蘸片法制作Ｇｅ／Ｓｉ太阳能电池ｐ－ｎ结的方法技术

本发明专利技术涉及一种蘸片法制作Ｇｅ／Ｓｉ太阳能电池ｐ－ｎ结的方法。其包括以下步骤：在封闭式且在高纯氩气保护气氛中，向耐高温坩锅内ｎ型Ｓｉ中加入一定比例的高纯Ｇｅ，加热熔化形成Ｓｉ－Ｇｅ合金溶液；固定器夹持ｐ型多晶硅，对其衬底自由端面预热至一定温度，其后快速蘸取ｎ型Ｓｉ－Ｇｅ合金溶液；然后缓慢降温进行定向凝固、退火处理，在ｐ型多晶硅和ｎ型富Ｇｅ层界面形成太阳能电池的ｐ－ｎ结。本发明专利技术利用氩气保护，控制有害物质的释放，减少了对环境的污染；通过ｐ型多晶硅衬底蘸取ｎ型Ｓｉ－Ｇｅ合金溶液，然后进行缓慢的定向凝固使Ｇｅ富集在多晶硅衬底表面，所得富Ｇｅ层大大提高了其载流子迁移率，从而大幅度提高了太阳能电池的转换效率。本发明专利技术制作工艺简单、无材料浪费，对大规模生产具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件及其他类不包括的固态器件，更具体地说涉及一种蘸 片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结的方法。
技术介绍
p-n结是多晶硅太阳能电池的核心，它所采用材料和制作质量将直接影响到太阳 能电池的转换效率。硅是应用最广泛的半导体，但是硅是间接带隙半导体，带隙的宽度一 定，从而限制了它应用的进一步扩展。随着“能带工程”和“材料工程”的深入研究，硅基异 质结构应运而生，为剪裁能带、设计异质结构、调整电学和光学性质、制造新功能器件提供 了有力的保证。多晶SiGe有望成为多晶硅的代替材料。电子和空穴在应变Ge中的迁移率 已证明比在硅中明显高很多，大约是硅的5倍。Si和Ge两者具有金刚石晶体结构，可以形 成无限固溶体Sil-x Gex(0<x< 1)，SiGe和Si之间晶格失配度可由0变至4. 2%。通 过调节Ge的组成，使SiGe的电学、光学性能得到控制。随着Ge含量的增加，SiGe间隙减 小，对于应变的SiGe材料尤其明显，使吸收向红外波长方向移动，提高太阳能电池的转换 效率。生长SiGe异质结材料的主要方法有分子束外延法(MBE)、选择外延生长法(SEC)、 超真空化学气相外延法(UHV/CVD)和减压化学气相沉积法(RPCVD)等，MBE精度高，能够实 时控制，但设备昂贵，成本高，不易实现产业化。CVD方法是气相物质经化学反应沉积在衬底 表面形成所需要的外延层的技术，它能够有效地减小衬底与外延层的污染，从而获得高质 量的SiGe材料，但它采用的硅烷气体危险性很大，剩余的硅烷废气容易自然和爆炸，使废 气处理消耗高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术不足之处而提供一种可控制有害物质的释放、减少 对环境污染、能大幅度提高太阳能电池光电转换效应、节约硅锗原材料、制作工艺简单重复 性好、生产效率高的。本专利技术的目的是通过以下措施来实现一种蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结 的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤步聚1，向耐高温坩锅内n型Si中加入一定比例的高纯Ge，加热熔化形成n型 Si-Ge合金溶液；步骤2，固定器夹持p型多晶硅，对其衬底自由端面预热至一定温度，其后P型多晶 硅衬底的自由端面快速蘸取n型Si-Ge合金溶液；步骤3，蘸取n型Si-Ge合金溶液后的p型多晶硅衬底缓慢降温进行定向凝固、退 火处理，在P型多晶硅和n型富Ge层界面形成太阳能电池的p-n结。所述步骤1耐热高温坩锅位于封闭式结构内，其结构内部保持在高纯氩气状态 中，氩气的纯度大于99. 999%。3所述步骤1在n型Si中加入一定比例的高纯Ge，在Si-Ge合金溶液中Ge含量的 原子百分比为10% -80%。所述步骤1加热熔化形成n型Si-Ge合金溶液，所述加热熔化的温度控制在 1450-1500°C。所述步骤2对p型多晶硅衬底自由端面预热，预热温度达到1000-1200°C。所述步骤2蘸取时p型多晶硅衬底自由端面进入液态Si-Ge面的深度为 0. 2-0. 8mm,蘸取时间为0. 3-0. 7s，形成的厚度为100-800 y m的Si_Ge液态薄膜。所述步骤3缓慢降温进行定向凝固，温度控制在1000-1200°C，定向凝固时间 为10-30min，表面形成n型富Ge层，其厚度为100-800 y m，定向凝固后快速冷却，温度至 600-700 °C。所述步骤3所述退火处理为带有富Ge层的多晶硅衬底在退火炉中氩气保护下于 600-850°C进行退火处理。所述步骤3在p型多晶硅和n型富Ge层界面有缓冲SihGeJO <x< 1)，其厚度 为 90-720 iim。与现有技术相比，由于采用了本专利技术提出的蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结 的方法，整个工艺过程是在封闭系统中进行的，它利用氩气保护，控制有害物质的释放，减 少了对环境的污染；通过P型多晶硅衬底蘸取n型Si-Ge合金溶液，然后进行缓慢的定向 凝固使Ge富集在多晶硅衬底表面，所得到的n型掺Ge让p_n载流子迁移率大大提高，从而 大幅度提高了太阳能电池光电转换效率；在制作P-n结过程中，p型多晶硅衬底蘸取n型 Si-Ge合金溶液，使n型合金材料直接凝固在p型多晶硅衬底上，无Si-Ge合金材料浪费现 象，节省了硅锗原材料；同时制作p-n制作工艺简单，减少了制作太阳能电池的环节，重复 性好，可以大幅度提高生产率，对大规模生产具有重要的意义。附图说明图1为p型多晶硅衬底固定在机械夹持器上蘸取n型液态Si-Ge后示意图。图2为已形成p型多晶硅衬底形成富Ge结构示意图。其中1-机械夹持器，2-自动控制运动系统，3-p型多晶硅衬底，4、7_保温层，5-n 型Si-Ge合金溶液，6-n型Si_Ge合金溶液控温锅，8_n型Si_Ge合金溶液薄层，9-富Ge层， 10—Sil-xGex(0 < x < 1)缓冲层。具体实施例方式下面结合附图对具体实施方式作详细说明本专利技术的步骤1 :向耐高温坩锅6内n型Si中加入一定比例的高纯Ge，然后加热 熔化形成n型Si-Ge合金溶液5。本专利技术制作Ge/Si太阳能电池p_n结的整个设备是封闭 式的，首先在耐高温坩锅内按比例加入n型Si和高纯Ge，在Si-Ge合金溶液中Ge含量的原 子百分比为10% -80%。然后用真空泵对加热系统、降温系统和退火系统进行抽真空，然后 充入高纯度氩气；如此反复多次清洗系统，并使整个设备内部保持在高纯氩气环境中，氩气 的纯度大于99. 999%。利用氩气保护，可控制有害物质的释放，减少了对环境的污染。在高 纯氩气保护气氛中，在耐高温坩锅内加热熔化形成n型Si-Ge合金溶液5，通过保温层4、7进行保温，所述加热熔化的温度控制在1450-1500°C范围内。这是由于Si和Ge两者具有金 刚石晶体结构，可以形成无限固溶体Sil-x Gex(0 < x < 1)，随着Ge含量的增加，SiGe间 隙减小，可提高太阳能电池的转换效率。步骤2 固定器夹持p型多晶硅，对其衬底自由端面预热，然后p型多晶硅衬 底3的自由端面快速蘸取n型Si-Ge合金溶液。所述对其衬底自由端面预热的温度为 1000-1200°C。固定器为带有升降和旋转系统的机械夹持器1，把p型多晶硅衬底的一面固 定在机械夹持器上，另一面自由端面为蘸取面。通过自动控制运动系统2将p型多晶硅衬 底3移动至n型Si-Ge合金溶液5液面以上。自动控制运动系统2本身带有液面探测器， 它将检测n型Si-Ge合金溶液液面的高度，并把检测到的数据信号传输给自动控制运动系 统2，自动控制系统2控制传动部件，根据设置好的工艺参数，确定p型多晶硅衬底3进入 Si-Ge合金溶液时下降的深度。蘸取时p型多晶硅衬底自由端面进入液态Si-Ge面的深度 为0. 2-0. 8mm,蘸取时间为0. 3-0. 7s，形成的厚度为100-800 y m的Si_Ge液态薄膜8。蘸取 n型Si-Ge的速度和深度通过夹持器的自动控制来完成。图1为p型多晶硅衬底固定在机 械夹持器上蘸取n型液态Si-Ge后示意图。步骤3 蘸取Si-Ge溶液后的多晶硅衬底缓慢降温进行定向凝固。为让蘸取的n 型Si-Ge液态薄膜不过快的凝结影响其表层n型富Ge层的形成，缓慢降温进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蘸片法制作Ｇｅ／Ｓｉ太阳能电池ｐ－ｎ结的方法，其特征在于，包括以下步骤：步聚１，向耐高温坩锅内ｎ型Ｓｉ中加入一定比例的高纯Ｇｅ，加热熔化形成ｎ型Ｓｉ－Ｇｅ合金溶液；步骤２，固定器夹持ｐ型多晶硅，对其衬底自由端面预热至一定温度，其后ｐ型多晶硅衬底的自由端面快速蘸取ｎ型Ｓｉ－Ｇｅ合金溶液；步骤３，蘸取ｎ型Ｓｉ－Ｇｅ合金溶液后的ｐ型多晶硅衬底缓慢降温进行定向凝固、退火处理，在ｐ型多晶硅和ｎ型富Ｇｅ层界面形成太阳能电池的ｐ－ｎ结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高文秀，赵百通，
申请(专利权)人：高文秀，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]