CN103165749B - 一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法 - Google Patents

一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法，在InP衬底（1）的上依次形成ＧａＡｓ子电池（2）、ＧａＩｎ Ａｓ子电池（3）、第一减反射层（4）、ＧａＩｎＰ子电池（5）、应变补偿ＧａＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓ超晶格子电池（6）、第二减反射层（7）、第三减反射层（8）、ＧａＩｎＰ子电池（9）、第四减反射层（10）、第五减反射层（12）、第六减反射层（13）；在第六减反射层（13）的表面上形成顶电极（11）；在InP衬底（1）的整个下表面形成底电极（14）。

Description

一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，特别是涉及一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法。
背景技术
光伏电池是把光能转换为电能的光电子器件，对光伏电池来说，单结的光伏电池只能覆盖及利用某一波长范围的阳光，为了充分利用太阳光不同波段的光子能量，提高光伏电池的光电转换效率，一般将多种不同带隙的半导体材料搭配，组成多结光伏电池。
目前，在晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge三结光伏电池中，在无聚光条件下光电转换效率最大能达到32％。该三结电池中Ge电池覆盖较宽的光谱，其短路电流最大可达到另外两结电池的2倍，由于受三结电池串联的制约，Ge电池对应的太阳光谱的能量没有被充分转换利用。GaInP/(In)GaAs/InGaAsN/Ge四结晶格匹配电池理论上可以获得很高的转化效率，但是受制于减小InGaAsN材料缺陷密度的生长难度，该四结电池对于材料生长具有很大的挑战。GaInP/(In)GaAs/InGaAsN/GaAs/Ge五结晶格匹配电池理论上也能获得很高的转化效率，但目前存在的问题与四结光伏电池类似。
而且光伏电池进行光转换的过程中，反射的损失降低了光伏电池单位面积入射的光子数，导致光伏电池电流密度降低，从而影响电池的能量转换效率，为提高电池的光电转换效率，应减少电池表面光的反射损失，增加光的透射。
发明内容：
为解决上述问题，本发明旨在提出一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法，采用本发明提出的方法制得的光伏电池可以达到良好的折射率匹配，提高其发光效率。
本发明提出的具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法依次包括如下步骤：
步骤一：在InP衬底(1)上利用MOVCD工艺依次生长GaAs子电池(2)和GaInAs子电池(3)；
步骤二：采用真空镀膜机，在GaInAs子电池(3)上蒸镀第一减反射层(4)；
步骤三：利用MOCVD工艺在第一减反射层(4)上依次生长GaInP子电池(5)和应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)；
步骤四：利用MOCVD工艺在应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)上生长第二减反射层(7)；
步骤五：采用真空镀膜机，在第二减反射层(7)上蒸镀第三减反射层(8)；
步骤六：利用MOCVD工艺在第三减反射层(8)上生长GaInP子电池(9)；
步骤七：利用MOCVD工艺在GaInP子电池(9)上依次生长第四减反射层(10)和第五减反射层(12)；
步骤八：采用真空镀膜机，在第五减反射层(12)上蒸镀第六减反射层(13)；
步骤九：在第六减反射层(13)的表面上，使用光刻胶覆盖住将要形成顶电极(11)的区域之外的区域之后，采用氢氟酸溶液刻蚀第五减反射层(12)和第六减反射层(13)，直至露出第四减反射层(10)为止；
步骤十：采用溅射工艺在第四减反射层(10)的将要形成顶电极(11)的区域表面上溅射金属材料，从而形成所述顶电极(11)；在InP衬底(1)的整个下表面溅射金属材料，以形成底电极(14)。
其中，蒸镀第一减反射层(4)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为110～130℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.4～0.5nm/s；
其中，蒸镀第三减反射层(8)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.4nm/s；
其中，蒸镀第六减反射层(13)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.3nm/s；
其中，MOCVD生长第二减反射层(7)和第四反射层(10)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为640～680℃，生长速率为0.4～0.6nm/s；
其中，MOCVD生长第五减反射层(12)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为660～680℃，生长速率为0.5～0.7nm/s；
其中，可采用多种金属材料来构成底电极和顶电极，在本发明中，优选采用铝、银或金等金属材料。
附图说明：
图1为本发明提出的制造方法所制得的光伏电池。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式对本发明提出的具有进行详细说明。
实施例1
本发明提出的制造方法依次包括如下步骤：
步骤一：在InP衬底(1)上利用MOVCD工艺依次生长GaAs子电池(2)和GaInAs子电池(3)；
步骤二：采用真空镀膜机，在GaInAs子电池(3)上蒸镀第一减反射层(4)；
步骤三：利用MOCVD工艺在第一减反射层(4)上依次生长GaInP子电池(5)和应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)；
步骤四：利用MOCVD工艺在应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)上生长第二减反射层(7)；
步骤五：采用真空镀膜机，在第二减反射层(7)上蒸镀第三减反射层(8)；
步骤六：利用MOCVD工艺在第三减反射层(8)上生长GaInP子电池(9)；
步骤七：利用MOCVD工艺在GaInP子电池(9)上依次生长第四减反射层(10)和第五减反射层(12)；
步骤八：采用真空镀膜机，在第五减反射层(12)上蒸镀第六减反射层(13)；
步骤九：在第六减反射层(13)的表面上，使用光刻胶覆盖住将要形成顶电极(11)的区域之外的区域之后，采用氢氟酸溶液刻蚀第五减反射层(12)和第六减反射层(13)，直至露出第四减反射层(10)为止；
步骤十：采用溅射工艺在第四减反射层(10)的将要形成顶电极(11)的区域表面上溅射金属材料，从而形成所述顶电极(11)；在InP衬底(1)的整个下表面溅射金属材料，以形成底电极(14)。
其中，第一减反射层(4)为MgF2，其折射率为1.36～1.40，厚度为40-60nm；第二减反射层(7)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第三减反射层(8)为ZnS薄膜，其折射率为2.1-2.3，厚度为50-70nm；第四减反射层(10)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第五减反射层(12)为Si3N4薄膜，其折射率为：2.1-2.4，其厚度为50-60nm；第六减反射层(13)为Ta2O5薄膜，其折射率为2.0～2.15，其厚度为80-100nm。
其中，蒸镀第一减反射层(4)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为110～130℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.4～0.5nm/s；
其中，蒸镀第三减反射层(8)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.4nm/s；
其中，蒸镀第六减反射层(13)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.3nm/s；
其中，MOCVD生长第二减反射层(7)和第四反射层(10)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为640～680℃，生长速率为0.4～0.6nm/s；
其中，MOCVD生长第五减反射层(12)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为660～680℃，生长速率为0.5～0.7nm/s。
实施例2
下面介绍本发明提出的制造方法的优选实施例，该制造方法依次包括如下步骤：
步骤一：在InP衬底(1)上利用MOVCD工艺依次生长GaAs子电池(2)和GaInAs子电池(3)；
步骤二：采用真空镀膜机，在GaInAs子电池(3)上蒸镀第一减反射层(4)；
步骤三：利用MOCVD工艺在第一减反射层(4)上依次生长GaInP子电池(5)和应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)；
步骤四：利用MOCVD工艺在应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)上生长第二减反射层(7)；
步骤五：采用真空镀膜机，在第二减反射层(7)上蒸镀第三减反射层(8)；
步骤六：利用MOCVD工艺在第三减反射层(8)上生长GaInP子电池(9)；
步骤七：利用MOCVD工艺在GaInP子电池(9)上依次生长第四减反射层(10)和第五减反射层(12)；
步骤八：采用真空镀膜机，在第五减反射层(12)上蒸镀第六减反射层(13)；
步骤九：在第六减反射层(13)的表面上，使用光刻胶覆盖住将要形成顶电极(11)的区域之外的区域之后，采用氢氟酸溶液刻蚀第五减反射层(12)和第六减反射层(13)，直至露出第四减反射层(10)为止；
步骤十：采用溅射工艺在第四减反射层(10)的将要形成顶电极(11)的区域表面上溅射金属材料，从而形成所述顶电极(11)；在InP衬底(1)的整个下表面溅射金属材料，以形成底电极(14)。
优选地，第一减反射层(4)为MgF2，其折射率为1.38，厚度为50nm；第二减反射层(7)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.3，厚度为36nm；第三减反射层(8)为ZnS薄膜，其折射率为2.15，厚度为60nm；第四减反射层(10)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.3，厚度为36nm；第五减反射层(12)为Si3N4薄膜，其折射率为：2.3，其厚度为55nm；第六减反射层(13)为Ta2O5薄膜，其折射率为2.1，其厚度为90nm。
其中，蒸镀第一减反射层(4)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为110～130℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.4～0.5nm/s；
其中，蒸镀第三减反射层(8)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.4nm/s；
其中，蒸镀第六减反射层(13)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.3nm/s；
其中，MOCVD生长第二减反射层(7)和第四反射层(10)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为640～680℃，生长速率为0.4～0.6nm/s；
其中，MOCVD生长第五减反射层(12)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为660～680℃，生长速率为0.5～0.7nm/s。
本发明所提出的制造方法所制得的光伏电池在应用波段范围吸收小，折射率相匹配，具有良好的光学性能。
以上实施方式已经对本发明进行了详细的介绍，但上述实施方式并非为了限定本发明的范围，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (3)

1.一种具有减反射膜的五结级联光伏电池的制造方法，其特征在于：该制造方法依次包括如下步骤：
步骤一：在InP衬底(1)上利用MOVCD工艺依次生长GaAs子电池(2)和GaInAs子电池(3)；
步骤二：采用真空镀膜机，在GaInAs子电池(3)上蒸镀第一减反射层(4)；
步骤三：利用MOCVD工艺在第一减反射层(4)上依次生长GaInP子电池(5)和应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)；
步骤四：利用MOCVD工艺在应变补偿GaAsP/GaInAs超晶格子电池(6)上生长第二减反射层(7)；
步骤五：采用真空镀膜机，在第二减反射层(7)上蒸镀第三减反射层(8)；
步骤六：利用MOCVD工艺在第三减反射层(8)上生长GaInP子电池(9)；
步骤七：利用MOCVD工艺在GaInP子电池(9)上依次生长第四减反射层(10)和第五减反射层(12)；
步骤八：采用真空镀膜机，在第五减反射层(12)上蒸镀第六减反射层(13)；
步骤九：在第六减反射层(13)的表面上，使用光刻胶覆盖住将要形成顶电极(11)的区域之外的区域之后，采用氢氟酸溶液刻蚀第五减反射层(12)和第六减反射层(13)，直至露出第四减反射层(10)为止；
步骤十：采用溅射工艺在第四减反射层(10)的将要形成顶电极(11)的区域表面上溅射金属材料，从而形成所述顶电极(11)；在InP衬底(1)的整个下表面溅射金属材料，以形成底电极(14)；其中，第一减反射层(4)为MgF2，其折射率为1.36～1.40，厚度为40-60nm；第二减反射层(7)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第三减反射层(8)为ZnS薄膜，其折射率为2.1-2.3，厚度为50-70nm；第四减反射层(10)为AlGaInN薄膜，其折射率为3.2～3.4，厚度为30-40nm；第五减反射层(12)为Si3N4薄膜，其折射率为：2.1-2.4，其厚度为50-60nm；第六减反射层(13)为Ta2O5薄膜，其折射率为2.0～2.15，其厚度为80-100nm。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：
其中，蒸镀第一减反射层(4)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为110～130℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.4～0.5nm/s；
其中，蒸镀第三减反射层(8)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.4nm/s；
其中，蒸镀第六减反射层(13)的方法为：在真空镀膜机中，蒸镀温度为100～140℃，真空度大于10-5torr，生长速率为0.2～0.3nm/s；
其中，MOCVD生长第二减反射层(7)和第四反射层(10)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为640～680℃，生长速率为0.4～0.6nm/s；
其中，MOCVD生长第五减反射层(12)的方法为：在MOCVD淀积腔中，淀积温度为660～680℃，生长速率为0.5～0.7nm/s。
3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：
采用铝、银或金来形成所述底电极和顶电极。
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