CN107302033A - 一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，包括n‑Si衬底和InGaN/GaN层，InGaN/GaN层包括AlN成核层、GaN缓冲层、n‑GaN层、InGaN/GaN多量子阱结构和p‑GaN层，p‑GaN层表面为纳米陷光结构；p‑GaN层和n‑GaN层表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极。本发明主要利用纳米软压印技术，制备出具有陷光结构的InGaN/GaN电池原型器件，包括表面条栅结构和周期性纳米阵列，实现表面高减反特性；由于采用了纳米陷光结构，有利于增加入射光程，增加光程和有效光吸收，产生更多的光生载流子，提高电池的光电流和转换效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体光伏器件领域，涉及一种表面陷光InGaN/GaN太阳电池。利用纳米软压印技术，制备出具有陷光结构的InGaN/GaN电池原型器件，包括表面条栅结构和周期性纳米阵列，实现表面高减反特性，增加光程和光吸收，提高光电流和转换效率。
背景技术
随着全球范围的能源危机和生态环境问题的日益恶化，太阳能作为一种‘取之不尽、用之不竭的清洁能源越来越受到人们的广泛重视。最早1954年，美国贝尔实验室首先研制成功第一块实用意义上的晶体硅pn结型太阳电池，并很快将其应用于空间技术。1973年，石油危机爆发，从此之后，人们普遍对于太阳电池投入了愈来愈多的关注。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳电池产业进入了高速发展时期。现在，在美国、德国这样的发达国家，太阳能光伏发电的地位已经从原来的补充能源上升为重要的战略替代能源，也是未来最适合人类应用的可再生能源之一。
2002年日本的Nanishi教授利用RF-MBE方法首次生长出高质量的InN晶体，特别是准确测量出InN禁带宽度为0.7eV，而不是先前人们认为的1.9eV。这一新发现大大扩展了InGaN材料的应用领域和优势，使得全世界范围掀起了InGaN研究的热潮。
III-N族铟镓氮(InGaN)材料池具有全光谱吸收的优势：InxGa1-xN是InN和GaN的三元合金，可通过改变In组分，使其禁带宽度从3.4eV(GaN)～0.7eV(InN)连续可调，其对应的吸收光谱波长可以从紫外光(365nm)一直延伸到近红外光(1.7μm)，几乎完全覆盖了整个太阳光谱，如图2所示。与其它半导体光伏电池相比，InGaN太阳电池拥有以下显著优势：①带隙连续可调，特别适合于制作多结叠层太阳电池；②抗辐射性好，适合制备空间太阳电池；③吸收系数高，更轻薄。
正是由于InGaN材料在太阳电池领域具有这些显著的优势，最近十年来国内外很多研究机构对其进行了大量的研究，其中主要包括美国加州大学(UCSB)、康奈尔大学(Cornell)、佐治亚理工(GaTech)、美国国家可再生能源实验室(NREL)、美国伯克利劳伦斯国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)及美国军方实验室(U.S.ARL)，还有日本、新加坡、韩国、德国、瑞士以及台湾等地的科研机构。
虽然已经有许多研究机构在材料生长和制备工艺方面进行了大量的探索和实验，提高InGaN电池的效率，但这些尝试都收效甚微。主要原因在于，高质量高In组分的InGaN材料生长和掺杂技术问题没有解决，比如In相分离、高位错密度、高背景载流子浓度等问题。①InGaN薄膜生长时，由于InN比GaN的饱和蒸汽压高，In-N键能较弱、易分解，使得高质量的高In组分的InxGa1-xN薄膜制备困难。由于InN在GaN中混溶性很低，因此在高In组份InGaN薄膜生长中会出现严重的相分离现象，临界厚度小。②提高In组分，会增大与GaN之间的晶格失配，不可避免地使得位错等缺陷密度变大。不仅薄膜结晶质量差，而且背景电子浓度高，未掺杂InGaN薄膜也会呈现强n型，导致高In组分InGaN的p型掺杂实现困难。
由于以上种种原因，导致目前实验制备出的InGaN太阳电池的转换频率依然偏低，尤其是作为有效光吸收层的InGaN薄膜自身厚度太薄，限制了对入射光的充分吸收，严重制约了光电转换效率的提高。因此，还必须着重从光学管理方面，通过利用陷光结构、增加光程等方法提高InGaN电池的有效光吸收。
本发明从太阳电池的光学设计角度考虑，提出通过纳米软压印技术，制备表面纳米陷光结构的InGaN/GaN电池，包括GaN/ITO表面条栅结构和周期性纳米阵列，以实现光学陷光效果，增加光程和光吸收的目的，提高InGaN基太阳电池的光电流和转换效率。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种利用纳米软压印技术，制备表面纳米陷光结构的InGaN/GaN电池，提高InGaN基太阳电池的光电流和转换效率。本发明从太阳电池的光学设计角度考虑，提出通过纳米软压印技术，制备表面纳米陷光结构的InGaN/GaN电池，包括GaN/ITO表面条栅结构和周期性纳米阵列，以实现光学陷光效果，增加光程和光吸收的目的，提高InGaN基太阳电池的光电流和转换效率。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明的一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，表面陷光结构太阳电池包括n-Si衬底和InGaN/GaN层，InGaN/GaN层包括AlN成核层、GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱结构和p-GaN层，p-GaN层表面为纳米陷光结构；p-GaN层和n-GaN层表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极。
进一步，所述AlN成核层的厚度为80～180nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3；
所述GaN缓冲层的厚度为1.0～1.5μm；
所述n-GaN层的厚度为50～200nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3。
进一步，所述InGaN/GaN多量子阱结构的周期数为8～30，阱层InGaN的厚度为3～8nm，垒层GaN的厚度为8～16nm；阱层InGaN和垒层GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为1×1016～2×1017/cm3，In组分为15～90％；
所述p-GaN层厚度为50～200nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3。
进一步，所述p-GaN层表面纳米陷光结构包括纳米条栅形、纳米柱和纳米孔阵列；所述纳米条栅的宽度为100～1000nm，长度为5～15mm，深度100～800nm，栅间距为200～2000nm；所述纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径100～1000nm，深度100～800nm，间距200～2000nm，阵列为矩形或六角排列。
相应地，本发明给出了所述InGaN/GaN表面陷光结构太阳电池的制作方法，包括如下步骤：
1)在蓝宝石或硅衬底上，采用MOCVD法依次生长80～180nm厚的AlN成核层、1～1.5μm厚的GaN缓冲层、50～200nm厚的n-GaN层、周期数为8～30的InGaN/GaN多量子阱结构和50～200nm厚的p-GaN层；
2)采用纳米软压印法，在p-GaN表面制备纳米条栅，或纳米孔、纳米柱阵列；
3)采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀形成深度为200～1200nm的方形器件台面，边长为3～10mm；
4)采用电子束蒸发法在n-GaN层上制备出Ni/Cr/Au金属电极，并在大气中550℃退火10min，即完成InGaN/GaN表面陷光结构太阳电池的制作。
进一步，生长AlN成核层、GaN缓冲层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱结构和p-GaN层的工艺条件包括：生长温度为800～1100℃；TMGa流量为50～300sccm；氨气流量为2000～5000sccm；反应室气压为150～250torr。
进一步，生长AlN成核层和n-GaN层工艺条件进一步包括：SiH4流量为20～200sccm。
进一步，生长InGaN/GaN多量子阱结构中阱层InGaN的工艺条件进一步包括：TMIn流量为10～100sccm；
生长InGaN/GaN多量子阱结构中垒层GaN的工艺条件是：生长温度为800～1100℃，TMGa流量为100～300sccm，氨气流量为3000～5000sccm，反应室气压为150～250torr。
进一步，生长p-GaN层的工艺条件进一步包括：(Cp)2Mg流量为20～300sccm。
进一步，制备p-GaN层表面纳米陷光结构的工艺流程如下：
1)SU-8甩胶转速500rpm/30s，再3000rpm/5min；后烘65℃/10min，再95℃/20min；UV光固化30s；PDMS软印章压印30min；
2)揭下印章，RIE刻蚀1min，O2流量20sccm，气压150torr，功率为200W；
3)ICP-RIE刻蚀5min，Cl2流量50sccm，气压200torr，功率250W；最后去Su-8余胶。
所述的p-GaN层和n-GaN层欧姆接触电极均采用Ni/Cr/Au合金材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明主要利用纳米软压印技术，制备出具有陷光结构的InGaN/GaN电池原型器件，包括表面条栅结构和周期性纳米阵列，实现表面高减反特性；由于采用了纳米陷光结构，有利于增加入射光程，增加光程和有效光吸收，产生更多的光生载流子，提高电池的光电流和转换效率。
附图说明
图1是本发明太阳电池的第一实例结构示意图；
图2(a)-图2(h)是本发明制作太阳电池的工艺流程图；
图3(a)、(b)是表面陷光结构的示意图，图3(a)为纳米条栅，图3(b)为纳米柱或纳米孔阵列。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，包括n-Si衬底和InGaN/GaN层，InGaN/GaN层包括AlN成核层11、GaN缓冲层12、n-GaN层13、InGaN/GaN多量子阱结构14和p-GaN层15，p-GaN层15表面为纳米陷光结构；p-GaN层15和n-GaN层13表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极16。
AlN成核层11的厚度为80～180nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3；GaN缓冲层12的厚度为1.0～1.5μm；n-GaN层13的厚度为50～200nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3；InGaN/GaN多量子阱结构14的周期数为8～30，阱层InGaN的厚度为3～8nm，垒层GaN的厚度为8～16nm；阱层InGaN和垒层GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为1×1016～2×1017/cm3，In组分为15～90％；p-GaN层15厚度为50～200nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3；p-GaN层15表面纳米陷光结构包括纳米条栅形、纳米柱和纳米孔阵列；所述纳米条栅的宽度为100～1000nm，长度为5～15mm，深度100～800nm，栅间距为200～2000nm；所述纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径100～1000nm，深度100～800nm，间距200～2000nm，阵列为矩形或六角排列。
InGaN/GaN表面陷光结构太阳电池的制作方法，包括如下步骤：
1)在蓝宝石或硅衬底上，采用MOCVD法依次生长80～180nm厚的AlN成核层11、1～1.5μm厚的GaN缓冲层12、50～200nm厚的n-GaN层13、周期数为8～30的InGaN/GaN多量子阱结构14和50～200nm厚的p-GaN层15；
2)采用纳米软压印法，在p-GaN表面制备纳米条栅，或纳米孔、纳米柱阵列；
3)采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀形成深度为200～1200nm的方形器件台面，边长为3～10mm；
4)采用电子束蒸发法在n-GaN层上制备出Ni/Cr/Au金属电极，并在大气中550℃退火10min，即完成InGaN/GaN表面陷光结构太阳电池的制作。
其中，生长AlN成核层11的工艺条件是：生长温度为800～1100℃；TMGa流量为50～300sccm；SiH4流量为20～200sccm；氨气流量为2000～5000sccm；反应室气压为150～250torr。
生长GaN缓冲层的工艺条件是：生长温度为800～1100℃；TMGa流量为50～300sccm；氨气流量为2000～5000sccm；反应室气压为150～250torr。
生长n-GaN层的工艺条件是：生长温度为800～1100℃；TMGa流量为50～300sccm；SiH4流量为20～200sccm；氨气流量为2000～5000sccm；反应室气压为150～250torr。
生长阱层InGaN层的工艺条件是：生长温度为600～800℃，TMIn流量为10～100sccm，TMGa流量为50～300sccm，氨气流量为2000～5000sccm，反应室气压为150～250torr；生长垒层GaN层的工艺条件是：生长温度为800～1100℃，TMGa流量为100～300sccm，氨气流量为3000～5000sccm，反应室气压为150～250torr。
生长p-GaN层的工艺条件是：生长温度为800～1100℃；TMGa流量为50～300sccm；(Cp)2Mg流量为20～300sccm；氨气流量为2000～5000sccm；反应室气压为150～250torr。
制备p-GaN层表面纳米陷光结构的工艺流程如下：
1)SU-8甩胶转速500rpm/30s，再3000rpm/5min；后烘65℃/10min，再95℃/20min；UV光固化30s；PDMS软印章压印30min；
2)揭下印章，RIE刻蚀1min，O2流量20sccm，气压150torr，功率为200W；
3)ICP-RIE刻蚀5min，Cl2流量50sccm，气压200torr，功率250W；最后去Su-8余胶。
下面给出具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
本发明的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池自下而上依次包括：衬底、AlN成核层11、GaN缓冲层12、n-GaN层13、InGaN/GaN多量子结构14和p-GaN层15。其中AlN成核层11厚度为80nm，电子浓度为5×1020/cm3；GaN缓冲层12厚度为1.0μm；n-GaN13层厚度100nm，电子浓度为1×1019/cm3；InGaN/GaN多量子阱14为8个周期，每个周期均由厚度3nm的阱层InGaN17和厚度8nm的垒层GaN18组成；InGaN和GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为1×1016/cm3，阱层InGaN中In组分为40％；p-GaN层15厚度为50nm，电子浓度为8×1020/cm3。p-GaN层15的表面压印形成GaN纳米陷光结构，如：纳米条栅、纳米柱或纳米孔阵列。纳米条栅的宽度为100nm，长度为10mm，深度800nm，栅间距为200nm；纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，圆形直径500nm，深度100nm，间距200nm，阵列为矩形排列。p-GaN层15和n-GaN13表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极16。
实施例2：
本发明的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池自下而上依次包括：衬底、AlN成核层11、GaN缓冲层12、n-GaN层13、InGaN/GaN多量子阱14和p-GaN层15。其中AlN成核层11厚度为100nm，电子浓度为1×1019/cm3；GaN缓冲层12厚度为1.5μm；n-GaN13层厚度200nm，电子浓度为5×1020/cm3；InGaN/GaN多量子阱14为150个周期，每个周期均由厚度6nm的阱层InGaN17和厚度12nm的垒层GaN18组成；InGaN和GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为8×1016/cm3，阱层InGaN中In组分为15％；p-GaN层15厚度为100nm，电子浓度为1×1019/cm3。p-GaN层15的表面压印形成GaN纳米陷光结构，如：纳米条栅、纳米柱或纳米孔阵列。纳米条栅的宽度为500nm，长度为5mm，深度100nm，栅间距为1000nm；纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径1000nm，深度400nm，间距2000nm，阵列为六角排列。p-GaN层15和n-GaN13表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极16。
实施例3：
本发明的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池自下而上依次包括：衬底、AlN成核层11、GaN缓冲层12、n-GaN层13、InGaN/GaN多量子阱14和p-GaN层15。其中AlN成核层11厚度为180nm，电子浓度为6×1021/cm3；GaN缓冲层12厚度为1.2μm；n-GaN13层厚度50nm，电子浓度为6×1021/cm3；InGaN/GaN多量子阱14为30个周期，每个周期均由厚度8nm的阱层InGaN17和厚度16nm的垒层GaN18组成；InGaN和GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为2×1017/cm3，阱层InGaN中In组分为90％；p-GaN层15厚度为200nm，电子浓度为6×1021/cm3。p-GaN层15的表面压印形成GaN纳米陷光结构，如：纳米条栅、纳米柱或纳米孔阵列。纳米条栅的宽度为800nm，长度为15mm，深度500nm，栅间距为2000nm；纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径100nm，深度800nm，间距1000nm，阵列为矩形或六角排列。p-GaN层15和n-GaN13表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极16。
参照图2(a)-图2(h)，本发明给出制作表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的以下三种实施例：
实施例A：
A1)用丙酮和乙醇溶液对蓝宝石衬底进行超声清洗；
A2)通入氮气和氢气混合气体，升温至1000℃对衬底表面做氮化处理,如图2(a)所示；
A3)在氮化处理后的衬底上，采用MOCVD法生长高温AlN成核层，其工艺条件为：生长温度为800℃；TMGa流量为50sccm；SiH4流量为200sccm；氨气流量为4000sccm；反应室气压为150torr；
A4)在AlN成核层上生长GaN缓冲层，其工艺条件是：生长温度为1100℃；TMGa流量为50sccm；氨气流量为3000sccm；反应室气压为150torr，如图2(b)所示；
A5)在GaN缓冲层上生长n-GaN层，其工艺条件是：生长温度为800℃；TMGa流量为50sccm；SiH4流量为100sccm；氨气流量为3000sccm；反应室气压为150torr，如图2(c)所示；
A6)在n-GaN层上生长InGaN/GaN多量子阱结构，其中生长阱层InGaN的工艺条件是：生长温度为700℃，TMIn流量为100sccm，TMGa流量为150sccm，氨气流量为5000sccm，反应室气压为150torr；生长垒层GaN层的工艺条件是：生长温度为800℃，TMGa流量为100sccm，氨气流量为3000sccm，反应室气压为200torr，如图2(d)所示；
A7)在InGaN/GaN多量子阱结构上生长p-GaN层，其工艺条件是：生长温度为1100℃；TMGa流量为50sccm；(Cp)2Mg流量为20sccm；氨气流量为5000sccm；反应室气压为150torr，如图2(e)所示；
A8)在p-GaN层表面利用纳米压印法制备GaN纳米陷光结构，包括：纳米条栅形、纳米柱和纳米孔阵列。纳米条栅的宽度为800nm，长度为5mm，深度500nm，栅间距为100nm。纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径100nm，深度500nm，间距1000nm，阵列为矩形排列，如图2(f)所示；
A9)在p-GaN层上进行光刻，再刻蚀出电池方形台面，露出n-GaN层，深度为800nm，台面边长10mm,如图2(g)所示；
A10)对刻出台面后的样品进行二次光刻，再用电子束蒸发法在p-GaN层上沉积Ni/Au欧姆电极，然后在550℃大气中合金化处理10min，完成整个InGaN太阳电池的制作，如图2(h)所示。
实施例B：
B1)用丙酮和乙醇溶液对蓝宝石衬底进行超声清洗；
B2)通入氮气和氢气混合气体，升温至1000℃对衬底表面做氮化处理,如图2(a)所示；
B3)在氮化处理后的衬底上，采用MOCVD法生长高温AlN成核层，其工艺条件为：生长温度为1100℃；TMGa流量为200sccm；SiH4流量为20sccm；氨气流量为2000sccm；反应室气压为200torr；
B4)在AlN成核层上生长GaN缓冲层，其工艺条件是：生长温度为1100℃；TMGa流量为200sccm；氨气流量为3000sccm；反应室气压为250torr。如图2(b)所示；
B5)在GaN缓冲层上生长n-GaN层，其工艺条件是：生长温度为1000℃；TMGa流量为300sccm；SiH4流量为20sccm；氨气流量为5000sccm；反应室气压为200torr，如图2(c)所示；
B6)在n-GaN层上生长InGaN/GaN多量子阱结构，其中生长阱层InGaN的工艺条件是：生长温度为600℃，TMIn流量为10sccm，TMGa流量为300sccm，氨气流量为5000sccm，反应室气压为200torr；生长垒层GaN层的工艺条件是：生长温度为900℃，TMGa流量为200sccm，氨气流量为4000sccm，反应室气压为150torr，如图2(d)所示；
B7)在InGaN/GaN多量子阱结构上生长p-GaN层，其工艺条件是：生长温度为800℃；TMGa流量为300sccm；(Cp)2Mg流量为200sccm；氨气流量为5000sccm；反应室气压为200torr，如图2(e)所示；
B8)在p-GaN层表面利用纳米压印法制备GaN纳米陷光结构，包括：纳米条栅形、纳米柱和纳米孔阵列。纳米条栅的宽度为100nm，长度为10mm，深度100nm，栅间距为200nm。纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径500nm，深度100nm，间距200nm，阵列为六角排列，如图2(f)所示；
B9)在p-GaN层上进行光刻，再刻蚀出电池方形台面，露出n-GaN层，深度为200nm，台面边长80mm,如图2(g)所示；
B10)对刻出台面后的样品进行二次光刻，再用电子束蒸发法在p-GaN层上沉积Ni/Au欧姆电极，然后在550℃大气中合金化处理10min，完成整个InGaN太阳电池的制作，如图2(h)所示。
实施例C：
C1)用丙酮和乙醇溶液对蓝宝石衬底进行超声清洗；
C2)通入氮气和氢气混合气体，升温至1000℃对衬底表面做氮化处理,如图2(a)所示；
C3)在氮化处理后的衬底上，采用MOCVD法生长高温AlN成核层，其工艺条件为：生长温度为1000℃；TMGa流量为300sccm；SiH4流量为200sccm；氨气流量为5000sccm；反应室气压为250torr；
C4)在AlN成核层上生长GaN缓冲层，其工艺条件是：生长温度为800℃；TMGa流量为300sccm；氨气流量为5000sccm；反应室气压为200torr。如图2(b)所示；
C5)在GaN缓冲层上生长n-GaN层，其工艺条件是：生长温度为1100℃；TMGa流量为200sccm；SiH4流量为200sccm；氨气流量为2000sccm；反应室气压为250torr，如图2(c)所示；
C6)在n-GaN层上生长InGaN/GaN多量子阱结构，其中生长阱层InGaN的工艺条件是：生长温度为800℃，TMIn流量为80sccm，TMGa流量为50sccm，氨气流量为2000sccm，反应室气压为250torr；生长垒层GaN层的工艺条件是：生长温度为1100℃，TMGa流量为300sccm，氨气流量为5000sccm，反应室气压为250torr，如图2(d)所示；
C7)在InGaN/GaN多量子阱结构上生长p-GaN层，其工艺条件是：生长温度为1000℃；TMGa流量为200sccm；(Cp)2Mg流量为300sccm；氨气流量为3000sccm；反应室气压为250torr，如图2(e)所示；
C8)在p-GaN层表面利用纳米压印法制备GaN纳米陷光结构，包括：纳米条栅形、纳米柱和纳米孔阵列。纳米条栅的宽度为1000nm，长度为15mm，深度800nm，栅间距为2000nm。纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径1000nm，深度800nm，间距2000nm，阵列为六角排列，如图2(f)所示；
C9)在p-GaN层上进行光刻，再刻蚀出电池方形台面，露出n-GaN层，深度为1200nm，台面边长3mm,如图2(g)所示；
C10)对刻出台面后的样品进行二次光刻，再用电子束蒸发法在p-GaN层上沉积Ni/Au欧姆电极，然后在550℃大气中合金化处理10min，完成整个InGaN太阳电池的制作，如图2(h)所示。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，其特征在于，包括n-Si衬底和InGaN/GaN层，InGaN/GaN层包括AlN成核层(11)、GaN缓冲层(12)、n-GaN层(13)、InGaN/GaN多量子阱结构(14)和p-GaN层(15)，p-GaN层(15)表面为纳米陷光结构；p-GaN层(15)和n-GaN层(13)表面引出Ni/Cr/Au欧姆电极(16)。
2.根据权利要求1所述的一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，其特征在于，所述AlN成核层(11)的厚度为80～180nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3；
所述GaN缓冲层(12)的厚度为1.0～1.5μm；
所述n-GaN层(13)的厚度为50～200nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，其特征在于，所述InGaN/GaN多量子阱结构(14)的周期数为8～30，阱层InGaN的厚度为3～8nm，垒层GaN的厚度为8～16nm；阱层InGaN和垒层GaN均为本征薄膜，载流子浓度均为1×1016～2×1017/cm3，In组分为15～90％；
所述p-GaN层(15)厚度为50～200nm，电子浓度为1×1019～6×1021/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池，其特征在于，所述p-GaN层(15)表面纳米陷光结构包括纳米条栅形、纳米柱和纳米孔阵列；所述纳米条栅的宽度为100～1000nm，长度为5～15mm，深度100～800nm，栅间距为200～2000nm；所述纳米柱和纳米孔阵列的形状为圆形，直径100～1000nm，深度100～800nm，间距200～2000nm，阵列为矩形或六角排列。
5.一种表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在蓝宝石或硅衬底上，采用MOCVD法依次生长80～180nm厚的AlN成核层(11)、1～1.5μm厚的GaN缓冲层(12)、50～200nm厚的n-GaN层(13)、周期数为8～30的InGaN/GaN多量子阱结构(14)和50～200nm厚的p-GaN层(15)；
2)采用纳米软压印法，在p-GaN表面制备纳米条栅，或纳米孔、纳米柱阵列；
3)采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀形成深度为200～1200nm的方形器件台面，边长为3～10mm；
4)采用电子束蒸发法在n-GaN层上制备出Ni/Cr/Au金属电极，并在大气中550℃退火10min，即完成InGaN/GaN表面陷光结构太阳电池的制作。
6.根据权利要求5所述的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的制作方法，其特征在于，生长AlN成核层(11)、GaN缓冲层(12)、n-GaN层(13)、InGaN/GaN多量子阱结构(14)和p-GaN层(15)的工艺条件包括：生长温度为800～1100℃；TMGa流量为50～300sccm；氨气流量为2000～5000sccm；反应室气压为150～250torr。
7.根据权利要求6所述的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的制作方法，其特征在于，生长AlN成核层(11)和n-GaN层(13)工艺条件进一步包括：SiH4流量为20～200sccm。
8.根据权利要求6所述的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的制作方法，其特征在于，生长InGaN/GaN多量子阱结构(14)中阱层InGaN的工艺条件进一步包括：TMIn流量为10～100sccm；
生长InGaN/GaN多量子阱结构(14)中垒层GaN的工艺条件是：生长温度为800～1100℃，TMGa流量为100～300sccm，氨气流量为3000～5000sccm，反应室气压为150～250torr。
9.根据权利要求6所述的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的制作方法，其特征在于，生长p-GaN层(15)的工艺条件进一步包括：(Cp)2Mg流量为20～300sccm。
10.根据权利要求5所述的表面陷光结构InGaN/GaN太阳电池的制作方法，其特征在于，制备p-GaN层表面纳米陷光结构的工艺流程如下：
1)SU-8甩胶转速500rpm/30s，再3000rpm/5min；后烘65℃/10min，再95℃/20min；UV光固化30s；PDMS软印章压印30min；
2)揭下印章，RIE刻蚀1min，O2流量20sccm，气压150torr，功率为200W；
3)ICP-RIE刻蚀5min，Cl2流量50sccm，气压200torr，功率250W；最后去Su-8余胶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171027 |