CN101908581B - 磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法 - Google Patents

磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101908581B
CN101908581B CN2010102173740A CN201010217374A CN101908581B CN 101908581 B CN101908581 B CN 101908581B CN 2010102173740 A CN2010102173740 A CN 2010102173740A CN 201010217374 A CN201010217374 A CN 201010217374A CN 101908581 B CN101908581 B CN 101908581B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
quantum dot
gaas
stress compensation
quantum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010102173740A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101908581A (zh
Inventor
王科范
杨晓光
杨涛
王占国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN2010102173740A priority Critical patent/CN101908581B/zh
Publication of CN101908581A publication Critical patent/CN101908581A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101908581B publication Critical patent/CN101908581B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，包括如下步骤：步骤1：选择一n+型GaAs单晶片作为衬底；步骤2：在衬底上依次生长n型GaAs层和本征GaAs缓冲层；步骤3：在本征GaAs缓冲层上生长多个周期的量子点结构，作为电池的i吸收层；步骤4：在多个周期的量子点结构上依次生长p型GaAs层、p+型GaAs层、Al0.4Ga0.6As层和ZnS/MgF2层；步骤5：在ZnS/MgF2层上生长并制作上金属电极；步骤6：在衬底10的下表面制作下金属电极；步骤7：对电池组件进行封装，完成太阳电池的制作。

Description

磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法
技术领域
本发明属于光伏器件制造技术领域，具体地涉及一种磷化镓铝(GaxAl1-xP)应力补偿的砷化铟(InAs)量子点太阳电池制作方法。
背景技术
太阳电池是清洁可再生能源太阳能的一种有效利用形式，近年来引起各国政府、企业和研究机构的极大兴趣。在温室效应日益严重的今天，碳零排放的太阳电池对于保护地球环境、维持国民经济的可持续发展显得尤为重要。但是因为当前太阳电池的造价昂贵，严重阻碍了它的大规模推广使用。提高太阳电池的转换效率是降低相对成本的有效途径之一。目前在不聚光的条件下，单结GaAs和Si太阳电池的最高效率分别约为26％和25％；在聚光条件下，它们的最高效率分别可达到30％和28％；这些效率已经非常接近单结太阳电池的极限效率40.7％。通过在导带和价带之间引入中间能带可以大幅度提高单结太阳电池的理论转换效率，最高可为63.2％。中间能带太阳电池的2个突出特点是：(1)可以吸收2个低能光子(小于原来带隙)形成1个电子空穴对；(2)在保持开路电压不变的情况下，增加了电池的光电流。InAs/GaAs量子点可以通过相互间的耦合形成中间能带，所以被用来构建中间能带太阳电池，也被称为InAs/GaAs量子点中间能带太阳电池。
但是目前InAs/GaAs量子点太阳电池的转换效率最高只有18.3％，主要原因在于它在太阳光长波长区域光电流的增加非常有限，不足以补偿它所带来的开路电压降低的不利效应。
增加InAs/GaAs量子点太阳电池光电流的途径有：(1)增加量子点叠层的数目；(2)增加量子点的面密度。第(1)种方法存在的严重问题是，随着叠层数的增加，量子点周围集聚的应力越来越大，导致大量位错的产生，从而降低了太阳电池的性能。目前已经有研究人员在GaAs间隔层内插入GaP或GaNAs薄层来补偿应力，效果不错。我们则选用性质类似的GaxAl1-xP薄层来达到相同的目的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，在砷化镓间隔层内引入磷化镓铝层可以补偿失配应力，从而可以通过增加量子点层的叠层数来提高量子点的体密度，增加太阳电池的光吸收和光电流。
本发明涉及一种一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，包括如下步骤：
步骤1：选择一n+型GaAs单晶片作为衬底；
步骤2：在衬底上依次生长n型GaAs层和本征GaAs缓冲层；
步骤3：在本征GaAs缓冲层上生长多个周期的量子点结构，作为电池的i吸收层；
步骤4：在多个周期的量子点结构上依次生长p型GaAs层、p+型GaAs层、Al0.4Ga0.6As层和ZnS/MgF2层；
步骤5：在ZnS/MgF2层上生长并制作上金属电极；
步骤6：在衬底10的下表面制作下金属电极；
步骤7：对电池组件进行封装，完成太阳电池的制作。
其中多个周期的量子点结构的每一周期包括：
一InAs量子点层，在InAs量子点层上依次生长第一GaAs间隔层、GaxAl1-xP应力补偿层和第二GaAs间隔层。
其中多个周期的量子点结构的周期数小于150。
其中所述的多个周期的量子点结构中的InAs量子点层的沉积厚度介于1.5到3个原子单层，生长温度介于430℃和530℃之间。
其中所述的多个周期的量子点结构中的GaxAl1-xP应力补偿层的厚度介于1到5个原子单层，生长温度介于500℃到800℃之间；GaxAl1-xP应力补偿层与上下两层InAs量子点层的距离大于5nm，GaxAl1-xP应力补偿层中的x取值范围0＜x＜1。
其中第一GaAs间隔层和第二GaAs间隔层的生长温度高于InAs量子点层的生长温度，但小于630℃，第一GaAs间隔层和第二GaAs间隔层的厚度小于30nm。
其中步骤2-步骤6是采用分子束外延法或金属有机化学沉积法。
附图说明
图1是本发明太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明涉及一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，包括如下步骤：
1)选择一n+型GaAs单晶片作为衬底10，该衬底10的掺杂浓度为(0.6-1.4)*1018cm-3；
2)该衬底10上生长一层n型GaAs层11，厚度为250nm，生长温度是580℃，掺杂浓度为1.0*1017cm-3；
3)在n型GaAs层11上生长一层本征GaAs缓冲层12，厚度为100nm，生长温度为580℃；
4)在该本征GaAs缓冲层12上生长多个周期的量子点结构20，作为太阳电池的i吸收层，该多个周期的量子点结构20的每一周期包括：
一从下到上依次生长InAs量子点层201，第一GaAs间隔层202，GaxAl1-xP应力补偿层203和第二GaAs间隔层204；所述的多个周期的量子点结构20的周期数小于150(本实施例为100)；所述的多个周期的量子点结构20中的InAs量子点层201的沉积厚度介于1.5到3个原子单层(本实施例为2.5个原子单层)，生长温度介于430℃和530℃之间(本实施例为485℃)；所述的多个周期的量子点结构20中的GaxAl1-xP应力补偿层203的厚度介于1到5个原子单层(本实施例为2个原子单层)，生长温度介于500℃到800℃之间(本实施例为620℃)，该GaxAl1-xP应力补偿层203与上下两层InAs量子点层201的距离大于5nm(本实施例为10nm)，该GaxAl1-xP应力补偿层203中的x取值范围为0＜x＜1(本实施例为0.7)；第一GaAs间隔层202和第二GaAs间隔层204的生长温度高于InAs量子点层201的生长温度，但小于630℃(本实施例为580℃)；第一GaAs间隔层202和第二GaAs间隔层204的厚度小于30nm(本实施例为10nm)；
5)在多个周期的量子点结构20上一层p型GaAs层22，厚度为140nm，生长温度为580℃，掺杂浓度为2.0*1017cm-3；
6)在p型GaAs层22上生长一层p+型GaAs层23，厚度为250nm，生长温度为580℃，掺杂浓度为2.0*1018cm-3；
7)在p+型GaAs层23上生长一层Al0.4Ga0.6As层24(窗口层)，厚度为50nm，生长温度为600℃；
8)在Al0.4Ga0.6As层24上真空蒸镀一层ZnS/MgF2层25(减反层)；
9)在ZnS/MgF2层25上生长并制作上金属电极26；
10)在衬底10的下表面制作下金属电极27；
11)对电池组件进行封装，完成太阳电池的制作。
其中步骤2-步骤6是采用分子束外延法或金属有机化学沉积法。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，包括如下步骤：
步骤1：选择一n+型GaAs单晶片作为衬底；
步骤2：在衬底上依次生长n型GaAs层和本征GaAs缓冲层；
步骤3：在本征GaAs缓冲层上生长多个周期的量子点结构，作为电池的i吸收层，该多个周期的量子点结构的每一周期包括：
一InAs量子点层，在InAs量子点层上依次生长第一GaAs间隔层、GaxAl1-xP应力补偿层和第二GaAs间隔层，该多个周期的量子点结构中的GaxAl1-xP应力补偿层的厚度介于1到5个原子单层，生长温度介于500℃到800℃之间；GaxAl1-xP应力补偿层与上下两层InAs量子点层的距离大于5nm，GaxAl1-xP应力补偿层中的x取值范围0＜x＜1，所述第一GaAs间隔层和第二GaAs间隔层的生长温度高于InAs量子点层的生长温度，但小于630℃，第一GaAs间隔层和第二GaAs间隔层的厚度小于30nm；
步骤4：在多个周期的量子点结构上依次生长p型GaAs层、p+型GaAs层、Al0.4Ga0.6As层和ZnS/MgF2层；
步骤5：在ZnS/MgF2层上生长并制作上金属电极；
步骤6：在衬底10的下表面制作下金属电极；
步骤7：对电池组件进行封装，完成太阳电池的制作。
2.根据权利要求1所述的磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，其中多个周期的量子点结构的周期数小于150。
3.根据权利要求1所述的磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，其中所述的多个周期的量子点结构中的InAs量子点层的沉积厚度介于1.5到3个原子单层，生长温度介于430℃和530℃之间。
4.根据权利要求1所述的磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，其中步骤2-步骤6是采用分子束外延法或金属有机化学沉积法。
CN2010102173740A 2010-06-23 2010-06-23 磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法 Expired - Fee Related CN101908581B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102173740A CN101908581B (zh) 2010-06-23 2010-06-23 磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102173740A CN101908581B (zh) 2010-06-23 2010-06-23 磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101908581A CN101908581A (zh) 2010-12-08
CN101908581B true CN101908581B (zh) 2011-12-07

Family

ID=43263971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102173740A Expired - Fee Related CN101908581B (zh) 2010-06-23 2010-06-23 磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101908581B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130206A (zh) * 2010-12-23 2011-07-20 中国科学院半导体研究所 硅掺杂的砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的制作方法
CN102176490A (zh) * 2011-02-16 2011-09-07 中国科学院半导体研究所 锑辅助生长的砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的制作方法
CN110660871A (zh) * 2019-09-23 2020-01-07 华南理工大学 一种InAs量子点的远程外延结构及制备与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1905217A (zh) * 2005-07-25 2007-01-31 中国科学院半导体研究所 砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法
CN1912194A (zh) * 2006-03-20 2007-02-14 中国科学院物理研究所 一种在Si(111)衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜的方法
CN101312223A (zh) * 2007-05-21 2008-11-26 国硕科技工业股份有限公司 应用溅镀工艺在太阳能电池基板上制作薄膜的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1905217A (zh) * 2005-07-25 2007-01-31 中国科学院半导体研究所 砷化镓/锑化镓迭层聚光太阳电池的制作方法
CN1912194A (zh) * 2006-03-20 2007-02-14 中国科学院物理研究所 一种在Si(111)衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜的方法
CN101312223A (zh) * 2007-05-21 2008-11-26 国硕科技工业股份有限公司 应用溅镀工艺在太阳能电池基板上制作薄膜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101908581A (zh) 2010-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bagnall et al. Photovoltaic technologies
Razykov et al. Solar photovoltaic electricity: Current status and future prospects
Asim et al. A review on the role of materials science in solar cells
Akinoglu et al. Beyond 3rd generation solar cells and the full spectrum project. Recent advances and new emerging solar cells
CN107527967B (zh) 一种具有抗辐照结构的高效三结级联砷化镓太阳电池及其制造方法
CN105355680B (zh) 一种晶格匹配的六结太阳能电池
KR101193810B1 (ko) 다중접합 태양전지 및 그 제조방법
CN104393098B (zh) 基于半导体量子点的多结太阳能电池及其制作方法
CN105355670B (zh) 一种含dbr结构的五结太阳能电池
CN1941427A (zh) n+/p型GaAs太阳电池表面高透射率窗口层的制备方法
CN101908581B (zh) 磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法
TWI489652B (zh) 半導體磊晶結構及其裝置
Victor Du John et al. A detailed review on Si, GaAs, and CIGS/CdTe based solar cells and efficiency comparison
CN102130206A (zh) 硅掺杂的砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的制作方法
CN206282866U (zh) 一种五结叠层太阳电池
CN101976689B (zh) 一种五结半导体太阳能光伏电池芯片
CN204315612U (zh) 一种含量子结构的双面生长四结太阳电池
Myong Recent progress in inorganic solar cells using quantum structures
CN105810760A (zh) 一种晶格匹配的五结太阳能电池及其制作方法
CN102176490A (zh) 锑辅助生长的砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的制作方法
Goodnick et al. Solar cells
CN205385028U (zh) 一种晶格匹配的六结太阳能电池
CN101980367B (zh) 一种四结化合物半导体太阳能光伏电池芯片
CN205385027U (zh) 一种含dbr结构的五结太阳能电池
López-Rojas et al. A review on quantum dot solar cells: properties, materials, synthesis and devices

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111207

Termination date: 20130623