一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法，包括依次從下到上設(shè)置的Si襯底、GaAs低溫緩沖層、GaAs高溫緩沖層、AlGaAs背場層、GaAs基層、GaAs發(fā)射層、AlGaAs窗口層、GaAs電極接觸層。本發(fā)明通過對Si襯底500?850℃高溫?zé)崽幚?，并且?00?750℃生長GaAs低溫緩沖層，在600?750℃生長GaAs高溫緩沖層，解決了Si襯底與GaAs材料的晶格匹配問題，通過高低溫切換實(shí)現(xiàn)了GaAs材料在Si襯底上進(jìn)行生長的可能性，為繼續(xù)生長新材料提供新鮮界面，為Si襯底生長GaAs太陽能電池提供了更為廣泛和高效的方法和途徑。
【專利說明】
一種SI襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池(Solar Cell)可大致分為三代，第一代為硅晶電池，又可大致分為單晶硅與多晶硅兩種，商業(yè)應(yīng)用之歷史最悠久，已被廣泛應(yīng)用于家庭與消費(fèi)性商品;第二代產(chǎn)品為薄膜太陽能電池，主要構(gòu)成材料為非晶硅(Amorphous)與二六族化合物半導(dǎo)體，常被運(yùn)用于建筑涂料;第三代即為砷化鎵三五族太陽能電池，砷化鎵(GaAs)被運(yùn)用于太空作為發(fā)電用途已有很長的歷史，主要因?yàn)樯榛壘哂辛己玫哪蜔帷⒛洼椛涞忍匦裕虼吮粡V泛利用在太空發(fā)電用途，唯價(jià)格過于高昂，故過去未被使用于地面及家庭消費(fèi)性用途。然而隨著人類對半導(dǎo)體材料的認(rèn)識益深，搭配上聚光光學(xué)組件，如今砷化鎵電池之轉(zhuǎn)換效率已可高達(dá)40%，制造成本亦大幅降低。在全球熱切尋找永續(xù)替代能源的今日，高效率砷化鎵太陽能電池將是光能發(fā)電的另一項(xiàng)重要選擇。
[0003]太陽電池是一種能量轉(zhuǎn)換的光電元件，它是經(jīng)由太陽光照射后，把光的能量轉(zhuǎn)換成電能，此種光電元件稱為太陽電池(SoIar Cell)。從物理學(xué)的角°C來看，有人稱之為光伏電池(Photovoltaic，簡稱PV)，其中的photo就是光(light)，而voltaic就是電力(electricity)。太陽電池的種類繁多，若依材料的種類來區(qū)分，可分為單晶娃(singlecrystal silicon)、多晶石圭(polycrystal silicon)、非晶石圭(amorphous silicon，簡稱a_S i)、II1- V族[包括:砷化鎵(GaAs )、磷化銦(InP)、磷化鎵銦(InGaP) ]、II _ VI族[包括:碲化鎘(CdTe)、砸化銦銅(CuInSe 2)]等。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。
[0004]其原理是當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結(jié)。
[0005]當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P區(qū)移動(dòng)，而P區(qū)中的電子往N區(qū)移動(dòng)，從而形成從N區(qū)到P區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。如圖1所示。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過PN結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋PN結(jié)，以增加入射光的面積。
[0006]GaAs(砷化鎵)光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術(shù)制備。用GaAs作襯底的光電池效率高達(dá)29.5% (—般在19.5%左右)，產(chǎn)品耐高溫和輻射，但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，目前主要作空間電源用。使用Si襯底，用MOCVD技術(shù)制造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。在Si襯底上進(jìn)行生長GaAs太陽能電池具有極大的市場前景和技術(shù)潛力，Si襯底價(jià)格便宜面積大，并且對比其他太陽能常用襯底如Ge襯底資源豐富，對于GaAs襯底處理時(shí)不會(huì)產(chǎn)生毒類物質(zhì)，實(shí)用意義更大。但是由于Si襯底與GaAs材料禁帶系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等技術(shù)因素有關(guān)，目前的技術(shù)一直在進(jìn)行研發(fā)探索。
[0007]中國專利文獻(xiàn)CN101859814A公開了一種在硅襯底上生長InGaP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池的方法，首先在硅襯底上外延生長組分漸變的GexSi I — X應(yīng)力過渡層，然后在應(yīng)力過渡層上形成應(yīng)力完全弛豫的Ge薄膜層，接著在上述Ge/GexSi I — x/Si模板上，外延生長形成包括底部Ge子電池、中部GaAs子電池和頂部InGaP子電池的InGaP/GaAs/Ge三結(jié)高效太陽能電池。本專利主要是提供直接在Si襯底上通過變溫生長GaAs過渡層然后進(jìn)行生長單結(jié)太陽能電池的方法，兩者目的一樣，但是實(shí)現(xiàn)的手段與方法不盡相同。
[0008]中國專利文獻(xiàn)CN103346190A公開了一種Si襯底的四結(jié)級聯(lián)太陽能電池，包括從下至上依次設(shè)置在Si襯底上的第一鍵合層、InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池、第二鍵合層、第三鍵合層、GalnP/GaAs雙結(jié)電池，使所述InGaAsP/InGaAs雙結(jié)電池、GalnP/GaAs雙結(jié)電池在Si襯底上形成串聯(lián)。本發(fā)明還提供這種太陽能電池的制備方法。本發(fā)明采用Si襯底作為支撐襯底具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，采用了鍵合后再正裝生長薄層的雙結(jié)電池的方式，且GaAs與InP薄層鍵合方法實(shí)現(xiàn)了四結(jié)電池的晶格匹配生長。但是，該專利存在以下缺陷:沒有根本解決材料結(jié)構(gòu)之間的禁帶和熱膨脹系數(shù)問題，多次鍵合后對材料質(zhì)量和光電轉(zhuǎn)換效率有一定影響。
[0009]中國專利文獻(xiàn)CN103311354A公開了一種Si襯底三結(jié)級聯(lián)太陽電池，包括按照遠(yuǎn)離Si襯底的方向依次在Si襯底上生長的第一過渡層、GeSi底電池、第二過渡層、第一隧道結(jié)、GaAs中間電池、第二隧道結(jié)、GaInP頂電池、GaAs接觸層。本發(fā)明采用Si襯底制作的三結(jié)級聯(lián)太陽能電池，實(shí)現(xiàn)帶隙能量分別為1.89eV/1.42eV/1.0eV，獲得高電壓、低電流輸出，從而有效降低超高倍聚光太陽電池中的電阻損失，實(shí)現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率。但是，該專利存在以下缺陷:該結(jié)構(gòu)增加了生產(chǎn)制造成本，并且無法實(shí)現(xiàn)從Si襯底直接向GaAs材料過渡形成單結(jié)電池的優(yōu)勢，增加了產(chǎn)品的不穩(wěn)定性。
[00?0]綜上所述，現(xiàn)有的單晶、多晶娃、有機(jī)物太陽能電池轉(zhuǎn)化效率不尚，而使用Ge襯底生長GaAs單結(jié)太陽能電池，由于Ge襯底自身價(jià)格較高且來源不豐富、成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)；
[0012]本發(fā)明還提供了上述Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法；
[0013]本發(fā)明利用MOCVD技術(shù)通過溫度等手段直接在Si襯底上生長GaAs材料，通過熱處理以及GaAs低溫緩沖層、GaAs高溫緩沖層解決Si襯底與GaAs單結(jié)太陽能電池的禁帶和熱膨脹系數(shù)問題，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)中Al組分實(shí)現(xiàn)最大光電轉(zhuǎn)換效率，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)民用鋪平了道路。
[0014]術(shù)語解釋
[0015]1、M0CVD:金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，MOCVD設(shè)備是半導(dǎo)體化合物生長的常用設(shè)備，廣泛用于半導(dǎo)體電子器件制造行業(yè)。
[0016]2、摻雜濃度:單位1E19個(gè)原子/cm3就是指每單位立方厘米中有1*1019個(gè)原子。
[0017]3、AM0:AM為大氣質(zhì)量，AMO即大氣質(zhì)量為0，代表空間應(yīng)用環(huán)境。
[0018]4、AM1:表示陽光垂直穿透大氣，S卩0°入射。
[0019]5、ΑΜ1.5:表示陽光以45。入射。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0021 ] 一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括依次從下到上設(shè)置的Si襯底、GaAs低溫緩沖層、GaAs高溫緩沖層、AlGaAs背場層、GaAs基層、GaAs發(fā)射層、AlGaAs窗口層、GaAs電極接觸層，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為20-100nm，摻雜濃度為1Ε17-6Ε18個(gè)原子/cm3;所述GaAs高溫緩沖層的厚度為0.3-3um，摻雜濃度為1E17-6E18個(gè)原子/cm3。
[0022]通過對Si襯底500-850 °C高溫?zé)崽幚?，并且?00-750 °C生長GaAs低溫緩沖層，在600-750 0C生長GaAs高溫緩沖層，解決了 Si襯底與GaAs材料的晶格匹配問題，通過高低溫切換實(shí)現(xiàn)了 GaAs材料在Si襯底上進(jìn)行生長的可能性，為繼續(xù)生長新材料提供新鮮界面，為Si襯底生長GaAs太陽能電池提供了更為廣泛和高效的方法和途徑。AlGaAs背場層因?yàn)槠浣麕挾缺容^高，降低背面的電子復(fù)合，起到阻止電子流失的作用;GaAs基層為電子聚集提供了場所;GaAs發(fā)射層為空穴聚集提供了場所;AlGaAs窗口層，因?yàn)槠浣麕挾茸罡?，所以能起到鈍化表面，降低非輻射復(fù)合，為空穴能在發(fā)射層聚集起到阻止作用;位于最上層的GaAs電極接觸層，則是起到接通電極的作用。
[0023]采用Si襯底代替了傳統(tǒng)的Ge襯底和GaAs襯底，其作用就是降低太陽能電池生產(chǎn)成本，提尚生廣的單片面積。
[0024]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，AlGaAs背場層采用AlxGa1-XAs材料，X的取值范圍為0-0.5;進(jìn)一步優(yōu)選的，乂的取值范圍為0.1 -0.45;特別優(yōu)選的，X = 0.35。
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，AlGaAs窗口層采用AhGa1-YAs材料，Y的取值范圍為0.5-1;進(jìn)一步優(yōu)選的，Y的取值范圍為0.45-0.95 ；特別優(yōu)選的，Y = 0.65。
[0026]通過調(diào)整AlxGai—xAs材料和AhGa1-YAs材料中各自Al的組分，實(shí)現(xiàn)對太陽光高低能態(tài)光子的吸收，極大地提高了太陽能光電轉(zhuǎn)換效率，比普通的太陽能電池效率提高20%以上。
[0027]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為50_100nm，摻雜濃度為5E17-6E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs高溫緩沖層的厚度為0.3-2um，摻雜濃度為5E17-6E18個(gè)原子/cm3 ；
[0028]特別優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為80nm，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs高溫緩沖層的厚度為0.6um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3 0
[0029]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述AlGaAs背場層厚度為0.1-0.5μπι，摻雜濃度為1E17-6E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層的厚度為2-5um，摻雜濃度為1Ε17-6Ε18個(gè)原子/cm3;
[0030]所述GaAs發(fā)射層的厚度為0.05-1.0um，摻雜濃度為1E18-1E20個(gè)原子/cm3;
[0031 ] 所述AlGaAs窗口層的厚度為0.03-0.5um，摻雜濃度為1E18-1E20個(gè)原子/cm3 ；
[0032]所述GaAs電極接觸層的厚度為0.1-1.511111，摻雜濃度為比18-^20個(gè)原子/0113;
[0033]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述AlGaAs背場層厚度為0.25-0.35μm，摻雜濃度為5E17-lE18個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層的厚度為3-5um，摻雜濃度為5E17-1E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs發(fā)射層的厚度為0.06-0.9um，摻雜濃度為3E18-1E20個(gè)原子/cm3;所述AlGaAs窗口層的厚度為
0.05-0.5um，摻雜濃度為 3E18-1E20 個(gè)原子/cm3 ；
[0034]所述GaAs電極接觸層的厚度為0.2-111111，摻雜濃度為比19-^20個(gè)原子/0113;
[0035]特別優(yōu)選的，所述AlGaAs背場層厚度為0.27um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層的厚度為3.2um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs發(fā)射層的厚度為0.2um，摻雜濃度為3E19個(gè)原子/cm3;所述AlGaAs窗口層的厚度為0.15um，摻雜濃度為3E19個(gè)原子/cm3;所述GaAs電極接觸層的厚度為0.5um，摻雜濃度為8E19個(gè)原子/ cm3。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，包括采用MOCVD方法在Si襯底上生長外延層，具體步驟包括:
[0037](I)在500-850 °C溫度下，通入H2，對所述Si襯底高溫清洗;去除所述Si襯底表面水氧并為步驟(2)做準(zhǔn)備；
[0038](2)降溫至500-750 V，通入TMGa和AsH3，在所述Si襯底上生長所述GaAs低溫緩沖層；
[0039](3)升溫至600_750°C，在所述GaAs低溫緩沖層上生長所述GaAs高溫緩沖層；
[0040](4)保持步驟(3)的溫度，通入TMAl，在所述GaAs高溫緩沖層上生長所述AlGaAs背場層；
[0041 ] (5)降溫至550_700°C，在所述AlGaAs背場層上生長所述GaAs基層；
[0042](6)在550_750°C溫度下，在所述GaAs基層上依次生長所述GaAs發(fā)射層、所述AlGaAs 窗口 層；
[0043](7)降溫至500-600°C，在所述AlGaAs窗口層上生長所述GaAs電極接觸層。
[0044]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)、(2)、( 3)中，
[0045](I)在800°C溫度下，通入H2,對所述Si襯底高溫清洗;去除所述Si襯底表面水氧并為步驟(2)做準(zhǔn)備；
[0046](2)降溫至550 0C，通入TMGa和AsH3，在所述Si襯底上生長所述GaAs低溫緩沖層；
[0047](3)升溫至700 V，在所述GaAs低溫緩沖層上生長所述GaAs高溫緩沖層。
[0048]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備過程中，M0CVD設(shè)備的壓力為50-200mbar。
[0049]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層、所述GaAs高溫緩沖層、所述AlGaAs背場層的N型摻雜源為Si 2?;所述GaAs基層、所述GaAs發(fā)射層、所述AlGaAs窗口層、所述GaAs電極接觸層的P型摻雜源為CBr4或DEZn。
[0050]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述出的流量為25000 — 40000SCCm;所述TMGa的純度大于等于99.99%，所述TMGa的恒溫槽的溫度為(_5)_15°C ;所述TMAl的純度大于等于99.99%，所述TMAl的恒溫槽的溫度為10-28°C;所述AsH3的純度大于等于99.99%;所述Si2H6的純度大于等于99.99%；所述CBr4的純度大于等于99.99%,所述CBr4的恒溫槽的溫度為0_25 °C ;所述DEZn的純度大于等于99.99%，所述DEZn的恒溫槽的溫度為0_25°C。
[0051 ] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述TMGa的純度為99.9999 %，所述TMAl的純度為99.9999 %，所述AsH3的純度為99.9999%，所述Si2H6的純度為99.9999%，所述CBr4的純度為99.9999%，所述DEZn的純度為99.9999%。
[0052]本發(fā)明的有益效果為:
[0053]1、本發(fā)明通過對Si襯底500-850°C高溫?zé)崽幚?，并且?00-750 °C生長GaAs低溫緩沖層，在600-750 °C生長GaAs高溫緩沖層，解決了 Si襯底與GaAs材料的晶格匹配問題，通過高低溫切換實(shí)現(xiàn)了 GaAs材料在Si襯底上進(jìn)行生長的可能性，為繼續(xù)生長新材料提供新鮮界面，為Si襯底生長GaAs太陽能電池提供了更為廣泛和高效的方法和途徑。Si襯底的熱導(dǎo)率(145.7ff/m.K)是GaAs襯底熱導(dǎo)率的3倍，極大地提高了電流工作能力。
[0054]2、本發(fā)明采用Si襯底代替了傳統(tǒng)的Ge襯底和GaAs襯底，降低了太陽能電池生產(chǎn)成本，提尚生廣的單片面積。
[0055]3、通過調(diào)整AlxGa1-XAs材料和AhGa1-YAs材料中各自Al的組分，實(shí)現(xiàn)對太陽光高低能態(tài)光子的吸收，極大地提高了太陽能光電轉(zhuǎn)換效率，比普通的太陽能電池效率提高20%以上，達(dá)到了 17 %的轉(zhuǎn)換效率，為使用Si襯底大規(guī)模量產(chǎn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0056]圖1為PN結(jié)的原理圖。
[0057]圖2為本發(fā)明Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0058]1、太陽光，2、P區(qū)，3、N區(qū)，4、電流方向，5、Si襯底，6、GaAs低溫緩沖層，7、GaAs高溫緩沖層，8、AlGaAs背場層，9、GaAs基層，ICKGaAs發(fā)射層，ll、AlGaAs窗口層，12、GaAs電極接觸層。
【具體實(shí)施方式】
[0059]下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。
[0060]實(shí)施例1
[0061 ] 一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，包括依次從下到上設(shè)置的Si襯底5、GaAs低溫緩沖層6、GaAs高溫緩沖層7、AlGaAs背場層8、GaAs基層9、GaAs發(fā)射層10、AlGaAs窗口層11、GaAs電極接觸層12。如圖2所示。
[0062]所述GaAs低溫緩沖層6的厚度為80nm，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs高溫緩沖層7的厚度為0.6um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3。
[0063]AlGaAs背場層8采用GaAs材料;AlGaAs窗口層11采用AhGa1-YAs材料，Y = 0.5。
[0064]通過調(diào)整AlxGa1-XAs材料和AhGa1-YAs材料中各自Al的組分，實(shí)現(xiàn)對太陽光高低能態(tài)光子的吸收，極大地提高了太陽能光電轉(zhuǎn)換效率，比普通的太陽能電池效率提高20%。
[0065]所述AlGaAs背場層8厚度為0.27um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層9的厚度為3.2um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs發(fā)射層10的厚度為0.2um，摻雜濃度為3E19個(gè)原子/cm3;所述AlGaAs窗口層ll的厚度為0.15um，摻雜濃度為3E19個(gè)原子/Cm3;所述GaAs電極接觸層12的厚度為0.5um，摻雜濃度為8E19個(gè)原子/cm3。
[0066]實(shí)施例2
[0067 ]根據(jù)實(shí)施例1所述的一種S i襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于，
[0068]AlGaAs 背場層 8 采用 AlxGapxAs 材料，X = 0.S13AlGaAs 窗口層11 采用 AhGa1-YAs 材料，Y=l。GaAS低溫緩沖層6的厚度為100nm，摻雜濃度為6E18個(gè)原子/Cm3;GaAS高溫緩沖層7的厚度為3um，摻雜濃度為6E18個(gè)原子/cm3。
[0069]實(shí)施例3
[0070]根據(jù)實(shí)施例1所述的一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于，
[0071]AlGaAs 背場層 8 采用 AlxGapxAs 材料，X = 0.UAlGaAs 窗口層11 采用 AhGa1-YAs 材料，￥ = 0.45<^48低溫緩沖層6的厚度為2011111，摻雜濃度為^17個(gè)原子/0113;6&48高溫緩沖層7的厚度為0.3um，摻雜濃度為1E17個(gè)原子/cm3。
[0072]實(shí)施例4
[0073]根據(jù)實(shí)施例1所述的一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于，
[0074]AlGaAs背場層8采用AlxGai—xAs材料，X = 0.45 JlGaAs窗口 層11采用AlyGai—yAs材料，Y = 0.95。GaAS低溫緩沖層6的厚度為100nm，摻雜濃度為6E18個(gè)原子/Cm3;GaAS高溫緩沖層7的厚度為2um，摻雜濃度為6E18個(gè)原子/cm3;
[0075]實(shí)施例5
[0076 ]根據(jù)實(shí)施例1所述的一種S i襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其區(qū)別在于，
[0077]AlGaAs背場層8采用AlxGai—xAs材料，X = 0.35 JlGaAs窗口 層11采用AlyGai—yAs材料，Y = 0.65。GaAS低溫緩沖層6的厚度為50nm，摻雜濃度為5E17個(gè)原子/Cm3;GaAS高溫緩沖層7的厚度為0.3um，摻雜濃度為5E17個(gè)原子/cm3;
[0078]實(shí)施例6
[0079]實(shí)施例1- 5任一所述的S i襯底G a A s單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，包括采用MOCVD方法在Si襯底上生長外延層，工藝條件如下:反應(yīng)室壓力:50 — 200mbar，H2流量為25000 — 40000sccm;H2的純度為99.9999%有機(jī)金屬源TMAl的純度為99.9999%，所述TMAl的恒溫槽的溫度為10-28°C ;有機(jī)金屬源TMGa的純度為99.9999%，所述TMGa的恒溫槽的溫度為(_5)_15°C;有機(jī)化合物源CBr4的純度為99.9999%，所述CBr4的恒溫槽的溫度為0-25°C ;有機(jī)金屬源DEZn的純度為99.9999%，所述DEZn的恒溫槽的溫度為0_25°C ;AsH3的純度為99.9995%Si2H6的純度為99.9995% ；具體步驟包括:
[0080](I)在850°C溫度下，通入H2,對所述Si襯底5高溫清洗12分鐘；去除所述Si襯底表面水氧并為步驟(2)做準(zhǔn)備；
[0081 ] (2)降溫至500°C，通入TMGa和AsH3,在所述Si襯底5上生長所述GaAs低溫緩沖層6;
[0082](3)升溫至750°C，在所述GaAs低溫緩沖層6上生長所述GaAs高溫緩沖層7;
[0083](4)保持步驟(3)的溫度，通入TMAl，在所述GaAs高溫緩沖層7上生長所述AlGaAs背場層8;
[0084](5)降溫至65CTC，在所述AlGaAs背場層8上生長所述GaAs基層9;
[0085](6)在650°C溫度下，在所述GaAs基層9上依次生長所述GaAs發(fā)射層10、所述AlGaAs窗口層11;
[0086](7)降溫至500°C，在所述AlGaAs窗口層11上生長所述GaAs電極接觸層12。
[0087]所述GaAs低溫緩沖層6、所述GaAs高溫緩沖層7、所述AlGaAs背場層8的N型摻雜源為S i 2?;所述GaAs基層9、所述GaAs發(fā)射層1、所述AlGaAs窗口層11、所述GaAs電極接觸層12的P型摻雜源為CBr4或DEZn。
[0088]在制備的Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)上經(jīng)過金屬蒸鍍、光刻電極，并蒸鍍Ti02/Si02雙層減反膜，在AMO、I sun、25 °C條件下實(shí)現(xiàn)太陽能光電轉(zhuǎn)換效率為17%。
[0089]實(shí)施例7
[0090 ]實(shí)施例1 - 5任一所述的S i襯底G a A s單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，包括采用MOCVD方法在Si襯底上生長外延層，具體步驟包括:
[0091 ] (I)在800°C溫度下，通入H2，對所述Si襯底5高溫清洗20分鐘；去除所述Si襯底表面水氧并為步驟(2)做準(zhǔn)備；
[0092](2)降溫至550°C，通入TMGa和AsH3，在所述Si襯底5上生長所述GaAs低溫緩沖層6;
[0093](3)升溫至700°C，在所述GaAs低溫緩沖層6上生長所述GaAs高溫緩沖層7;
[0094](4)保持步驟(3)的溫度，通入TMAl，在所述GaAs高溫緩沖層7上生長所述AlGaAs背場層8;
[0095](5)降溫至600°C，在所述AlGaAs背場層8上生長所述GaAs基層9;
[0096](6)在620 °C溫度下，在所述GaAs基層9上依次生長所述GaAs發(fā)射層1、所述AlGaAs窗口層11;
[0097](7)降溫至550°C，在所述AlGaAs窗口層11上生長所述GaAs電極接觸層12。
[0098]所述GaAs低溫緩沖層6、所述GaAs高溫緩沖層7、所述AlGaAs背場層8的N型摻雜源為S i 2?;所述GaAs基層9、所述GaAs發(fā)射層1、所述AlGaAs窗口層11、所述GaAs電極接觸層12的P型摻雜源為CBr4或DEZn。
[0099]在制備的Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)上經(jīng)過金屬蒸鍍、光刻電極，并蒸鍍Ti02/Si02雙層減反膜，在AMO、I sun、25 °C條件下實(shí)現(xiàn)太陽能光電轉(zhuǎn)換效率為17%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括依次從下到上設(shè)置的Si襯底、GaAs低溫緩沖層、GaAs高溫緩沖層、AlGaAs背場層、GaAs基層、GaAs發(fā)射層、AlGaAs窗口層、GaAs電極接觸層，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為20-100nm，摻雜濃度為1E17-6E18個(gè)原子/cm3，所述GaAs高溫緩沖層的厚度為0.3-3um，摻雜濃度為1E17-6E18個(gè)原子/cm3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為50-100nm，摻雜濃度為5E17-6E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs高溫緩沖層的厚度為0.3-2um，摻雜濃度為5E17-6E18個(gè)原子/cm3 ； 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為80nm，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs高溫緩沖層的厚度為0.6um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，AlGaAs背場層采用AlxGa1-XAs材料，X的取值范圍為0-0.5;進(jìn)一步優(yōu)選的，X的取值范圍為0.1-0.45；特別優(yōu)選的，X = 0.35。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，AlGaAs窗口層采用AhGa1-YAs材料，Y的取值范圍為0.5_1;進(jìn)一步優(yōu)選的，Y的取值范圍為0.45-0.95 ；特別優(yōu)選的，Y = 0.65。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述AlGaAs背場層厚度為0.1-0.5μπι，摻雜濃度為1E17-6E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層的厚度為2-5um，摻雜濃度為1E17-6E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs發(fā)射層的厚度為0.05-1.0um，摻雜濃度為1E18-1E20個(gè)原子/cm3;所述AlGaAs窗口層的厚度為0.03-0.5um，摻雜濃度為lE18-lE20個(gè)原子/Cm3;所述GaAS電極接觸層的厚度為0.1-1.5um，摻雜濃度為lE18-lE20個(gè)原子/cm3 ； 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述AlGaAs背場層厚度為0.25-0.35μπι，摻雜濃度為5E17-1E18個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層的厚度為3-5um，摻雜濃度為5Ε17-1Ε18個(gè)原子/cm3;所述GaAs發(fā)射層的厚度為0.06-0.9um，摻雜濃度為3E18-1E20個(gè)原子/cm3 ；所述AlGaAs窗口層的厚度為0.05-.0.5um，摻雜濃度為3E18-1E20個(gè)原子/cm3;所述GaAs電極接觸層的厚度為0.2-lum，摻雜濃度為1E19-1E20個(gè)原子/cm3 ； 特別優(yōu)選的，所述AlGaAs背場層厚度為0.27um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs基層的厚度為3.2um，摻雜濃度為7E17個(gè)原子/cm3;所述GaAs發(fā)射層的厚度為0.2um，摻雜濃度為3E19個(gè)原子/cm3;所述AlGaAs窗口層的厚度為0.15um，摻雜濃度為3E19個(gè)原子/cm3;所述GaAs電極接觸層的厚度為0.5um，摻雜濃度為8E19個(gè)原子/cm3。6.權(quán)利要求1-5任一所述的S i襯底GaA s單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括采用MOCVD方法在Si襯底上生長外延層，具體步驟包括: (1)在500-850°C溫度下，通入H2，對所述Si襯底高溫清洗； (2)降溫至500-7500C，通入TMGa和AsH3，在所述Si襯底上生長所述GaAs低溫緩沖層； (3)升溫至600-750°C，在所述GaAs低溫緩沖層上生長所述GaAs高溫緩沖層； (4)保持步驟(3)的溫度，通入TMA1，在所述GaAs高溫緩沖層上生長所述AlGaAs背場層； (5)降溫至550-7000C，在所述AlGaAs背場層上生長所述GaAs基層； (6)在550-750°C溫度下，在所述GaAs基層上依次生長所述GaAs發(fā)射層、所述AlGaAs窗口層; (7)降溫至500-600°C，在所述AlGaAs窗口層上生長所述GaAs電極接觸層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)、(2)、⑶中: (1)在800°C溫度下，通入H2,對所述Si襯底高溫清洗;去除所述Si襯底表面水氧并為步驟(2)做準(zhǔn)備； (2)降溫至5500C，通入TMGa和AsH3，在所述Si襯底上生長所述GaAs低溫緩沖層； (3)升溫至7000C，在所述GaAs低溫緩沖層上生長所述GaAs高溫緩沖層。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備過程中，MOCVD設(shè)備的壓力為50-200mbar;所述GaAs低溫緩沖層、所述GaAs高溫緩沖層、所述AlGaAs背場層的N型摻雜源為Si2H6;所述GaAs基層、所述GaAs發(fā)射層、所述AlGaAs窗口層、所述GaAs電極接觸層的P型摻雜源為CBr4或DEZn09.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Si襯底GaAs單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述出的流量為25000-400008(^111;所述了]\?^的純度大于等于99.99%，所述了]\?^的恒溫槽的溫度為(_5)_15°C;所述TMAl的純度大于等于99.99%，所述TMAl的恒溫槽的溫度為10-280C ;所述AsH3的純度大于等于99.99%；所述Si2H6的純度大于等于99.99%；所述CBr4的純度大于等于99.99%，所述CBr4的恒溫槽的溫度為0-25°C ;所述DEZn的純度大于等于99.99%，所述DEZn的恒溫槽的溫度為0-25°C。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的Si襯底G a A s單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述TMGa的純度為99.9999%，所述TMAl的純度為99.9999 %，所述AsH3的純度為.99.9999%，所述Si2H6的純度為99.9999%，所述CBr4的純度為99.9999%，所述DEZn的純度為99.9999 %。
【文檔編號】C23C16/44GK105938856SQ201610486170
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月27日
【發(fā)明人】張雨, 吳德華, 鄧桃, 于軍, 張新
【申請人】山東浪潮華光光電子股份有限公司