一种半导体太阳电池的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体太阳电池的制作方法，包括以下步骤：以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延（ＭＢＥ）生长技术，在砷化镓衬底上生长子电池吸收层。具体过程包括：在５８０℃下，在ＧａＡｓ衬底上生长ＧａＡｓ缓冲层，生长ｐ＋ＧａＡｓＳｂ／ｎ＋ＧａＡｓＳｂ隧穿结，在４５０℃下，生长ＧａＳｂ层，生长ｐ＋ＧａＳｂ／ｎ＋ＩｎＡｓＳｂ隧穿结，在４３０℃下，生长ＩｎＧａＡｓＳｂ合金层，在砷化镓单晶片衬底表面制作顶电极，在ＩｎＧａＡｓＳｂ合金层表面制作背电极，然后进行封装，完成太阳电池的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是涉及一种ni-v族半导体材料多结高效太阳电池的制作方法。
技术介绍
随着化石能源的枯竭和全球气候变暖的日益加剧，太阳能的利用正受到人们越来 越多的重视。太阳电池是将太阳能转化为电能的核心器件。高效太阳电池在航空航天、空 间探索等方面有着重要的用途。低成本的高效太阳电池的大规模应用可以缓解能源危机， 减少温室气体排放，造福子孙后代。因此，高效太阳电池技术一直是各国特别是发达国家重 点支持的研究领域。 目前空间用高效太阳电池有GaSb/GaAs机械叠层电池、GalnP/GaAs电池等。波 音全资子公司SPECTROLAB生产的GalnP/GaAs/Ge三节太阳电池的效率达到28. 3%，截止 2006年，已经售出了 200万片。GaSb/GaAs机械迭层电池光电转换效率已达37% (AMI. 5)， 是效率较高的化合物半导体太阳电池，但由于其需要高质量的GaSb、 GaAs体材料，故成本 高，单位重量功率比大。GalnP/GaAs电池只能吸收能量大于1. 4eV的光子，不能覆盖红外波 段，所以无法进一步提高光电转换效率。GalnAsSb/GaSb/GaAs材料可以吸收0. 5_1. 4eV波 段的太阳辐射，是对GalnP/GaAs吸收范围的拓展。将GalnAsSb/GaSb/GaAs与GalnP/GaAs 相结合得到的新型太阳电池材料可吸收0. 5-1. 9eV范围的太阳辐射，使太阳电池的转换效 率大大提高。GalnAsSb/GaSb/GaAs材料只包含111、V族元素，可一次外延得到；GaAs、GaSb、 GalnAsSb均为直接带隙材料，吸收系数大，抗辐射能力强，寿命长；材料中各层均为几个微 米厚的薄膜，Ga、 In、 Sb等稀有元素的用量少，比GaSb/GaAs迭层电池成本低。这些都决定 了GalnAsSb/GaSb/GaAs材料非常适合制作高效太阳电池。本专利技术基于以上优点，提供一种 新型高效太阳电池的制作方法，可为空间飞行器提供高性能电源。该技术进一步降低了电 池成本，对地面用高效光伏发电系统的推广具有重要意义。
技术实现思路
针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种半导体太阳电池的制作方 法，以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延(MBE)生长技术，在砷化镓衬底上生长子 电池吸收层，然后进行封装，完成电池的制作。 本专利技术的具体实施步骤为 1)以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延(MBE)生长技术，在58(TC下，在 GaAs衬底上生长GaAs缓冲层； 2)在GaAs缓冲层上生长p+GaAsSb/n+GaAsSb隧穿结； 3)在450。C下，在p+GaAsSb/n+GaAsSb隧穿结上生长GaSb层； 4)在GaSb层上生长p+GaSb/n+InAsSb隧穿结； 5)在430。C下，在p+GaSb/n+InAsSb隧穿结上生长InGaAsSb合金层；3 6)在砷化镓单晶片衬底表面制作顶电极，在InGaAsSb合金层表面制作背电极。 本专利技术具有以下有益效果 1、利用本专利技术，将太阳电池的光谱吸收范围拓展到0.5-1.4eV波段，特别是增加 了对红外部分的吸收，对于提高太阳电池的转换效率非常有益。 2、本专利技术中GalnAsSb/GaSb/GaAs材料只包含III、 V族元素，可一次外延得到。 3、 GaAs、 GaSb、 GalnAsSb均为直接带隙材料，吸收系数大，抗辐射能力强，寿命长。具体实施方式 实施例 1)将免清洗的N+-GaAs衬底放在分子束外延生长室样品架上，在58(TC条件下高 温脱氧，并将N+-GaAs衬底温度升至63(TC高温除气，然后将衬底温度降至580°C ;开启Ga、 As源炉快门，在N"-GaAs衬底上进行p-GaAs缓冲层的生长，掺杂浓度为p3 5X 1018，所述 分子束外延生长室在P-GaAs层生长前处于真空状态，压力为5X 10—9mbar，生长室在p-GaAs 缓冲层生长过程中压力为7 8. 5X 10—8mbar，p-GaAs缓冲层生长厚度为0. 5 y m，p-GaAs缓 冲层在生长时的As : Ga束流比为20 : 1; 2)生长p+GaAsSb/n+GaAsSb隧穿结，隧穿结包括p型掺杂浓度为1 3X 1019、厚度 为0. 015 ii m的GaAsSb层和n型掺杂浓度为5 6X 1019、厚度为0. 015 ii m的GaAsSb层； 3)关闭Ga源炉快门，将衬底温度降至45(TC左右，关闭As源炉快门，打开Ga、 Sb 源炉快门，进行n-GaSb层的生长，掺杂浓度为n 1 3 X 1018，分子束外延生长室在n-GaSb 层生长过程中，分子束外延生长室压力为3 5X10—8mbar， n-GaSb层生长厚度为1 y m ; n-GaSb层生长过程中Sb : Ga束流比为5. 5 : 1; 进行p-GaSb层的生长，掺杂浓度为p 1 3X10"，分子束外延生长室在p-GaSb 层生长过程中，分子束外延生长室压力为3 5X10—8mbar， p-GaSb层生长厚度为1 y m ; p-GaSb层生长过程中Sb : Ga束流比为5. 5 : 1; 4)生长p+GaSb/n+InAsSb隧穿结，隧穿结包括p型掺杂浓度为1 3X10"、厚度为 0. 015iim的GaSb层和n型掺杂浓度为5 6X10"、厚度为0. 015iim的InAsSb层； 5)关闭Ga源炉快门，衬底温度降到43(TC，同时开启In、 Ga、 As源炉快门，生长 n-InGaAsSb合金层，掺杂浓度为n 2 4X 1018，分子束外延生长室在n-InGaAsSb层生长过 程中，分子束外延生长室压力为6 7 X 10—8mbar， n-InGaAsSb合金层的生长厚度为1. 5 y m， n-InGaAsSb层生长过程中As : Sb : Ga : In束流比为20 :4:1:1; 进行ptlnGaAsSb合金层的生长，掺杂浓度为p+7 8X 1018 ;分子束外延生长室 在ptlnGaAsSb层生长过程中，分子束外延生长室压力为6 7X10—8mbar， P+-InGaAsSb 合金层的生长厚度为1.5iim， ptlnGaAsSb层生长过程中As : Sb : Ga : In束流比为20 : 4 : i : i; 6)在GaAs衬底表面制作顶电极，在p+-InGaASSb合金层表面制作背电极； 7)进行封装，完成太阳电池的制作。权利要求，其特征在于其具体实施步骤为1)以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延生长技术，在580℃下，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；2)在GaAs缓冲层上生长p+GaAsSb/n+GaAsSb隧穿结；3)在450℃下，在p+GaAsSb/n+GaAsSb隧穿结上生长GaSb层；4)在GaSb层上生长p+GaSb/n+InAsSb隧穿结；5)在430℃下，在p+GaSb/n+InAsSb隧穿结上生长InGaAsSb合金层；6)在砷化镓单晶片衬底表面制作顶电极，在InGaAsSb合金层表面制作背电极。2. 根据权利要求1所述的半导体太阳电池的制作方法，其特征在于1) 将免清洗的N+-GaAs衬底放在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体太阳电池的制作方法，其特征在于：其具体实施步骤为：１）以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延生长技术，在５８０℃下，在ＧａＡｓ衬底上生长ＧａＡｓ缓冲层；２）在ＧａＡｓ缓冲层上生长ｐ↑［＋］ＧａＡｓＳｂ／ｎ↑［＋］ＧａＡｓＳｂ隧穿结；３）在４５０℃下，在ｐ↑［＋］ＧａＡｓＳｂ／ｎ↑［＋］ＧａＡｓＳｂ隧穿结上生长ＧａＳｂ层；４）在ＧａＳｂ层上生长ｐ↑［＋］ＧａＳｂ／ｎ↑［＋］ＩｎＡｓＳｂ隧穿结；５）在４３０℃下，在ｐ↑［＋］ＧａＳｂ／ｎ↑［＋］ＩｎＡｓＳｂ隧穿结上生长ＩｎＧａＡｓＳｂ合金层；６）在砷化镓单晶片衬底表面制作顶电极，在ＩｎＧａＡｓＳｂ合金层表面制作背电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝瑞亭，申兰先，杨培志，邓书康，涂洁磊，廖华，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]