GaAs单结太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及一种GaAs单结太阳能电池，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、GaAs单结电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。本实用新型专利技术GaAs单结太阳能电池采用LRC工艺制备的Ge晶体作为外延层，具有高质量的Ge/Si衬底，较低的位错密度，且Ge外延层很薄，利于光的透过，具有高器件性能。

GaAs single junction solar cell

The utility model relates to a GaAs single junction solar cells, including: Si substrate, are stacked on the Si substrate layer of Ge epitaxial layer, GaAs single junction solar cell layer and a contact layer, a reflective film, wherein the Ge epitaxial layer of LRC crystal Ge. The utility model has the advantages of GaAs single junction solar cell with Ge crystal LRC fabricated as epitaxial layer of Ge/Si substrate with high quality, low dislocation density, and Ge epitaxial layer is very thin, to light through, with high device performance.

【技术实现步骤摘要】
GaAs单结太阳能电池
本技术属于太阳能电池
，具体涉及一种GaAs单结太阳能电池。
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
本技术的目的为提供了一种GaAs单结太阳能电池，所述GaAs单结太阳能电池采用激光再晶化(LaserRe-Crystallization,简称LRC)工艺制备的Ge/Si衬底，具有较低的位错密度，具有高质量的光电转换效率。本技术的一个实施例提供了一种GaAs单结太阳能电池，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、GaAs单结电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。在本技术的一个实施例中，所述GaAs单结电池层包括依次层叠于所述Ge外延层上的GaAs背场层、GaAs基区，GaAs发射区、GaAs窗口层。在本技术的一个实施例中，所述LRC晶体为采用激光再晶化工艺制备生成。在本技术的一个实施例中，所述Ge外延层厚度为200nm。在本技术的一个实施例中，所述反射膜材料为SiN。在本技术的一个实施例中，所述Si衬底层材料为单晶硅。在本技术的一个实施例中，所述Si衬底层厚度为2μm。在本技术的一个实施例中，所述接触层厚度为0.5um，N型掺杂，掺杂浓度为1×1019cm-3。在本技术的一个实施例中，所述GaAs背场层厚度为800nm，N型掺杂，浓度为2×1018cm-3。在本技术的一个实施例中，所述GaAs窗口层厚度为30nm，N型，掺杂浓度约2×1018cm-3。本技术实施例具有如下有益效果：本技术GaAs单结太阳能电池采用LRC工艺制备的Ge晶体作为外延层，具有高质量的Ge/Si衬底，较低的位错密度，且Ge外延层很薄，利于光的透过，具有高器件性能。附图说明图1为本技术实施例提供的一种GaAs单结太阳能电池结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种LRC工艺的示意图；图3为本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技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本技术实施例提供的一种GaAs单结太阳能电池结构示意图；所述GaAs单结太阳能电池包括：Si衬底层10，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层20、GaAs单结电池层30、接触层40、反射膜50，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。具体地，所述GaAs单结电池层包括依次层叠于所述Ge外延层上的GaAs背场层31、GaAs基区32，GaAs发射区33、GaAs窗口层34。具体地，所述LRC晶体为采用激光再晶化工艺制备生成。优选地，所述Ge外延层20的厚度为200nm，先采用磁控溅射法形成于所述Si衬底层上，后采用LRC工艺处理形成LRC晶体。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；采用LRC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，反射膜50材料为SiN。优选地，所述Si衬底层10为单晶硅。优选地，所述Si衬底层10厚度为2μm。优选地，所述接触层40厚度为0.5um，N型掺杂，掺杂浓度为1×1019cm-3。优选地，所述GaAs背场层31厚度为800nm，N型掺杂，浓度为2×1018cm-3。优选地，所述GaAs窗口层34厚度为30nm，N型，掺杂浓度约2×1018cm-3。请参见图2，图2为本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化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，简称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，制备出品质优良的Ge/Si衬底。请参见图3，图3为本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，其本质是热致相变的过程，这点也与传统的激光热退火有本质区别。因此，LRC可以看作是激光对薄膜的热效应，即激光通过热效应将被照射的薄膜融化，在较短的时间使其冷却结晶的过程。LRC工艺大致可分为以下三个阶段：1)激光与物质的相互作用阶段。此阶段物质吸收激光能量转变为热能，达到熔化状态。激光与物质相互作用过程中，物质的电学性能、光学性能、结构状况等均发生变化。2)材料的热传导阶段。根据热力学基本定律，激光作用于材料上将会发生传导、对流和辐射三种传热方式，此时加热速度快，温度梯度大。3)材料在激光作用下的传质阶段。传质，即物质从空间或空间某一部位运动到另一部位的现象。在此阶段，经激光辐射获得能量的粒子开始运动。传质存在两种形式：扩散传质和对流传质。扩散传质表示的是原子或分子的微观运动；对流传质则是流体的宏观运动。以完全融化结晶机制为例，激光再晶化后薄膜的温度变化情况如图3所示。利用激光再晶化LRC技术辅助制备高质量虚Ge衬底，要求激光作用下虚Ge层温度至少达到熔点，且尽量靠近烧熔点，达到理想晶化的近完全熔融状态，保证Ge晶粒的后续完美结晶。同时，外延层下面的Si衬底层不能达到熔点，保证了LRC对衬底不产生影响。因此，确定合理的LRC工艺相关工艺参数(如激光功率密度、移动速度等)，控制外延层温度分布，将是该工艺成败的关键。请参见图4，图4为本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。图中，纵坐标表示Ge/Si体系厚度，在Ge外延层厚度200nm的Ge/Si衬底上采用激光功率为6.1kW/m，激光移动速度为400mm/min的工艺条件可实现Ge融化结晶而Si未融化。请参见图5，图5为本技术实施例提供的一种连续激光再晶化工艺效果示意图。激光通过全反射棱镜照向样品台，并通过凸透镜聚焦到样品上，从而防止了在受热过程中薄膜融化后的液体受重力影响而流动对结晶产生的影响。激光再晶化时，步进电机带动样品台移动，每移动到一个位置进行一次激光照射，使该位置成为具有高能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaAs单结太阳能电池，其特征在于，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、GaAs单结电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。

【技术特征摘要】
1.一种GaAs单结太阳能电池，其特征在于，包括：Si衬底层，依次层叠于所述Si衬底层之上的Ge外延层、GaAs单结电池层、接触层、反射膜，其中所述Ge外延层中Ge为LRC晶体。2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述GaAs单结电池层包括依次层叠于所述Ge外延层上的GaAs背场层、GaAs基区，GaAs发射区、GaAs窗口层。3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述GaAs背场层厚度为800nm，N型掺杂，浓度为2×1018cm-3。4.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述GaAs窗口层厚度为30nm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，
申请(专利权)人：陕西学前师范学院，
类型：新型
国别省市：陕西,61