[发明专利]p-i-n结InGaN太阳电池制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳电池制造方法，尤其涉及一种p-i-n结InGaN太阳电池制造方法。

背景技术

太阳能是人类取之不尽用之不竭的绿色能源，而太阳电池主要是利用光伏效应把太阳光能转换成电能的一种光电子器件，可广泛用于航空航天、国防、工农业、信息电子、住房汽车等领域，为人类可持续发展提供了一项非常重要的能源。

传统的太阳电池材料主要有Si系列，GaAs系列以及其它系列等材料，但是它们的光电转换效率有限，目前Si系列和GaAs系列的单结太阳电池最高只能达到17％和25％，最主要原因是这些太阳电池材料的能隙宽度只对应太阳光谱的一部分，只能吸收部分太阳光能量，另外，有些材料(如硅)是间接带隙材料，吸收系数低，电池吸收区厚，量子效率低。

近十几年来，人们开始研究第三代半导体材料——以GaN及AlGaN、InGaN等合金为代表的III族氮化物材料。由于它们是直接带隙材料，有很高的吸收系数，且具有优异的物理、化学性质，在蓝光发射器件、紫外光探测器件和高频大功率器件等应用方面取得了很大进展。近几年来，国外一些单位研究表明，高质量InN的带隙宽度仅为0.7eV，而不是过去研究认为的1.9eV。这样，In_aGa_1-aN三元合金随In组分a变化的带隙宽度为3.4～0.7eV，正好与太阳光谱的范围(4.0～0.4eV)相接近，In_aGa_1-aN还具有直接带隙、高的电子饱和漂移速度、大的迁移率、比其它III-V族化合物更好的抗粒子辐射能力和更高的熔点等特点，因此，可以在减少太阳电池吸收区的层厚的前提下尽可能的提高太阳电池的寿命与可靠性。正因如此，发展新一代的In_aGa_1-aN化合物半导体太阳电池材料与器件，研究In_aGa_1-aN化合物半导体材料与器件制备、相关的材料物理与器件物理，也已成为当前国际上太阳电池科学研究的前沿领域。目前常用的太阳电池的In_aGa_1-aN材料往往是直接生长在GaN材料上，但是，由于GaN材料和In_aGa_1-aN材料存在较大的晶格失配，晶格失配一方面会导致高In组分的In_aGa_1-aN材料质量下降，另一方面，晶格失配会加大In_aGa_1-aN材料中的极化电场，使得In_aGa_1-aN太阳电池的转换效率进一步降低。在通常的结构中，作为主要吸光层的i-InGaN层，要不就是没有应力存在，要不就是存在压应变，在没有应力存在的情况下，i-InGaN层中存在自发极化电场，降低电池转换效率；如果存在压应变，将进一步降低电池效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出能有效提高电池的转换效率的一种p-i-n结InGaN太阳电池制造方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种p-i-n结InGaN太阳电池制造方法，包括以下步骤：

a清洗[0001]面蓝宝石衬底；

b将[0001]面蓝宝石衬底在NH₃气氛下表面氨化后，然后在550℃温度下生长一层厚度为20nm的GaN缓冲层，然后将衬底温度升至1050℃生长1.0μm厚的GaN层；

c再将温度降到750℃生长800nm厚的全应变弛豫高In组分In_yGa_1-yN层；

d继续在温度750℃生长3～10层高In组分In_yGa_1-yN/GaN结构的In_yGa_1-yN超晶格层，每层In_yGa_1-yN的厚度范围为1～5nm，GaN的厚度范围在1～5nm；

e继续在温度750℃生长300～1000nm厚的高In组分n-In_yGa_1-yN层；

f继续在温度750℃生长30～100nm厚的高In组分i-In_xGa_1-xN层；

g继续在温度750℃生长50～150nm厚的高In组分p-In_yGa_1-yN层；