製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法

2023-06-04 04:30:31

專利名稱：製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法
技術領域：
本發明屬於光伏器件製造技術領域，具體地涉及ー種製備神化銦/神化鎵量子點太陽電池的方法。
背景技術：
太陽能技術的發展與應用，對優化現有的能源結構，應對當今日趨嚴重的能源危機和實現可持續發展的理念具有極其重要的意義。然而目前太陽能電池的技術水平還比較有限，導致太陽能的發電成本大大高於常規能源，因此新型高效太陽能電池的研究與應用變得越來越迫切。量子點中間能帶太陽能電池是ー種基於納米材料的新型器件。在選擇合適的量子 點的形貌與分布的前提下，由於具有三維限制載流子運動的能力，量子點會產生類似原子的分裂能級，彼此間形成波函數重疊，在材料本身的價帶和導帶間形成ー個獨立的中間能帯。隨著中間能帶的加入，太陽能電池在保持原有吸收的同時，増加了對能量小於原結構禁帶寬度的長波長光子的吸收，從而擴展了光譜利用範圍，提高了電池的輸出電流。這種新結構電池的理論能量轉換效率為63. I %，相比常規單節電池40. 6%的最高理論效率有大幅度的提高。同時，引入量子點結構所帯來的更小的載流子熱效應和優秀的抗輻射能力，使得這種新型電池可以在傳統材料無法正常工作的太空等極端環境下長期穩定地工作。目前，由於材料質量和器件結構的不完善，神化銦/神化鎵量子點中間能帶太陽能電池普遍開路電壓偏低，進而影響了電池的效率。我們提出一種提高神化銦/神化鎵量子點太陽電池效率的方法，並從實驗上證明了此方法的有效性與可行性。

發明內容
本發明的目的在幹，提供一種製備神化銦/神化鎵量子點太陽電池的方法，其是通過在神化銦/神化鎵量子點內摻入適量矽原子，可以大幅増加太陽電池的效率。本發明提供一種製備神化銦/神化鎵量子點太陽電池的方法，包括如下步驟步驟I :在一襯底上依次生長η+型GaAs層和本徵GaAs緩衝層；步驟2 :在本徵GaAs緩衝層上生長多周期的量子點結構；步驟3 :在多周期的量子點結構上依次生長本徵GaAs層、P型GaAs層、ρ+型GaAs層和 ρ+ 型 Ala8Gaa2As 層；步驟4 :在ρ+型Ala8Gaa2As層上蒸發上金屬電極；步驟5 :刻蝕上金屬電極，使上金屬電極形成網狀；步驟6 :在網狀上金屬電極上及裸露的ρ+型Ala8Gaa2As層上生長減反層；步驟7 :剝離掉覆蓋在上金屬電極表面的減反層，使上金屬電極裸露；步驟8 :在襯底的下表面製作下金屬電極，形成電池組件；步驟9 :對電池組件進行封裝，完成太陽電池的製作。


為進ー步說明本發明的技術特徵，結合以下附圖，對本發明作ー詳細的描述，其中圖I是使用本方法的神化銦/神化鎵量子點太陽電池結構示意圖。圖2是使用本方法與未使用本方法的神化銦/神化鎵量子點太陽電池電流-電壓曲線，及各自開路電壓、短路電流和效率的對比。
具體實施例方式請參閱圖I所示，本發明涉及一種提高神化銦/神化鎵量子點太陽電池效率的方法，包括如下步驟
步驟I :選擇ー襯底10，該襯底為η+型GaAs單晶片，晶向為(100)，厚度為325-375um，摻雜濃度為(O. 8-1. 2) X IO18CnT3 ；步驟2 :在襯底10上依次生長η+型GaAs層11和本徵GaAs緩衝層12，所述的在襯底10上生長的η+型GaAs層11和本徵GaAs緩衝層12是採用分子束外延法或金屬有機化學沉積法。其中η+型GaAs層11的厚度為500nm，生長溫度是595°C，摻雜濃度為I. OX 1018cnT3，本徵GaAs緩衝層12的厚度為400nm，生長溫度為595°C ；步驟3 :在本徵GaAs緩衝層12上依次生長多個周期的量子點結構20，採用分子束外延法或金屬有機化學沉積法。多個周期的量子點結構20的每一周期包括ー摻Si的InAs量子點層201和一GaAs間隔層202，GaAs間隔層202製作在摻Si的InAs量子點層201上，該多個周期的量子點結構20的周期數小於100，其中所述的多個周期的量子點結構20中的摻Si的InAs量子點層201的沉積厚度介於I. 7到3個原子單層；生長溫度介於430°C和530°C之間，其中GaAs間隔層202的生長溫度高於InAs量子點層201的生長溫度，小於630°C，GaAs間隔層202的厚度不大於50nm。本實例中，在摻Si的InAs量子點層201的沉積量達到I. 5個原子單層後開始Si的摻雜。Si摻雜速率需足夠高，以保證在摻Si的InAs量子點層201沉積完畢之前完成Si原子的摻雜，摻雜後的Si原子面密度介於(1-5) X IO11CnT2範圍之間。步驟4 :在多個周期的量子點結構20上生長ー層本徵GaAs層21，厚度為400nm，生長溫度為595°C ;在本徵GaAs層21上生長ρ型GaAs層22，厚度為lOOnm，生長溫度為5950C，摻雜濃度為I. OX IO18CnT3 ;在ρ型GaAs層22上生長ー層ρ+型GaAs層23，厚度為200nm,生長溫度為595°C，摻雜濃度為5. OX IO18CnT3 ;在ρ+型GaAs層23上生長ー層ρ+型Ala8Gaa2As層24作為窗ロ層，厚度為50nm，生長溫度為595°C，摻雜濃度為5. OX 1018cnT3。以上各層均採用分子束外延法或金屬有機化學沉積法；步驟5 :在ρ+型Ala8Gaa2As層24上蒸發上金屬電極25，金屬電極25採用Au，厚度為3um，所述的在ρ+型Ala 8GaO. 2As層24上蒸發上金屬電極25是採用磁控濺射法或真空蒸發法；步驟6 :採用合適的刻蝕設備與化學試劑，刻蝕、剝離上金屬電極25，使上金屬電極25形成大小合適的正方形的網狀，柵線的遮光面積佔電池表面總面積的8% ；步驟7 :在網狀上金屬電極25上及裸露的ρ+型Ala8Gaa2As層24上生長減反層26，減反層26的材料為SiO2-Ta2O5，厚度不超過3um，所述的在網狀上金屬電極25上及裸露的P+型Ala8Gaa2As層24上生長的減反層26是採用磁控濺射法或真空蒸發法；步驟8 :剝離掉覆蓋在金屬電極25表面的減反層，使上金屬電極25裸露；步驟9 :在襯底10的下表面製作下金屬電極27，下金屬電極27採用Au，厚度不小於3um，從而形成電池組件；步驟10 :對電池組件進行標準封裝，完成太陽電池的製作。圖2為使用本方法與未使用本方法的神化銦/神化鎵量子 點太陽電池電流-電壓曲線對比。實驗表明，使用本方法後，神化銦/神化鎵量子點太陽電池的效率從11. 26%大幅提升至17. 00%，證明了此方法的有效性。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，包括如下步驟 步驟I :在一襯底上依次生長n+型GaAs層和本徵GaAs緩衝層； 步驟2 :在本徵GaAs緩衝層上生長多周期的量子點結構； 步驟3 :在多周期的量子點結構上依次生長本徵GaAs層、p型GaAs層、p+型GaAs層和P+ 型 Ala8Gaa2As 層； 步驟4 :在p+型Ala8Gaa2As層上蒸發上金屬電極； 步驟5 :刻蝕上金屬電極，使上金屬電極形成網狀； 步驟6 :在網狀上金屬電極上及裸露的p+型Ala8Gaa2As層上生長減反層； 步驟7 :剝離掉覆蓋在上金屬電極表面的減反層，使上金屬電極裸露； 步驟8 :在襯底的下表面製作下金屬電極，形成電池組件； 步驟9 :對電池組件進行封裝，完成太陽電池的製作。
2.根據權利要求I所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中襯底為n+型GaAs單晶片。
3.根據權利要求I所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中多周期的量子點結構的每一周期包括一摻娃的InAs量子點層和一生長在摻娃的InAs量子點層上的GaAs間隔層。
4.根據權利要求3所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中多個周期的量子點結構的周期數小於100。
5.根據權利要求4所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中所述的多個周期的量子點結構中的InAs量子點層的沉積厚度介於I. 7到3個原子單層；生長溫度介於430°C和530°C之間，娃原子沉積於InAs量子點內部，娃原子的面密度介於(1-5) X IO11CnT2 範圍之間。
6.根據權利要求5所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中所述的多個周期的量子點結構中的GaAs間隔層的生長溫度高於InAs量子點層的生長溫度，小於.630°C, GaAs間隔層的厚度小於50nm。
7.根據權利要求I所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中在襯底上生長的n+型GaAs層和本徵GaAs緩衝層是採用分子束外延法或金屬有機化學沉積法。
8.根據權利要求I所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中在P+型Ala8Gaa2As層上蒸發上金屬電極是採用磁控濺射法或真空蒸發法。
9.根據權利要求I所述的製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中在網狀上金屬電極上及裸露的P+型Ala8Gaa2As層上生長的減反層是採用磁控濺射法或真空蒸發法。
全文摘要
一種製備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，包括如下步驟步驟1在一襯底上依次生長n+型GaAs層和本徵GaAs緩衝層；步驟2在本徵GaAs緩衝層上生長多周期的量子點結構；步驟3在多周期的量子點結構上依次生長本徵GaAs層、p型GaAs層、p+型GaAs層和p+型Al0.8Ga0.2As層；步驟4在p+型Al0.8Ga0.2As層上蒸發上金屬電極；步驟5刻蝕上金屬電極，使上金屬電極形成網狀；步驟6在網狀上金屬電極上及裸露的p+型Al0.8Ga0.2As層上生長減反層；步驟7剝離掉覆蓋在上金屬電極表面的減反層，使上金屬電極裸露；步驟8在襯底的下表面製作下金屬電極，形成電池組件；步驟9對電池組件進行封裝，完成太陽電池的製作。
文檔編號H01L31/18GK102683491SQ201210153189
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者楊曉光, 楊濤 申請人:中國科學院半導體研究所