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

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏器件制造
，具体地涉及一种磷化镓铝(GaxAlhP)应力补 偿的砷化铟(InAs)量子点太阳电池制作方法。
技术介绍
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GaxAlhP薄层来达到相同的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，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。本专利技术涉及一种一种，包括 如下步骤步骤1 选择一 η+型GaAs单晶片作为衬底；步骤2 在衬底上依次生长η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ρ型GaAs层、ρ+型GaAs层、 Ala4Gaa6As 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°C和530°C之间。其中所述的多个周期的量子点结构中的GaxAlhP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°C到800°C之间；GaxAlhP应力补偿层与上下两层InAs量子点 层的距离大于5nm，GaxAlhP应力补偿层中的x取值范围0 < χ < 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°C，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是本专利技术太阳电池的结构示意图。 具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术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 η+型GaAs单晶片作为衬底10，该衬底10的掺杂浓度为 (0. 6-1. 4)*1018cnT3 ；2)该衬底10上生长一层η型GaAs层11，厚度为250nm，生长温度是580°C，掺杂 浓度为 1. 0*1017cnT3 ；3)在η型GaAs层11上生长一层本征GaAs缓冲层12，厚度为lOOnm，生长温度为 580 0C ；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，GaxAl^P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°C和530°C之间(本实 施例为485°C )；所述的多个周期的量子点结构20中的GaxAlhP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°C到800°C之间(本 实施例为620°C )，该GaxAlhP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lOnm)，该GaxAlhP应力补偿层203中的χ取值范围为0 < χ < 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6300C (本实施例为5800C )；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lOnm)；5)在多个周期的量子点结构20上一层ρ型GaAs层22，厚度为140nm，生长温度为 580°C，掺杂浓度为 2. 0*1017cm_3 ；6)在ρ型GaAs层22上生长一层ρ+型GaAs层23，厚度为250nm，生长温度为 580°C，掺杂浓度为 2. 0*1018cm_3 ；7)在ρ+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°C ； 8)在Ala 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，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本专利技术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 本专利技术的包含范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。权利要求一种，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+型本文档来自技高网...

【技术保护点】
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、Ａｌ↓［０．４］Ｇａ↓［０．６］Ａｓ层和ＺｎＳ／ＭｇＦ↓［２］层；步骤５：在ＺｎＳ／ＭｇＦ↓［２］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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王科范，杨晓光，杨涛，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]