[发明专利]蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种半导体器件及其他类不包括的固态器件，更具体地说涉及一种蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结的方法。

背景技术：

p-n结是多晶硅太阳能电池的核心，它所采用材料和制作质量将直接影响到太阳能电池的转换效率。硅是应用最广泛的半导体，但是硅是间接带隙半导体，带隙的宽度一定，从而限制了它应用的进一步扩展。随着“能带工程”和“材料工程”的深入研究，硅基异质结构应运而生，为剪裁能带、设计异质结构、调整电学和光学性质、制造新功能器件提供了有力的保证。多晶SiGe有望成为多晶硅的代替材料。电子和空穴在应变Ge中的迁移率已证明比在硅中明显高很多，大约是硅的5倍。Si和Ge两者具有金刚石晶体结构，可以形成无限固溶体Si1-x Gex(0＜x＜1)，SiGe和Si之间晶格失配度可由0变至4.2％。通过调节Ge的组成，使SiGe的电学、光学性能得到控制。随着Ge含量的增加，SiGe间隙减小，对于应变的SiGe材料尤其明显，使吸收向红外波长方向移动，提高太阳能电池的转换效率。

生长SiGe异质结材料的主要方法有分子束外延法(MBE)、选择外延生长法(SEC)、超真空化学气相外延法(UHV/CVD)和减压化学气相沉积法(RPCVD)等，MBE精度高，能够实时控制，但设备昂贵，成本高，不易实现产业化。CVD方法是气相物质经化学反应沉积在衬底表面形成所需要的外延层的技术，它能够有效地减小衬底与外延层的污染，从而获得高质量的SiGe材料，但它采用的硅烷气体危险性很大，剩余的硅烷废气容易自然和爆炸，使废气处理消耗高。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种可控制有害物质的释放、减少对环境污染、能大幅度提高太阳能电池光电转换效应、节约硅锗原材料、制作工艺简单重复性好、生产效率高的蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结的方法。

本发明的目的是通过以下措施来实现：一种蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步聚1，向耐高温坩锅内n型Si中加入一定比例的高纯Ge，加热熔化形成n型Si-Ge合金溶液；

步骤2，固定器夹持p型多晶硅，对其衬底自由端面预热至一定温度，其后p型多晶硅衬底的自由端面快速蘸取n型Si-Ge合金溶液；

步骤3，蘸取n型Si-Ge合金溶液后的p型多晶硅衬底缓慢降温进行定向凝固、退火处理，在p型多晶硅和n型富Ge层界面形成太阳能电池的p-n结。

所述步骤1耐热高温坩锅位于封闭式结构内，其结构内部保持在高纯氩气状态中，氩气的纯度大于99.999％。

所述步骤1在n型Si中加入一定比例的高纯Ge，在Si-Ge合金溶液中Ge含量的原子百分比为10％-80％。

所述步骤1加热熔化形成n型Si-Ge合金溶液，所述加热熔化的温度控制在1450-1500℃。

所述步骤2对p型多晶硅衬底自由端面预热，预热温度达到1000-1200℃。

所述步骤2蘸取时p型多晶硅衬底自由端面进入液态Si-Ge面的深度为0.2-0.8mm，蘸取时间为0.3-0.7s，形成的厚度为100-800μm的Si-Ge液态薄膜。

所述步骤3缓慢降温进行定向凝固，温度控制在1000-1200℃，定向凝固时间为10-30min，表面形成n型富Ge层，其厚度为100-800μm，定向凝固后快速冷却，温度至600-700℃。

所述步骤3所述退火处理为带有富Ge层的多晶硅衬底在退火炉中氩气保护下于600-850℃进行退火处理。

所述步骤3在p型多晶硅和n型富Ge层界面有缓冲Si_1-xGe_x(0＜x＜1)，其厚度为90-720μm。

与现有技术相比，由于采用了本发明提出的蘸片法制作Ge/Si太阳能电池p-n结的方法，整个工艺过程是在封闭系统中进行的，它利用氩气保护，控制有害物质的释放，减少了对环境的污染；通过p型多晶硅衬底蘸取n型Si-Ge合金溶液，然后进行缓慢的定向凝固使Ge富集在多晶硅衬底表面，所得到的n型掺Ge让p-n载流子迁移率大大提高，从而大幅度提高了太阳能电池光电转换效率；在制作p-n结过程中，p型多晶硅衬底蘸取n型Si-Ge合金溶液，使n型合金材料直接凝固在p型多晶硅衬底上，无Si-Ge合金材料浪费现象，节省了硅锗原材料；同时制作p-n制作工艺简单，减少了制作太阳能电池的环节，重复性好，可以大幅度提高生产率，对大规模生产具有重要的意义。

附图说明：