一种砷化铟红外光伏电池制造技术

本专利公开了一种砷化铟红外光伏电池，该电池包括非掺杂ｎ型ＩｎＡｓ单晶衬底，在衬底上外延ｐ型ＩｎＡｓ单晶薄膜，蒸镀在ｐ型薄膜表面的栅状Ａｕ前电极，以及蒸镀在衬底背面的全覆盖的Ａｕ背电极。ｐ型ＩｎＡｓ外延薄膜采用液相外延的方法制备，溶剂为Ｉｎ，溶质为ＩｎＡｓ，掺杂剂为Ｚｎ。电极采用离子束溅射的方法制备。本专利的优点是：可以用作转换１～３μｍ波长范围的太阳辐射的太阳电池，拓宽了太阳电池的光谱利用范围，也可以用作转换热源温度为１０００～３０００Ｋ的热光伏器件；其次本实用新型专利技术结构简单，电池参数可以很容易通过调节工艺参数控制，制备成本低。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及薄膜太阳电池及热光伏器件，特别是指一种可以用作转换1 3 μ m波 长范围的太阳辐射的太阳电池，拓宽了太阳电池的光谱利用范围，也可以用作转换热源温 度为1000 3000K的热光伏器件。
技术介绍
太阳能具有取之不尽、无污染的优点，是解决未来能源短缺与环境污染的理想能 源，各国政府均把发展太阳能作为一种战略部署。然而，目前太阳电池发电的成本约为传统 的电力的8倍(约5元/千瓦时)，这限制了其推广应用。太阳电池的发电成本居高不下 主要与二个因素有关，其一是高质量的原材料供不应求，其二与其光电转换效率低(约为 12% )有关，特别是对于军事装备、航空、航天等军事与空间应用领域，光电转换效率是太 阳能电池最重要的指标。为了提高光电转换效率，人们作了不懈的努力来提高电池的制备 技术和优化器件的参数，但每提高一个百分点都不容易，其根本原因是任何单一半导体材 料的光电响应频带范围相对于太阳光谱来说都太窄，只有用几种不同禁带宽度的材料分别 响应光谱的高、中、低频区，并叠加它们的效应，才可能大幅度提高太阳能电池的光电转换 效率。目前，太阳能电池(如31、6仏8丄(11^、11^仏8等)主要是转换太阳辐射能量的可见 光和很窄的近红外部分，大部分的红外光无法转换成电能，而红外光能量约占太阳辐射总 能量的43%，因此，若能够将太阳辐射中的大部分红外光转换成电能，这对提高太阳能电池 的效率是很有意义的。热光伏电池是一种转换热辐射的器件，与太阳电池的原理相同，只是辐射源不同。 与太阳电池相比，具有不受天气的影响的优势，是太阳电池的有益补充。由于热源辐射的 峰值波长主要由热源的温度决定，它们之间的关系可由维恩位移定律来确定，S卩λ ·Τ = 2898 (μ m ·Κ)，因此，根据热源的温度不同，热光伏电池应选择不同禁带宽度的半导体材料。InAs是一种可工作于室温的优良红外材料，室温下其禁带宽度为0. 35eV,对应截 止波长为3. 5 μ m，因此，InAs光伏电池可转换1 3 μ m波长范围的太阳辐射的太阳电池， 拓宽了太阳电池的光谱利用范围，也可以用作转换热源温度为1000 3000K的理想热光伏 器件。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种红外光伏电池及制备方法，可以用作转换1 3 μ m波长 范围的太阳辐射的太阳电池，拓宽太阳电池的光谱利用范围，也可以用作转换热源温度为 1000 3000K的热光伏器件。本专利的InAs红外光伏电池，包括Au背电极、η型非故意掺杂衬底、Zn掺杂ρ型 外延层与栅状Au前电极，其特征在于ρ型外延层的厚度1 3 μ m ；栅状Au前电极的覆盖面积为5 20%。本专利的InAs红外光伏电池的ρ型薄膜采用水平滑移的液相外延方法制备，其特 征在于采用过冷冷却的方法制备P型薄膜，饱和溶液的过冷度为10 15°C ；溶液均勻温度高于生长温度25 35°C，降温速率为0. 3 0. 4°C /min。本专利的InAs红外光伏电池的Au电极采用离子束溅射的方法制备，其特征在 于电极材料为Au，厚度为30 50nm。本专利的优点是1.可以用作转换1 3μπι波长范围的太阳辐射的太阳电池，拓宽了太阳电池的光 谱利用范围，也可以用作转换热源温度为1000 3000Κ的热光伏器件。2.本专利结构简单，电池参数可以很容易通过调节工艺参数控制，制备成本低。附图说明图1为本专利的InAs红外光伏电池的结构示意图。图2为ρ型InAs薄膜的X射线衍射图。图3为实施例的InAs红外光伏电池在AMI. 5光照条件下的J-V曲线，其中插图为 电池的暗J-V曲线。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利的具体实施方式作进一步的详细说明衬底的清洗与溶液的配制称量高纯In(7N)3. 65365g，InAs单晶(5Ν)0· 13124g， 高纯Zn (7N) 0. 00551g。将IOml超净水倒入IOml盐酸(M0S级)，用该溶液清洗In与Zn约 1分钟；将6ml硝酸(M0S级)倒入IOml双氧水(M0S级)，用该配比的溶液分别清洗InAs 衬底与原料约70秒。然后分别用大量的超净水冲洗，接着分别用无水乙醇(M0S级)漂洗 2次，最后用氮气吹干待用。ρ型薄膜的液相外延制备将InAs单晶衬底放入石墨舟的衬底槽，将原料(高纯 In、InAs单晶与高纯Zn)放入母液槽，然后采用过冷冷却工艺外延生长ρ型薄膜。均勻化 时间约为1小时，饱和溶液的过冷度约为15°C，降温速率约为0. 40C /min，生长时间约为3 分钟。见图2，X射线衍射图谱表明，制备的薄膜为(100)取向的单晶薄膜，很高的衍射强 度与窄的半高宽表明薄膜的晶体质量很好。电极的制备采用离子束溅射的方法蒸镀Au电极，溅射电流为30mA，溅射速率约 为0. 2nm/秒，电极的厚度为50nm。其中前电极为栅状，电极的覆盖面积约为20%。见图3，无光照条件下的I-V测试表明，室温下薄膜呈现出典型的窄带隙半导体p-n结的特性。AMI. 5条件下的测试表明电池的开路电压为2. 8mV，短路电流密度为1. 5mA/2cm ο本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种砷化铟红外光伏电池，包括背电极(1)、衬底(2)、p型外延层(3)与栅状前电极(4)，其特征在于所述的p型外延层(3)的InAs厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓惠勇，王奇伟，吴杰，胡淑红，郭少令，陈鑫，戴宁，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：31