p-n结形成的耗尽区的外部，p-n结响应于电池在电池的正面处暴露于光而在电池中引起产生电压。在一个实施方案中，所述p-n结位于所述异质结的两个耗尽长度内。在一个实施方案中，所述发射极层的材料为砷化铝镓(AlGaAs)。在一个实施方案中，所述p-n结与所述异质结的偏离是通过位于所述吸收层和所述发射极层之间的中间层来提供的，所述中间层具有与所述吸收层相同的掺杂型，其中所述中间层包含从更接近所述吸收层侧处的GaAs至所述发射极层的所述不同的材料的材料缓变。在一个实施方案中，所述发射极层比所述吸收层更靠近所述电池的背面，使得在所述电池中提供单一载流子输送。在另一个实施方式中，形成光电子半导体器件的方法包括在吸收层上形成中间层，其中吸收层由砷化镓(GaAs)制成并且仅具有一种掺杂型，中间层具有与吸收层相同的掺杂型。在中间层上形成发射极层，使得发射极层比吸收层更靠近器件的背面，发射极层由与吸收层不同的材料制成且具有比吸收层高的带隙。中间层包含发射极层的不同材料。异质结在发射极层和吸收层之间形成，且p-n结在发射极层和吸收层之间形成并在偏离异质结的位置处。p-n结响应于器件暴露于光而在器件中引起电压产生。在一个实施方案中，所述中间层包含从更接近所述吸收层侧处的GaAs至更接近所述发射极层侧的所述发射极层的所述不同的材料的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电子半导体器件，包含：吸收层，其由砷化镓(GaAs)制成且仅具有一种掺杂型；发射极层，其比所述吸收层更靠近所述器件的背面，所述发射极层由与所述吸收层不同的材料制成且比所述吸收层具有更高的带隙；以及中间层，其位于所述吸收层和所述发射极层之间，所述中间层具有与所述吸收层相同的掺杂型，且所述中间层包括：背窗口层，所述背窗口层不具有缓变且具有近似均匀组成的所述发射极层的所述不同的材料且位于靠近所述发射极层之处，以及缓变层，所述缓变层具有从更接近所述吸收层侧处的GaAs至所述背窗口层的更接近所述背窗口层侧处的材料的材料缓变，所述缓变层位于所述吸收层和所述背窗口层之间，其中异质结在所述吸收层和所述中间层的所述缓变层之间形成；以及其中p‑n结在所述发射极层和所述中间层的所述背窗口层之间偏离所述异质结的位置处形成，所述p‑n结响应于所述器件在所述器件的正面处暴露于光而在所述器件中引起电压产生。

【技术特征摘要】
2010.11.03 US 12/939,0771.一种光电子半导体器件，包含：吸收层，其由砷化镓(GaAs)制成且仅具有一种掺杂型；发射极层，其比所述吸收层更靠近所述器件的背面，所述发射极层由与所述吸收层不同的材料制成且比所述吸收层具有更高的带隙；以及中间层，其位于所述吸收层和所述发射极层之间，所述中间层具有与所述吸收层相同的掺杂型，且所述中间层包括：背窗口层，所述背窗口层不具有缓变且具有近似均匀组成的所述发射极层的所述不同的材料且位于靠近所述发射极层之处，以及缓变层，所述缓变层具有从更接近所述吸收层侧处的GaAs至所述背窗口层的更接近所述背窗口层侧处的材料的材料缓变，所述缓变层位于所述吸收层和所述背窗口层之间，其中异质结在所述吸收层和所述中间层的所述缓变层之间形成；以及其中p-n结在所述发射极层和所述中间层的所述背窗口层之间偏离所述异质结的位置处形成，所述p-n结响应于所述器件在所述器件的正面处暴露于光而在所述器件中引起电压产生。2.如权利要求1所述的光电子半导体器件，其中所述p-n结位于所述异质结的两个耗尽长度内。3.如权利要求1所述的光电子半导体器件，其中所述发射极层的材料为砷化铝镓(AlGaAs)。4.如权利要求1所述的光电子半导体器件，其中所述光电子半导体器件为单一少数载流子输送太阳能电池。5.如权利要求1所述的光电子半导体器件，还包含：n-金属触点，其布置在所述光电子半导体器件的正面上；p-金属触点，其布置在所述光电子半导体器件的背面上，其中所述正面布置在所述背面之上；抗反射涂层，其布置在所述n-金属触点上；以及电池，其布置在所述正面和所述背面之间，所述电池包含布置在p-型膜堆栈之上的n-型膜堆栈，其中：所述n-型膜堆栈包含n-型触点层，所述n-型触点层包含砷化镓，所述n-型触点层布置在n-型前窗口上，所述n-型前窗口布置在所述吸收层上，所述吸收层包含n-型砷化镓并且布置在所述中间层上，所述中间层包含n-型砷化铝镓；以及所述p-型膜堆栈包含所述发射极层，所述发射极层包含布置在p-型触点层上的p-型砷化铝镓，所述p-型触点层包含p-型砷化镓；其中所述n-型膜堆栈和所述p-型膜堆栈中的每个独立地包含不同组成材料的多层。6.如权利要求1所述的光电子半导体器件，还包含：布置在所述光电子半导体器件的背面上的n-金属触点和p-金属触点；抗反射涂层，其布置在所述光电子半导体器件的正面上，其中所述正面布置在所述背面之上；以及电池，其布置在所述正面和所述背面之间，并且包含布置在p-型膜堆栈之上的n-型膜堆栈，其中：所述n-型膜堆栈包含n-型触点层，所述n-型触点层包含砷化镓，所述n-型触点层布置在n-型前窗口上，所述n-型前窗口布置在所述吸收层上，所述吸收层包含n-型砷化镓并且布置在所述中间层上，所述中间层包含n-型砷化铝镓；所述p-型膜堆栈包含发射极层，所述发射极层布置在p-型触点层上，以及所述n-金属触点耦接到所述吸收层，且所述p-金属触点耦接到所述p-型触点层。7.一种太阳能电池，包含：吸收层，其由砷化镓(GaAs)制成且仅具有一种掺杂型；发射极层，其由与所述吸收层不同的材料制成，并且比所述吸收层具有更高的带隙；以及中间层，其设置在所述吸收层和所述发射极层之间，所述中间层具有与所述吸收层相同的掺杂型，其中所述中间层包含背窗口层，所述背窗口层不具有缓变且具有近似均匀组成的所述发射极层的所述不同的材料且...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂辉，布兰登·M·卡耶斯，伊西克·C·奇吉尔亚里，
申请(专利权)人：奥塔装置公司，
类型：发明
国别省市：美国,US