激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池及其制作方法技术

技术编号:18428460 阅读:89 留言:0更新日期:2018-07-12 02:29
本发明专利技术涉及一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池及其制作方法,包括:(a)制备衬底层,所述衬底层材料为单晶硅;(b)利用磁控溅射法在所述衬底层上用两步法工艺生长Ge外延层,所述衬底层和所述Ge外延层构成Ge/Si衬底;(c)利用CVD方法在所述Ge外延层上形成氧化层;(d)采用LRC工艺使所述Ge外延层晶化;(e)刻蚀清除所有所述氧化层;(f)在所述Ge/Si衬底上制备Ge/GaAs双结太阳能电池层;(g)在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层,最终形成所述Ge/GaAs双结太阳能电池。本发明专利技术激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池的制作方法通过连续激光辅助晶化Ge/Si衬底,可有效降低Ge/Si衬底的位错密度,利于获得高质量Ge/Si衬底Ge/GaAs双结太阳能电池,电转化效率提高。

【技术实现步骤摘要】
激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池及其制作方法
本专利技术属于太阳能电池
,具体涉及一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池及其制作方法。
技术介绍
对于太阳能电池,发光效率是最主要的参数,从光伏效应的角度分析,单结太阳能电池已经快接近发光极限,为提高太阳能电池的发光效率,就必须对结构进行优化。其中较优的解决方法就是增加太阳能电池结数。其中Ⅲ-Ⅴ族GaAs材料因为是直接能隙的半导体材料,可做较薄的厚度,而且其吸光效率特别高,能够做成顶电池,所以成为当前光电领域内重点研究的双结太阳能电池材料。Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池制作方法,既造价低廉,易于与其他器件集成,而且与单结太阳能电池相比,极大的提升了发光效率。传统的高温两步生长Ge/Si衬底的方法,无法解决Ge外延层中大量螺位错,而且得到的缓冲层较厚,表面粗糙度较高,这些因素使得太阳能电池的发光效率大大的降低。因此,如何研制出高质量Ge/Si衬底的Ge/GaAs双结太阳能电池及其制作方法至关重要。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题,本专利技术提供了一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池的制作方法。本专利技术的一个实施例提供了一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池的制作方法,包括:(a)制备衬底层,所述衬底层材料为单晶硅;(b)利用磁控溅射法在所述衬底层上用两步法工艺生长Ge外延层,所述衬底层和所述Ge外延层构成Ge/Si衬底;(c)利用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,简称CVD)方法在所述Ge外延层上形成氧化层;(d)采用激光再晶化(LaserRe-Crystallization,简称LRC)工艺使所述Ge外延层晶化;(e)刻蚀清除所有所述氧化层;(f)在所述Ge/Si衬底上制备Ge/GaAs双结太阳能电池层;(g)在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层,最终形成所述Ge/GaAs双结太阳能电池。在本专利技术的一个实施例中,所述氧化层材料为SiO2。在本专利技术的一个实施例中,所述步骤(d)包括:(d1)使用激光照射带有所述氧化层的所述Ge/Si衬底令所述氧化层和所述Ge/Si衬底升温到第一温度,在第一温度下,激光照射部分所述Ge外延层为熔融态而与其接触的所述氧化层和所述衬底层为固态;(d2)移除激光并使照射部分所述Ge外延层冷却晶化;(d3)连续依次采用激光照射所述Ge外延层,直到全部所述Ge外延层都冷却晶化;在本专利技术的一个实施例中,所述第一温度为500K,所述LRC工艺参数为:激光功率为6.1kW/m,激光移动速度为400mm/min。在本专利技术的一个实施例中,所述LRC的设备为808nm半导体激光器。在本专利技术的一个实施例中,所述Ge外延层厚度为200nm。在本专利技术的一个实施例中,所述步骤(f)包括:(f1)利用分子束外延(MolecularBeamEpitaxy,简称MBE)工艺制备底电池;(f2)利用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD)工艺在所述底电池上形成第一窗口层;(f3)在所述第一窗口层上形成隧道结;(f4)利用MOCVD工艺在所述隧道结上形成顶电池;(f5)利用MOCVD工艺在所述顶电池上形成第二窗口层。在本专利技术的一个实施例中,所述在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层后还包括:在所述Si衬底层底和所述接触层上制备接触电极。在本专利技术的一个实施例中,所述反射膜的材料为氮化硅。本专利技术的另外一个实施例提供了一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池,所述Ge/GaAs双结太阳能电池按照上述实施例制备形成;本专利技术具有如下有益效果通过采用LRC工艺,晶化速度快,工艺简单,周期短,预算低。并且能够有效降低Ge/Si衬底的位错密度,利于后续获得高质量GaAs材料,使基于Ge/Si衬底的Ge/GaAs双结太阳能电池器件质量提高,光电转化效率提高。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池制作方法的流程图;图2为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺的示意图;图3为本专利技术实施例提供的一种薄膜受激光照射过程中的温度相变关系示意图;图4为本专利技术实施例提供的一种Ge/Si衬底材料的工艺之有限元仿真结果示意图;图5为本专利技术实施例提供的一种连续激光再晶化工艺效果示意图;图6a-图6j为本专利技术实施例提供的一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池制作工艺示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述,但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1,图1为本专利技术实施例提供的一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池制作方法的流程图;该制作方法包括如下步骤:(a)制备衬底层,所述衬底层材料为单晶硅;(b)利用磁控溅射法在所述衬底层上用两步法工艺生长Ge外延层,所述衬底层和所述Ge外延层构成Ge/Si衬底;(c)利用CVD方法在所述Ge外延层上形成氧化层;(d)采用LRC工艺使所述Ge外延层晶化;其中,采用连续激光再晶化的好处在于:能够使得Ge外延层的位错率大大降低,而且能够制作较薄;(e)刻蚀清除所有所述氧化层;(f)在所述Ge/Si衬底上制备Ge/GaAs双结太阳能电池层;(g)在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层,最终形成所述Ge/GaAs双结太阳能电池。优选地,所述氧化层材料为SiO2。其中,所述步骤(d)包括:(d1)使用激光照射带有所述氧化层的所述Ge/Si衬底令所述氧化层和所述Ge/Si衬底升温到第一温度,在第一温度下,激光照射部分所述Ge外延层为熔融态而与其接触的所述氧化层和所述衬底层为固态;(d2)移除激光并使照射部分所述Ge外延层冷却晶化;(d3)连续依次采用激光照射所述Ge外延层,直到全部所述Ge外延层都冷却晶化;优选地,所述第一温度为500K,所述LRC工艺为:激光功率为6.1kW/m,激光移动速度为400mm/min。优选地,所述LRC的设备为808nm半导体激光器。优选地,所述Ge外延层厚度为200nm。其中,所述步骤(f)包括:(f1)利用分子束外延MBE工艺制备底电池;(f2)利用MOCVD工艺在所述底电池上形成第一窗口层;(f3)在所述第一窗口层上形成隧道结;(f4)利用MOCVD工艺在所述隧道结上形成顶电池;(f5)利用MOCVD工艺在所述顶电池上形成第二窗口层。具体地,所述在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层后还包括:在所述Si衬底层底和所述接触层上制备接触电极。优选地,所述反射膜的材料为氮化硅。请参见图2,图2为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺的示意图。先用磁控溅射工艺或者CVD工艺经两步法形成薄的Ge外延层,再用连续激光再晶化横向释放Ge与Si之间的位错失配,从而减少外延层中由于晶格失配引起的位错,制备出品质优良的Ge/Si衬底。请参见图3,图3为本专利技术实施例提供的一种薄膜受激光照射过程中的温度相变关系示意图;其中,LRC的原理是利用激光的高能量对材料表面瞬间加热使之融化结晶,其本质是热致本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池的制作方法,其特征在于,包括:(a)制备衬底层,所述衬底层材料为单晶硅;(b)利用磁控溅射法在所述衬底层上用两步法工艺生长Ge外延层,所述衬底层和所述Ge外延层构成Ge/Si衬底;(c)利用CVD方法在所述Ge外延层上形成氧化层;(d)采用LRC工艺使所述Ge外延层晶化;(e)刻蚀清除所有所述氧化层;(f)在所述Ge/Si衬底上制备Ge/GaAs双结太阳能电池层;(g)在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层,最终形成所述Ge/GaAs双结太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上Ge/GaAs双结太阳能电池的制作方法,其特征在于,包括:(a)制备衬底层,所述衬底层材料为单晶硅;(b)利用磁控溅射法在所述衬底层上用两步法工艺生长Ge外延层,所述衬底层和所述Ge外延层构成Ge/Si衬底;(c)利用CVD方法在所述Ge外延层上形成氧化层;(d)采用LRC工艺使所述Ge外延层晶化;(e)刻蚀清除所有所述氧化层;(f)在所述Ge/Si衬底上制备Ge/GaAs双结太阳能电池层;(g)在所述太阳能电池层上制备接触层和反射膜层,最终形成所述Ge/GaAs双结太阳能电池。2.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述氧化层材料为SiO2。3.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述步骤(d)包括:(d1)使用激光照射带有所述氧化层的所述Ge/Si衬底令所述氧化层和所述Ge/Si衬底升温到第一温度,在第一温度下,激光照射部分所述Ge外延层为熔融态而与其接触的所述氧化层和所述衬底层为固态;(d2)移除激光并使照射部分所述Ge外延层冷却;(d3)连续依次采用激光照射所述Ge外延层,直到全部所述Ge外延层都冷却晶化...

【专利技术属性】
技术研发人员:尹晓雪
申请(专利权)人:西安科锐盛创新科技有限公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

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