CN101651169A - 一种高效太阳电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高效太阳电池的制备方法，属于半导体技术领域，涉及应用于太空和地面的太阳电池的结构及其制造方法。包括如下步骤：以锗单晶片为衬底、在锗单晶片的一面制作一层保护层材料、利用金属有机化学沉积法在另一面生长太阳电池外延片。本发明太阳电池可以为单结、双结或是多结级联电池，该发明的重点在于在外延电池的背面预先制备一层保护层，以获得高质量的电池结构外延片，该制备方法工艺稳定，所制备太阳电池性能稳定、效率高。

Description

一种高效太阳电池的制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及应用于太空和地面的太阳电池的结构及其制造方法。
背景技术
太阳能是新能源与可再生能源的一种，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，这一点已经得到了人们充分认识。通过转换装置直接把太阳辐射能转换成电能，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，太阳能光伏技术已经飞速发展。
近年来，以光伏技术为代表的光电转换技术迅猛发展，新技术不断出现，电池效率不断提高。多结叠层光电池的研究更是令人振奋，聚光条件下GaInP/Ga(In)As/Ge[镓铟磷/镓(铟)砷/锗]多结光电池的实验室转化效率已经突破了40％，高效率的电池受到广泛重视。随着空间科学技术的发展，航天器的功率要求也越来越高。尤其是年代以后微小卫星和长寿命卫星的发展，对太阳电池的转换效率和抗辐射能力提出了更高的要求。由于多结太阳电池具有高的转换效率，能满足空间应用的飞速发展，成为近年来太阳电池研究的热点。
1990年，研制出AM(airmass，大气质量，定义为1/cosφ，φ为太阳光线与法线的夹角)1.5效率为27.3％的GaInP/GaAs/Ge(镓铟磷/砷化镓/锗)的双结光电池。经过对电池结构和栅线的进一步改进，1994年，效率又提高到29.5％(AM1.5)。1997年，采用GaInP隧道结结构，GaInP/GaAs/Ge双结光电池的AM1.5效率提高到30.28％。1998年，研制出效率为33.3％的整体级联三结GaInP/GaAs/Ge光电池。此外人们还从理论上设计了4结和5结的叠层光电池，给出了多结光电池的理论效率、期望效率和实验效率，但多年来一直进展缓慢。造成这一结果的一个重要原因是，高质量电池外延材料的难以获得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效太阳电池的制备方法。
本发明包括如下步骤：
1)以锗单晶片为衬底；
2)在锗单晶片的一面制作一层保护层材料；
3)利用金属有机化学沉积法在另一面生长太阳电池外延片。
本发明太阳电池可以为单结、双结或是多结级联电池，该发明的重点在于在外延电池的背面预先制备一层保护层，以获得高质量的电池结构外延片，该制备方法工艺稳定，所制备太阳电池性能稳定、效率高。
本发明所述保护层材料为半导体材料层或氮氧化物材料层。
所述半导体材料层的半导体材料可以为砷化镓、铝镓砷、铟镓砷、铟镓磷、铝镓铟磷、铟磷三五族中的任一种半导体材料。
所述氮氧化物材料层可以为SiOx、SiNx、Si(ON)x、TiOx、TaOx中的任一膜层，所述0＜X≤10。
本发明所述保护层的生长方法为PECVD、MOCVD、PVD、MBE、LPE中的任一种。
所述保护层的厚度为0.01～20微米。
本发明所述外延片的结构为单结砷化镓/砷化镓、砷化镓/锗，或双结镓铟磷/砷化镓、镓铟磷/铟镓砷、铝镓铟磷/砷化镓、铝镓铟磷/铟镓砷，或三结镓铟磷/砷化镓/锗、铝镓铟磷/砷化镓/锗、镓铟磷/铟镓砷/锗、铝镓铟磷/铟镓砷/锗。
具体实施方式
1、以锗单晶片为衬底。
2、衬底放入MOCVD设备反应腔的石墨基座上，在高频感应下加热，300～900℃下高温预热3～15min。
3、将生长源由超纯氢气携带进入反应室，载气由质量流量计(MFC)和压力计(PC)精确控制流量和压力，从而控制带入反应室的反应源的量。氢气的总流量控制在20～40L/min，有机源气体混合物向沉积区输运，从衬底表面流过。反应物分子扩散到衬底表面上热解产生原子，形成的原子在衬底表面上找到合适的晶格位置并固定下来。
4、在锗衬底的一面生长一层半导体材料层或氮氧化物材料保护层，厚度为0.01～20微米：
半导体材料层的半导体材料为砷化镓、铝镓砷、铟镓砷、铟镓磷、铝镓铟磷、铟磷三五族中的任一种半导体材料。
氮氧化物材料层为SiOx、SiNx、Si(ON)x、TiOx、TaOx中的任一膜层，其中，0＜X≤10。
用MOCVD、MBE或LPE方法生长砷化镓、铝镓砷、铟镓砷、铟镓磷、铝镓铟磷、铟磷三五族半导体材料，优先选择MOCVD的生长方法。
用PECVD或PVD方法生长SiOx、SiNx、Si(ON)x、TiOx、TaOx氮氧化物材料保护层，优先选择PECVD的方法。
5、用MOCVD在锗衬底的另一面成功生长出高性能的太阳电池外延片。
该外延片的结构可以为单结砷化镓/砷化镓、砷化镓/锗，或双结镓铟磷/砷化镓、镓铟磷/铟镓砷、铝镓铟磷/砷化镓、铝镓铟磷/铟镓砷，或三结镓铟磷/砷化镓/锗、铝镓铟磷/砷化镓/锗、镓铟磷/铟镓砷/锗、铝镓铟磷/铟镓砷/锗。

Claims (9)

1、一种高效太阳电池的制备方法，以锗单晶片为衬底，在锗单晶片的一面利用金属有机化学沉积法生长太阳电池外延片，其特征在于在制作外延片之前，在锗衬底的另一面制作保护层。
2、根据权利要求1所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于所述保护层的厚度为0.01～20微米。
3、根据权利要求1所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于所述保护层材料为半导体材料层或氮氧化物材料层。
4、根据权利要求3所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于所述半导体材料层的半导体材料为砷化镓、铝镓砷、铟镓砷、铟镓磷、铝镓铟磷、铟磷三五族中的任一种半导体材料。
5、根据权利要求3所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于所述氮氧化物材料层为SiOx、SiNx、Si(ON)x、TiOx、TaOx中的任一膜层，所述0＜X≤10。
6、根据权利要求1所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于所述保护层的生长方法为PECVD、MOCVD、PVD、MBE、LPE中的任一种。
7、根据权利要求1所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于所述外延片的结构为单结砷化镓/砷化镓、砷化镓/锗，或双结镓铟磷/砷化镓、镓铟磷/铟镓砷、铝镓铟磷/砷化镓、铝镓铟磷/铟镓砷，或三结镓铟磷/砷化镓/锗、铝镓铟磷/砷化镓/锗、镓铟磷/铟镓砷/锗、铝镓铟磷/铟镓砷/锗。
8、根据权利要求7所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于采用MOCVD或MBE或LPE方法生长砷化镓、铝镓砷、铟镓砷、铟镓磷、铝镓铟磷、铟磷三五族半导体材料。
9、根据权利要求7所述高效太阳电池的制备方法，其特征在于采用PECVD或PVD方法生长SiOx、SiNx、Si(ON)x、TiOx、TaOx氮氧化物材料保护层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106784127A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 北京汉能创昱科技有限公司 一种双结薄膜太阳能电池组件及其制作方法
CN106784108A (zh) * 2015-11-20 2017-05-31 北京汉能创昱科技有限公司 一种双结薄膜太阳能电池组件及其制作方法

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