[发明专利]一种半导体太阳电池的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体太阳电池的制作方法，尤其是涉及一种III-V族半导体材料多结高效太阳电池的制作方法。

背景技术

随着化石能源的枯竭和全球气候变暖的日益加剧，太阳能的利用正受到人们越来越多的重视。太阳电池是将太阳能转化为电能的核心器件。高效太阳电池在航空航天、空间探索等方面有着重要的用途。低成本的高效太阳电池的大规模应用可以缓解能源危机，减少温室气体排放，造福子孙后代。因此，高效太阳电池技术一直是各国特别是发达国家重点支持的研究领域。

目前空间用高效太阳电池有GaSb/GaAs机械叠层电池、GaInP/GaAs电池等。波音全资子公司SPECTROLAB生产的GaInP/GaAs/Ge三节太阳电池的效率达到28.3％，截止2006年，已经售出了200万片。GaSb/GaAs机械迭层电池光电转换效率已达37％(AM1.5)，是效率较高的化合物半导体太阳电池，但由于其需要高质量的GaSb、GaAs体材料，故成本高，单位重量功率比大。GaInP/GaAs电池只能吸收能量大于1.4eV的光子，不能覆盖红外波段，所以无法进一步提高光电转换效率。GaInAsSb/GaSb/GaAs材料可以吸收0.5-1.4eV波段的太阳辐射，是对GaInP/GaAs吸收范围的拓展。将GaInAsSb/GaSb/GaAs与GaInP/GaAs相结合得到的新型太阳电池材料可吸收0.5-1.9eV范围的太阳辐射，使太阳电池的转换效率大大提高。GaInAsSb/GaSb/GaAs材料只包含III、V族元素，可一次外延得到；GaAs、GaSb、GaInAsSb均为直接带隙材料，吸收系数大，抗辐射能力强，寿命长；材料中各层均为几个微米厚的薄膜，Ga、In、Sb等稀有元素的用量少，比GaSb/GaAs迭层电池成本低。这些都决定了GaInAsSb/GaSb/GaAs材料非常适合制作高效太阳电池。本发明基于以上优点，提供一种新型高效太阳电池的制作方法，可为空间飞行器提供高性能电源。该技术进一步降低了电池成本，对地面用高效光伏发电系统的推广具有重要意义。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提供一种半导体太阳电池的制作方法，以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延(MBE)生长技术，在砷化镓衬底上生长子电池吸收层，然后进行封装，完成电池的制作。

本发明的具体实施步骤为：

1)以掺杂砷化镓单晶片为衬底，利用分子束外延(MBE)生长技术，在580℃下，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

2)在GaAs缓冲层上生长p⁺GaAsSb/n⁺GaAsSb隧穿结；

3)在450℃下，在p⁺GaAsSb/n⁺GaAsSb隧穿结上生长GaSb层；

4)在GaSb层上生长p⁺GaSb/n⁺InAsSb隧穿结；

5)在430℃下，在p⁺GaSb/n⁺InAsSb隧穿结上生长InGaAsSb合金层；

6)在砷化镓单晶片衬底表面制作顶电极，在InGaAsSb合金层表面制作背电极。

本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，将太阳电池的光谱吸收范围拓展到0.5-1.4eV波段，特别是增加了对红外部分的吸收，对于提高太阳电池的转换效率非常有益。

2、本发明中GaInAsSb/GaSb/GaAs材料只包含III、V族元素，可一次外延得到。

3、GaAs、GaSb、GaInAsSb均为直接带隙材料，吸收系数大，抗辐射能力强，寿命长。

具体实施方式

实施例

1)将免清洗的N⁺-GaAs衬底放在分子束外延生长室样品架上，在580℃条件下高温脱氧，并将N⁺-GaAs衬底温度升至630℃高温除气，然后将衬底温度降至580℃；开启Ga、As源炉快门，在N⁺-GaAs衬底上进行p-GaAs缓冲层的生长，掺杂浓度为p3～5×10¹⁸，所述分子束外延生长室在p-GaAs层生长前处于真空状态，压力为5×10^-9mbar，生长室在p-GaAs缓冲层生长过程中压力为7～8.5×10^-8mbar，p-GaAs缓冲层生长厚度为0.5μm，p-GaAs缓冲层在生长时的As∶Ga束流比为20∶1；