專利名稱：制備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及ー種制備神化銦/神化鎵量子點太陽電池的方法。
背景技術(shù)：
太陽能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，對優(yōu)化現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)對當今日趨嚴重的能源危機和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)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(shù)水平還比較有限，導(dǎo)致太陽能的發(fā)電成本大大高于常規(guī)能源，因此新型高效太陽能電池的研究與應(yīng)用變得越來越迫切。量子點中間能帶太陽能電池是ー種基于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，由于具有三維限制載流子運動的能力，量子點會產(chǎn)生類似原子的分裂能級，彼此間形成波函數(shù)重疊，在材料本身的價帶和導(dǎo)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，増加了對能量小于原結(jié)構(gòu)禁帶寬度的長波長光子的吸收，從而擴展了光譜利用范圍，提高了電池的輸出電流。這種新結(jié)構(gòu)電池的理論能量轉(zhuǎn)換效率為63. I %，相比常規(guī)單節(jié)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(jié)構(gòu)所帯來的更小的載流子熱效應(yīng)和優(yōu)秀的抗輻射能力，使得這種新型電池可以在傳統(tǒng)材料無法正常工作的太空等極端環(huán)境下長期穩(wěn)定地工作。目前，由于材料質(zhì)量和器件結(jié)構(gòu)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，并從實驗上證明了此方法的有效性與可行性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在干，提供一種制備神化銦/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(nèi)摻入適量硅原子，可以大幅増加太陽電池的效率。本發(fā)明提供一種制備神化銦/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層和本征GaAs緩沖層；步驟2 :在本征GaAs緩沖層上生長多周期的量子點結(jié)構(gòu)；步驟3 :在多周期的量子點結(jié)構(gòu)上依次生長本征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(fā)上金屬電極；步驟5 :刻蝕上金屬電極，使上金屬電極形成網(wǎng)狀；步驟6 :在網(wǎng)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 :在襯底的下表面制作下金屬電極，形成電池組件；步驟9 :對電池組件進行封裝，完成太陽電池的制作。


為進ー步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖，對本發(fā)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(jié)構(gòu)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(fā)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和本征GaAs緩沖層12，所述的在襯底10上生長的η+型GaAs層11和本征GaAs緩沖層12是采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，本征GaAs緩沖層12的厚度為400nm，生長溫度為595°C ；步驟3 :在本征GaAs緩沖層12上依次生長多個周期的量子點結(jié)構(gòu)20，采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(jié)構(gòu)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制作在摻Si的InAs量子點層201上，該多個周期的量子點結(jié)構(gòu)20的周期數(shù)小于100，其中所述的多個周期的量子點結(jié)構(gòu)20中的摻Si的InAs量子點層201的沉積厚度介于I. 7到3個原子單層；生長溫度介于430°C和530°C之間，其中GaAs間隔層202的生長溫度高于InAs量子點層201的生長溫度，小于630°C，GaAs間隔層202的厚度不大于50nm。本實例中，在摻Si的InAs量子點層201的沉積量達到I. 5個原子單層后開始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，摻雜后的Si原子面密度介于(1-5) X IO11CnT2范圍之間。步驟4 :在多個周期的量子點結(jié)構(gòu)20上生長ー層本征GaAs層21，厚度為400nm，生長溫度為595°C ;在本征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。以上各層均采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(fā)上金屬電極25，金屬電極25采用Au，厚度為3um，所述的在ρ+型Ala 8GaO. 2As層24上蒸發(fā)上金屬電極25是采用磁控濺射法或真空蒸發(fā)法；步驟6 :采用合適的刻蝕設(shè)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(wǎng)狀，柵線的遮光面積占電池表面總面積的8% ；步驟7 :在網(wǎng)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(wǎng)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是采用磁控濺射法或真空蒸發(fā)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的下表面制作下金屬電極27，下金屬電極27采用Au，厚度不小于3um，從而形成電池組件；步驟10 :對電池組件進行標準封裝，完成太陽電池的制作。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，使用本方法后，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(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種制備砷化銦/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層和本征GaAs緩沖層； 步驟2 :在本征GaAs緩沖層上生長多周期的量子點結(jié)構(gòu)； 步驟3 :在多周期的量子點結(jié)構(gòu)上依次生長本征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(fā)上金屬電極； 步驟5 :刻蝕上金屬電極，使上金屬電極形成網(wǎng)狀； 步驟6 :在網(wǎng)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 :在襯底的下表面制作下金屬電極，形成電池組件； 步驟9 :對電池組件進行封裝，完成太陽電池的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備砷化銦/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(jù)權(quán)利要求I所述的制備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中多周期的量子點結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求3所述的制備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中多個周期的量子點結(jié)構(gòu)的周期數(shù)小于100。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備砷化銦/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(jié)構(gòu)中的InAs量子點層的沉積厚度介于I. 7到3個原子單層；生長溫度介于430°C和530°C之間，娃原子沉積于InAs量子點內(nèi)部，娃原子的面密度介于(1-5) X IO11CnT2 范圍之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備砷化銦/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(jié)構(gòu)中的GaAs間隔層的生長溫度高于InAs量子點層的生長溫度，小于.630°C, GaAs間隔層的厚度小于50nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備砷化銦/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層和本征GaAs緩沖層是采用分子束外延法或金屬有機化學沉積法。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中在P+型Ala8Gaa2As層上蒸發(fā)上金屬電極是采用磁控濺射法或真空蒸發(fā)法。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備砷化銦/砷化鎵量子點太陽電池的方法，其中在網(wǎng)狀上金屬電極上及裸露的P+型Ala8Gaa2As層上生長的減反層是采用磁控濺射法或真空蒸發(fā)法。
全文摘要
一種制備砷化銦/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層和本征GaAs緩沖層；步驟2在本征GaAs緩沖層上生長多周期的量子點結(jié)構(gòu)；步驟3在多周期的量子點結(jié)構(gòu)上依次生長本征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(fā)上金屬電極；步驟5刻蝕上金屬電極，使上金屬電極形成網(wǎng)狀；步驟6在網(wǎng)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在襯底的下表面制作下金屬電極，形成電池組件；步驟9對電池組件進行封裝，完成太陽電池的制作。
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(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者楊曉光, 楊濤 申請人:中國科學院半導(dǎo)體研究所