一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池及其制备方法
专利汇可以提供一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb 串联 结构的热光伏 电池 及其制备方法，属于热光伏电池技术领域。结构从上到下依次为：上 电极 、重掺杂的p+型ZnS 窗口层 、p型GaSb有源区、n型GaSb、重掺杂的n+型GaSb隧穿层、重掺杂的p+型GaSb隧穿层、p型Gax1In1-x1Sb有源区、n型Gax2In1-x2Sb有源区、重掺杂的n+型GaSb背面 电场 层、n型GaSb衬底和背电极。本 发明 利用低压金属有机物化学 气相 外延 (LP-MOCVD)技术，在n型GaSb衬底上制备结构为n型GaSb衬底/n+型GaSb背面电场层/n型Gax2In1-x2Sb有源层/p型Gax1In1-x1Sb有源层/p+型GaSb隧穿层/n+型GaSb隧穿层/n型GaSb有源层/p型GaSb有源层/p+型ZnS窗口层的基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池。，下面是一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特征在于：结构从上到下依次为上电极、重掺杂的p+型ZnS窗口层、p型GaSb有源区、n型GaSb衬底、重掺杂的n+型GaSb隧穿层、重掺杂的p+型GaSb隧穿层、p型Gax1In1-x1Sb有源区、n型Gax2In1-x2Sb有源区、重掺杂的n+型GaSb背面电场层、n型GaSb衬底和背电极。
2.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特征在于：所述的n型GaSb衬底是掺Te的n型GaSb抛光单晶片，净施主Te的掺杂浓度为
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3.5×10 /cm～4.5×10 /cm，厚度为485～515μm，晶向由(100)方向向(110)方向偏
2°。
3.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特征在于：所述的p型Gax1In1-x1Sb有源区和n型Gax2In1-x2Sb有源区均为与n型GaSb衬底晶格匹配的Gax0In1-x0Sb三元合金材料，其中x0、x1、x2取0.6～0.8，对应的禁带宽度为0.4～
0.54eV。
4.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特征在于：重掺杂的n+型GaSb背面电场层和重掺杂的p+型ZnS窗口层的厚度和掺杂浓度均
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为45～60nm和1×10 ～2×10 /cm。
5.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特
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征在于：所述的p型GaSb有源区的厚度为4～5μm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm；
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n型GaSb有源区的厚度为0.1～0.4μm，掺杂浓度为5×10 ～1×10 /cm。n+型GaSb
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隧穿区的厚度为40～100nm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm，p+型GaSb隧穿区的厚度
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为40～100nm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm。p型Gax1In1-x1Sb有源区的厚度为2～
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3μm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm，n型Gax2In1-x2Sb有源区的厚度为0.1～0.2μm，
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掺杂浓度为3×10 ～5×10 /cm。
6.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特征在于：所述重掺杂的n+型GaSb背面电场层、n+型GaSb隧穿区、n型Gax2In1-x2Sb有源区层和n型GaSb有源区的掺杂剂均为Te，p+型GaSb隧穿区、p型Gax1In1-x1Sb有源区层和p型GaSb有源区的掺杂剂均为Zn，p+型ZnS窗口层的掺杂剂为As。
7.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池，其特征在于：所述上电极的材料是双层的Au-Pb/Au材料，合金质量比例为Au：Pb＝7：3，第一层Au-Pb合金层厚度为30～50nm，第二层Au金属层厚度为100～200nm；上电极的面积占电池上表面总面积的10～15％；背电极的材料为双层的Au-Ge-Ni/Au材料，合金质量比例为Au：Ge：Ni＝80：16：4，第一层Au-Ge-Ni合金层厚度为30～50nm，第二层Au金属层厚度为
200～280nm。
8.如权利要求1所述的一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池的制备方法，其步骤如下：
1)衬底的清洗及腐蚀：将n型GaSb衬底在硝酸、盐酸和冰醋酸的混合液中腐蚀10～
15分钟后，立即用去离子水清洗，高纯氮吹干放入LP-MOCVD设备的反应室中；硝酸、盐酸和冰醋酸的用量范围为2～4mL：10～20mL：30～60mL；
2)生长程序设定：将所要制备的器件的各层材料的生长参数进行设定；
3)反应室抽真空：将压强设定为生长所需要的值20～100mbar，启动机械泵给反应室抽真空，同时通入氢气置换反应室的氮气，并通入旋转气体H2使衬底旋转；
4)衬底的热处理：将温度设定为460～520℃，启动中频炉加热衬底，温度上升至
330～360℃时通入TESb对衬底表面予以保护，当温度达到设定值并稳定后通入载气氢气，处理的时间10～15分钟；
5)生长各层外延层：待衬底热处理后，进入外延层生长程序，进行各外延层的生长；首先，升高温度至520～560℃，生长GaSb背面电场层；然后降温至480～520℃，生长n型Gax2In1-x2Sb有源层和p型Gax1In1-x1Sb有源层；最后将温度升高至520～560℃，依次生长p+型GaSb隧穿层、n+型GaSb隧穿层、n型GaSb有源层和p型GaSb有源层；得到结构为n型+
GaSb衬底/n型GaSb背面电场层/n型Gax2In1-x2Sb有源层/p型Gax1In1-x1Sb有源层/p+型GaSb隧穿层/n+型GaSb隧穿层/n型GaSb有源层/p型GaSb有源层的器件；
6)降温取样：生长结束后，待温度降至室温和反应室恢复到常压后，取出反应室中制备得到的器件；
7)清洗：分别用三氯乙烯、丙酮和酒精超声清洗制备好上述器件2～3次，每次5～10分钟，然后用高纯N2吹干；
8)烘烤：用烘箱将制备好的器件在75～85℃条件下烘烤20～25分钟；
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9)制作窗口层：在真空热蒸发系统中分别放入装有掺杂浓度为1×10 ～2×10 /cm-3 -3
的p型ZnS的石墨舟，对热蒸发系统抽真空至1×10 ～3×10 Pa，通过控制加热电流改变石墨舟的温度，从而控制蒸发速率，在p型GaSb有源层上蒸镀ZnS，用膜厚监控仪监控厚度，形成厚度为10nm～100nm的窗口层。
+
10)上电极制作：在p型ZnS窗口层的上表面用电子束蒸发的方法制作Au-Pb/Au上电极，首先，制作一个材料为铜片、与n型GaSb衬底尺寸相同的掩膜版，在掩膜版的正中央挖去一个长方形的孔，挖去的面积占掩膜版面积的5％～10％，并将掩膜版与器件上表面重合压紧，将其一并放入蒸发腔内，固定器件并使器件上表面面对坩锅；将Au：Pb合金靶材放入蒸发腔内的坩锅内，再通过设定电子束的速率达到调节沉积到器件表面的材料厚度的目-4
的；用分子泵将腔内抽真空，当真空度达到4×10 帕斯卡以下时，打开电子束开关进行电子束蒸发，3～5分钟后关闭电子束开关；充氮气，再抽真空，再冲氮气直达压强恢复常压；
待合金靶材冷却后，打开腔门，取出合金靶材换上Au金属靶材，然后重复上述电子束蒸发合金的步骤进行Au金属的蒸发，蒸发时间为10～15分钟，完成后关闭电子束开关，等待靶材冷却，腔内压力恢复到常压，打开腔门取出器件，去除掩膜版，上电极制作完成；
11)减薄衬底：首先采用目数为260～350的粗砂将上述热光伏电池的n型GaSb衬底背面打磨至300～340μm，然后改用目数为2400～3000的细砂研磨至200～240μm，最后用金刚砂抛光；
12)背电极制作：在上述器件的n型GaSb衬底背面用电子束蒸发的方法制作Au-Ge-Ni/Au背电极；
13)退火：将上述制备的热光伏器件放入退火炉，通入氮气，在250～300℃条件下进行1～2分钟的合金化处理，形成欧姆接触的上电极和背电极，从而完成基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池的制备。
一种基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池及
其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
光单晶片，净施主Te的掺杂浓度为3.5×10 /cm～4.5×10 /cm，厚度为485～515μm，晶向由(100)方向向(110)方向偏2°。
均为45～60nm和1×10 ～2×10 /cm。
cm；n型GaSb有源区的厚度为0.1～0.4μm，掺杂浓度为5×10 ～1×10 /cm。n+型GaSb
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隧穿区的厚度为40～100nm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm，p+型GaSb隧穿区的厚度
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为40～100nm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm。p型Gax1In1-x1Sb有源区的厚度为2～
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3μm，掺杂浓度为1×10 ～3×10 /cm，n型Gax2In1-x2Sb有源区的厚度为0.1～0.2μm，
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掺杂浓度为3×10 ～5×10 /cm。
有源层/p+型GaSb隧穿层/n+型GaSb隧穿层/n型GaSb有源层/p型GaSb有源层/p型ZnS窗口层的基于GaSb的GaxIn1-xSb/GaSb串联结构热光伏电池。
2×10 /cm的p型ZnS的石墨舟，对热蒸发系统抽真空至1×10 ～3×10 Pa，通过控制加热电流改变石墨舟的温度，从而控制蒸发速率，在p型GaSb有源层上蒸镀ZnS，用膜厚监控仪监控厚度，形成厚度为10nm～100nm的窗口层。
10～15分钟，完成后关闭电子束开关，等待靶材冷却，腔内压力恢复到常压，打开腔门取出器件，去除掩膜版，上电极制作完成；
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同，都是1×1cm。
具体实施方式
片，净施主Te的掺杂浓度为4.0×10 /cm，厚度为500μm，尺寸为1×1cm正方形，晶向由(100)向(110)方向偏2°。在其上依次外延制备重掺杂的n+型GaSb背面电场层、n型Gax2In1-x2Sb有源区、p型Gax1In1-x1Sb有源区、重掺杂的p+型GaSb隧穿层、重掺杂的n+型GaSb隧穿层、n型GaSb有源区、p型GaSb有源区。
1中的生长条件，在n型GaSb衬底片上依次生长n型GaSb背面电场层/n型Gax2In1-x2Sb有源层/p型Gax1In1-x1Sb有源层/p+型GaSb隧穿层/n+型GaSb隧穿层/n型GaSb有源层/p型GaSb有源层。其中各层的厚度依次为p型GaSb有源区的厚度为5μm，掺杂浓度为
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1.2×10 /cm，n型GaSb有源区的厚度为0.1μm，掺杂浓度为8×10 /cm。n+型GaSb隧
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穿区的厚度为50nm，掺杂浓度为1×10 /cm，p+型GaSb隧穿区的厚度为50nm，掺杂浓度为
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1×10 /cm。p型Gax1In1-x1Sb有源区的厚度为2μm，掺杂浓度为3×10 /cm，n型Gax2In1-x2Sb
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有源区的厚度为0.1μm，掺杂浓度为3×10 /cm。
Au(90nm)上电极。首先，制作一个材料为铜片的掩膜版，形状为1×1cm正方形，在掩膜版的正中央挖去一个长方形的孔，挖去的面积占掩膜版面积的8％，并将掩膜版与器件上表面重合压紧，将其一并放入蒸发腔内，固定器件并且上表面面对坩锅；将质量比为Au：Pb＝7：
3合金靶材放入蒸发腔内的坩锅内，再通过设定电子束的速率达到调节沉积到器件表面的-4
材料厚度的目的；用分子泵将腔内抽真空，等到真空度达到4×10 帕斯卡以下，打开电子束开关进行电子束蒸发，3分钟后关闭电子束开关；充氮气，再抽真空，再冲氮气直达压强恢复常压，待合金靶材冷却后，打开腔门，取出合金靶材换上Au金属靶材，然后重复上述电子束蒸发合金的步骤进行Au金属的蒸发，蒸发时间12分钟，完成后关闭电子束开关，等待靶材冷却，腔内压力恢复到常压，打开腔门取出器件，去除掩膜版，上电极制作完成；
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