激光辅助晶化Ge/Si衬底GaAs单结太阳能电池及其制备工艺制造技术

技术编号:18428461 阅读:195 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GaAs单结太阳能电池制备工艺,所述制备工艺包括:(a)制作Si衬底层;(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层;(c)采用CVD工艺在所述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)刻蚀所述氧化层;(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池;(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极,最终形成所述GaAs单结太阳能电池。本发明专利技术制备的GaAs单结太阳能电池通过采用LRC工艺可有效降低Ge/Si衬底的位错密度,使基于Ge/Si衬底的GaAs单结太阳能电池器件质量提高,光电转化效率提高。

【技术实现步骤摘要】
激光辅助晶化Ge/Si衬底GaAs单结太阳能电池及其制备工艺
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GaAs单结太阳能电池制备工艺。
技术介绍
近年来,太阳能电池技术取得了很大进展,典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物因为是直接能隙的半导体材料,可做厚度较薄,吸光效率特别高,成为未来主要太阳能材料之一。但由于GaAs材料价格昂贵、密度高、机械强度很低,不利于制备成本低廉、薄型轻质的电池。因此,选择较为廉价的衬底制作GaAs单结太阳能电池十分重要。可以采用Si衬底上外延Ge缓冲层(Ge/Si衬底技术)制备GaAs单结太阳能电池的技术方案,其兼具Si与Ge的技术优势,尤其可与现有Si工艺兼容,已成为当前光电领域内研究发展的重点和热点。然而,由于Si与Ge之间存在4.2%的晶格失配,Ge/Si衬底技术实现难度大。目前常用的两步生长仍然无法解决Ge外延层中大量螺位错的出现,而且其所结合的循环退火工艺对于薄Ge外延层来说,会出现Si-Ge互扩问题,以及Ge/Si缓冲层表面粗糙度的增加。
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GaAs单结太阳能电池制备工艺。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GaAs单结太阳能电池制备工艺,包括:(a)制作Si衬底层;(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层;(c)采用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,简称CVD)工艺在所述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)刻蚀所述氧化层;(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池;(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极,最终形成所述GaAs单结太阳能电池。在本专利技术的一个实施例中,所述氧化层为SiO2层。在本专利技术的一个实施例中,所述步骤(d)包括:(d1)采用激光照射所述Ge外延层和所述Si衬底层;(d2)使所述激光照射部分的所述Ge外延层升温到第一温度,所述第一温度大于等于Ge熔点小于Si熔点且小于氧化层熔点;(d3)使激光照射部分的所述Ge外延层冷却晶化;(d3)重复步骤(d1)~(d3),使所述Ge外延层全部晶化。在本专利技术的一个实施例中,所述激光参数为: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,所述第一温度为500K。在本专利技术的一个实施例中,所述步骤(f)包括:(f1)利用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD)工艺,在600℃下在所述Ge外延层上形成N型GaAs背场层;(f2)利用MOCVD工艺,在600℃下在所述背场层上形成P型GaAs基区和N型GaAs发射区;(f3)利用MOCVD工艺,在60℃下在所述发射区上形成N型GaAs窗口层。在本专利技术的一个实施例中,所述N型GaAs背场层掺杂浓度为2×1018cm-3。在本专利技术的一个实施例中,所述P型GaAs基区掺杂浓度为3×1017cm-3,所述N型GaAs发射区掺杂浓度为2×1018cm-3。在本专利技术的一个实施例中,所述N型GaAs窗口层掺杂浓度为2×1018cm-3。本专利技术的另一个实施例中提供了一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上GaAs单结太阳能电池,所述GaAs单结太阳能电池由上述实施例所述的方法制备形成。本专利技术实施例具有如下有益效果:1.本专利技术GaAs单结太阳能电池制造过程中通过连续激光辅助晶化Ge/Si衬底,与传统热退火工艺相比,仅一次LRC即可达到目的,且晶化速度快,因而还具有工艺步骤简单,工艺周期短,热预算低的优点;2.本专利技术GaAs单结太阳能电池制造过程中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,利于后续获得高质量GaAs材料,进而提高器件性能;3.本专利技术GaAs单结太阳能电池制造过程中通过连续激光辅助晶化Ge/Si衬底,连续LRC工艺选择性高,仅作用于Ge外延层,控制精确,使基于Ge/Si衬底的GaAs单结太阳能电池器件质量提高,光电转化效率提高。4.本专利技术GaAs单结太阳能电池制造过程中通过连续激光辅助晶化Ge/Si衬底,可制备高质量薄Ge缓冲层,利于光的透过,利于器件性能提高;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GaAs单结太阳能电池及其制备工艺的流程图;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LRC工艺效果示意图;图6a-图6h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GaAs单结太阳能电池制备工艺示意图。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GaAs单结太阳能电池及其制备工艺的流程图;该制备工艺包括如下步骤:(a)制作Si衬底层;(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层;其中,通过磁控溅射法淀积薄膜,淀积速率高,而且薄膜的质量好,适宜大规模生产;(c)采用CVD工艺在所述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)刻蚀所述氧化层;(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池;(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极,最终形成所述GaAs单结太阳能电池。优选地,所述氧化层为SiO2层。其中,所述步骤(d)包括:(d1)采用激光照射所述Ge外延层和所述Si衬底层;(d2)使所述激光照射部分的所述Ge外延层升温到第一温度,所述第一温度大于等于Ge外延层熔点小于Si熔点且小于氧化层熔点;(d3)使激光照射部分的所述Ge外延层冷却晶化;(d3)重复步骤(d1)~(d3),使所述Ge外延层全部晶化。其中,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;优选地,所述激光参数为:激光功率为6.1kW/m,激光移动速度为400mm/min。其中,所述第一温度为500K。其中,所述步骤(f)包括:(f1)利用MOCVD工艺,在600℃下在所述Ge外延层上形成N型GaAs背场层;(f2)利用MOCVD工艺,在600℃下在所述背场层上形成P型GaAs基区和N型GaAs发射区;(f3)利用MOCVD工艺,在60℃下在所述发射区上形成N型GaAs窗口层。优选地,所述N型GaAs背场层掺杂浓度为2×1018cm-3。优选地,所述P型GaAs基区掺杂浓度为3×1017cm-3,所述N型GaAs发射区掺杂浓度为2×1018cm-3。优选地,所述N型GaAs窗口层掺杂浓度为2×1018cm-3。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LRC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GaAs单结太阳能电池制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:(a)制作Si衬底层;(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层;(c)采用CVD工艺在所述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)刻蚀所述氧化层;(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池;(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极,最终形成所述GaAs单结太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上GaAs单结太阳能电池制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:(a)制作Si衬底层;(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层;(c)采用CVD工艺在所述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)刻蚀所述氧化层;(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池;(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极,最终形成所述GaAs单结太阳能电池。2.如权利要求1所述的制备工艺,其特征在于,所述氧化层为SiO2层。3.如权利要求1所述的制备工艺,其特征在于,所述步骤(d)包括:(d1)采用激光照射所述Ge外延层和所述Si衬底层;(d2)使所述激光照射部分的所述Ge外延层升温到第一温度,所述第一温度大于等于Ge熔点小于Si熔点且小于氧化层熔点;(d3)使激光照射部分的所述Ge外延层冷却晶化;(d3)重复步骤(d1)~(d3),使所述Ge外延层全部晶化。4.如权利要求3所述的制备工艺,其特征在于,所述激光参数为:激光功率为6.1kW/m,...

【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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