专利汇可以提供一种微晶格失配量子阱太阳能电池及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种微晶格失配 量子阱 太阳能 电池 及其制备方法,其电池是以p型Ge为衬底,自衬底上表面起由下而上依次层叠排列着In0.5Ga0.5P成核层、In0.01Ga0.99As 缓冲层 、分布式布拉格反射镜、第一隧道结、InxGa1‑xP渐变缓冲层、InyGa1‑yAs中电池、第二隧道结、InzGa1‑zP顶电池、InyGa1‑yAs欧姆 接触 层、 正面 电极 、减反射膜;在p型Ge衬底下表面制备有背面电极。本发明采用与p型Ge衬底存在微晶格失配的InyGa1‑yAs和InzGa1‑zP分别作为中电池材料、顶电池材料,并增加“InyGa1‑yAs/Ga0.92In0.08N0.028As”量子阱结构,同时采用InxGa1‑xP渐变缓冲层来消除微晶格失配产生的位错等 缺陷 ,并采用分布式布拉格反射镜增强InyGa1‑yAs中电池对太阳 光子 的利用率,最终可以提高中电池和顶电池的 电流 密度 ,提升电池的光电转换效率。,下面是一种微晶格失配量子阱太阳能电池及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:以p型Ge为衬底,自衬底上表面起由下而上依次层叠排列着In0.5Ga0.5P成核层、In0.01Ga0.99As缓冲层、分布式布拉格反射镜、第一隧道结、InxGa1-xP渐变缓冲层、InyGa1-yAs中电池、第二隧道结、InzGa1-zP顶电池、InyGa1-yAs欧姆接触层、正面电极、减反射膜,在p型Ge衬底的下表面制备有背面电极;所述InxGa1-xP渐变缓冲层采用阶梯型渐变缓冲层技术,其厚度为2350nm,该InxGa1-xP渐变缓冲层共由9层不同In组份的InxGa1-xP组成,从下往上每一层InxGa1-xP的In组份x和厚度分别为0.5、250nm,
0.504、250nm,0.509、250nm,0.514、250nm,0.519、250nm,0.524、250nm,0.530、250nm,
0.560、350nm,0.530、500nm;该InxGa1-xP渐变缓冲层在610℃~630℃条件下制备,掺杂Zn,掺杂浓度为7.0×1017/cm3~1×1018/cm3;所述InyGa1-yAs中电池与p型Ge衬底之间存在晶格失配,InyGa1-yAs的In组份y为0.03~0.05,该InyGa1-yAs中电池由从下而上依次层叠设置的Al0.3GaInAs背面反射场、含有量子阱结构的p型InyGa1-yAs基区、n型InyGa1-yAs发射区、Al0.47In0.53P窗口层组成;p型InyGa1-yAs基区所含有的量子阱结构由InyGa1-yAs与Ga0.92In0.08N0.028As交替生长20次得到,该量子阱结构中InyGa1-yAs和Ga0.92In0.08N0.028As厚度分别为15nm、8nm,0.03
500~700nm,掺杂Zn,采用线性渐变型掺杂方式,掺杂浓度为4×1017/cm3线性渐变到5×
1016/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述p型Ge衬底采用掺杂Ga的Ge单晶,该p型Ge衬底直径为75mm~150mm,厚度为130um~230um,该p型Ge衬底斜切角为(100)面偏<111>晶向6或9°,电阻率0.005~0.1ohm·cm。
3.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述In0.5Ga0.5P成核层是在600~620℃条件下制备得到的,其厚度为10nm~20nm;该In0.5Ga0.5P成核层掺杂Si,掺杂浓度为5×1017/cm3~1×1018/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述In0.01Ga0.99As缓冲层的厚度为400nm~1000nm,该In0.01Ga0.99As缓冲层掺杂Si,掺杂浓度为5×1017/cm3~5×1018/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述分布式布拉格反射镜由Al0.5In0.5P和Ga0.5In0.5P两种不同折射率的材料组成,该布拉格反射镜由Al0.5In0.5P和Ga0.5In0.5P交替生长12~20次制备得到;所述分布式布拉格反射镜的反射中心波长为850~900nm,并采用Si掺杂,掺杂浓度为2.0×1018/cm3~3.0×1018/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述第一隧道结由n型重掺杂的GaAs即n++-GaAs和p型重掺杂的Al0.3Ga0.7As即p++-Al0.3Ga0.7As组成,该n++-GaAs厚度为10~20nm,在530℃~570℃条件下制备,掺杂Te和Si,掺杂浓度为2×1019/cm3~5×1019/cm3;该p++-Al0.3Ga0.7As厚度为10~30nm,在低温530℃~570℃条件下制备,
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掺杂C,掺杂浓度为1×10 /cm ~2×10 /cm ;所述第一隧道结用于连接InyGa1-yAs中电池和InxGa1-xP渐变缓冲层之下的材料。
7.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述第二隧道结由n型重掺杂的In0.5Ga0.5P即n++-In0.5Ga0.5P和p型重掺杂的Al0.3Ga0.7As即p++-Al0.3Ga0.7As组成,该n++-In0.5Ga0.5P厚度为10~20nm,在530℃~570℃条件下制备,掺杂Te,掺杂浓度为2×1019/cm3~5×1019/cm3;该p++-Al0.3Ga0.7As厚度为10~30nm,在530℃~570℃条件下制备,掺杂C,掺杂浓度为1×1020/cm3~2×1020/cm3;所述第二隧道结用于连接InyGa1-yAs中电池和InzGa1-zP顶电池。
8.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述InyGa1-yAs欧姆接触层厚度为200~500nm,该InyGa1-yAs欧姆接触层中In组份y为0.03~0.05,该
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InyGa1-yAs欧姆接触层采用Si掺杂,掺杂浓度为2×10 /cm~4×10 /cm。
9.根据权利要求1所述的一种微晶格失配量子阱太阳能电池,其特征在于:所述正面电极和背面电极均为Au-Ag合金,厚度3um~5um;所述减反射膜为Al2O3或SiO2,厚度200~
500nm。
10.一种权利要求1所述微晶格失配量子阱太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)p型Ge衬底准备:p型Ge衬底采用掺杂Ga的Ge单晶,该p型Ge衬底直径为75mm~150mm,厚度为130um~230um,该p型Ge衬底斜切角为(100)面偏<111>晶向6或9°,电阻率0.005~
0.1ohm·cm;
2)p型Ge衬底处理:将选定的p型Ge衬底载入MOCVD反应室,设定反应室压力为35torr~
45torr,将反应室温度升高到700℃~750℃,PH3气氛下对衬底处理5min~10min;
3)In0.5Ga0.5P成核层生长:将反应室温度降低到600℃~620℃,在经过处理的p型Ge衬底上生长In0.5Ga0.5P成核层,生长速率为 厚度10~20nm;
4)In0.01Ga0.99As缓冲层生长:将反应室温度升高到630℃~640℃,在In0.5Ga0.5P成核层上生长In0.01Ga0.99As缓冲层,生长速率为 厚度400nm~1000nm;
5)分布式布拉格反射镜生长:将反应室温度升高到640℃~670℃,在In0.01Ga0.99As缓冲层上生长分布式布拉格反射镜,该分布式布拉格反射镜的采用经过严密计算的Al0.5In0.5P/Ga0.5In0.5P材料组合,在In0.01Ga0.99As缓冲层上首先生长Al0.5In0.5P,然后在Al0.5In0.5P上生长Ga0.5In0.5P,同理,Al0.5In0.5P和Ga0.5In0.5P交替生长12~20次,生长速率为
6)第一隧道结生长:将反应室温度降低到530℃~570℃,在分布式布拉格反射镜上生长n++-GaAs,速率为 厚度10nm~20nm;将反应室温度保持在530℃~570℃,
在n++-GaAs上生长p++-Al0.3Ga0.7As,速率为 厚度10nm~30nm;
7)InxGa1-xP渐变缓冲层生长:将反应室温度升高到610~630℃,在第一隧道结上按顺序沉积In组份和厚度分别为0.5、250nm,0.504、250nm,0.509、250nm,0.514、250nm,0.519、
250nm,0.524、250nm,0.530、250nm,0.560、350nm,0.530、500nm的InxGa1-xP渐变缓冲层,速率为
8)InyGa1-yAs中电池生长:将反应室温度升高到620℃~640℃,在InxGa1-xP渐变缓冲层上首先生长Al0.3GaInAs背面反射场,生长速率为 厚度120~180nm,掺杂Si,
掺杂浓度1×1018/cm3~3×1018/cm3;
将反应室温度保持在620℃~640℃,在Al0.3GaInAs背面反射场上生长p型InyGa1-yAs基区,首先生长一层厚度为800nm~1000nm的InyGa1-yAs,速率为 掺杂Zn,掺
杂浓度为2×1017/cm3~5×1017/cm3;在此基础上生长一层厚度为15nm的InyGa1-yAs,速率为再生长一层厚度为8nm的Ga0.92In0.08N0.028As,速率为 重
复生长“15nm厚的InyGa1-yAs/8nm厚的Ga0.92In0.08N0.028As”19次,均掺杂Zn,掺杂浓度为2×
1017/cm3~5×1017/cm3,即完成“InyGa1-yAs/Ga0.92In0.08N0.028As”量子阱结构的生长;再在量子阱结构上沉积一层厚度为300nm~500nm的InyGa1-yAs,掺杂Zn,速率为
掺杂浓度为2×1017/cm3~5×1017/cm3;
将反应室温度保持在620℃~640℃,在p型InyGa1-yAs基区上生长n型InyGa1-yAs发射区,速率为 厚度80nm~120nm,掺杂Si,掺杂浓度为1×1018/cm3~3×1018/cm3;
将反应室温度保持在620℃~640℃,在n型InyGa1-yAs发射区上生长Al0.47In0.53P窗口层,速率为 厚度为30nm~50nm,掺杂Si,掺杂浓度1×1018/cm3~5×1018/cm3;
9)第二隧道结生长:将反应室温度降低到530℃~570℃,在Al0.47In0.53P窗口层上生长n++-In0.5Ga0.5P,速率为 厚度10nm~20nm;将反应室温度保持在530℃~570
℃,在n++-GaAs上生长p++-Al0.3Ga0.7As,速率为 厚度10nm~30nm;
10)InzGa1-zP顶电池生长:将反应室温度升高到610℃~630℃,在第二隧道结上生长Al0.7GaInAs背面反射场,速率为 厚度为50nm~70nm,掺杂Zn,掺杂浓度为1×
1018/cm3~3×1018/cm3;
将反应室温度保持在610℃~630℃,在Al0.7GaInAs背面反射场上生长p型InzGa1-zP基区,速率为 厚度为500~700nm;
将反应室温度保持在610℃~630℃,在p型InzGa1-zP基区上生长n型InzGa1-zP发射区,
0.052
将反应室温度保持在610℃~630℃,在n型InzGa1-zP发射区上生长Al0.47In0.53P窗口层,速率为 厚度为30nm~50nm,掺杂Si,掺杂浓度1×1018/cm3~5×1018/cm3;
11)InyGa1-yAs欧姆接触层生长:将反应室温度升高到620℃~640℃,在Al0.47In0.53P窗口层上生长InyGa1-yAs欧姆接触层,0.03
12)正面电极、背面电极、减反射膜生长:待反应室降温取出生长结束的外延片,将外延片进行芯片流片工艺,经过清洗、腐蚀、光刻流程,采用真空蒸镀技术在InyGa1-yAs欧姆接触层上制备出正面电极Au-Ag合金,厚度为2um~5um;然后在p型Ge衬底下表面制备出背面电极Au-Ag合金,厚度为2um~5um;最后在正面电极上蒸镀制备减反射膜Al2O3或SiO2,厚度
200nm~500nm。
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