專利名稱：一種GaAs單結(jié)太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化合物半導(dǎo)體太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種高效率GaAs單結(jié)太陽 能電池。
背景技術(shù)：
由于煤、石油等不可再生能源的逐漸枯竭及其不斷造成的環(huán)境惡化，人類迫切需 要使用綠色能源為人們解決所面臨的巨大問題。利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)制造的太陽能電池可將 太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，這在很大程度上減少了人們生產(chǎn)生活對煤炭、石油及天然氣的依 賴，成為利用綠色能源的最有效方式之一。III-V半導(dǎo)體GaAs太陽能電池是轉(zhuǎn)換效率最高的一種太陽能電池，同時(shí)具有耐高 溫性能、抗輻射能力強(qiáng)、溫度特性好、適合于聚光工作等優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上最具競爭力的 一種太陽能電池，同時(shí)被公認(rèn)為新一代高性能長壽命空間主電源，正在航天領(lǐng)域逐步得到 廣泛應(yīng)用。隨著III-V族化合物半導(dǎo)體生長技術(shù)(M0CVD)的不斷進(jìn)步，化合物半導(dǎo)體GaAs電 池的效率得到了很大提高。單結(jié)GaAs太陽能電池的效率已達(dá)到23%以上，隨后雙結(jié)、三結(jié) 等級聯(lián)電池也得到了研究，最高效率達(dá)到了 40.8%。但是多結(jié)太陽能電池中包括多層材料 結(jié)構(gòu)，其制作過程是非常復(fù)雜精密的，這無疑會(huì)給將來的生產(chǎn)帶來極大困難，也會(huì)很大程度 地提高生產(chǎn)成本。GaAs單結(jié)太陽能電池僅能吸收一定波段的太陽光(< 900nm)，而GaAs多結(jié)太陽 能電池卻可以吸收更寬波段的太陽光(< 1798nm)。如何使得GaAs單結(jié)太陽能電池具有多 結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率，這是促使GaAs太陽能電池快速商業(yè)化的一項(xiàng)極具吸引力的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種GaAs單結(jié)太陽能電池，使得GaAs單結(jié)電池可以吸收 更寬波段的太陽光，從而降低了生產(chǎn)技術(shù)的難度，且獲得了較高的轉(zhuǎn)換效率。一種GaAs單結(jié)太陽能電池，包括依次由緩沖層、GaAs p-n結(jié)、窗口層及歐姆接觸 層構(gòu)成的電池外延層，在歐姆接觸層的表面局部區(qū)域形成有電極，局部區(qū)域以外的部分沉 積有雙層減反膜，雙層減反膜的上層膜采用折射率小于下層膜的材料，其特征在于，雙層減 反膜的下層膜采用折射率位于上層膜和窗口層折射率之間的光致發(fā)光材料。所述下層膜采用摻雜Sm或Eu的CaS、摻雜Sm或Eu的SrS、摻雜Sm或Ce的MgS 中的任意一種。所述上層膜采用MgF2或A1203或Si02。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在在窗口層的平臺上沉積雙層減反膜，并使用低折射率 材料作為雙層減反膜的上層膜，使用光致發(fā)光材料作為雙層減反膜的下層膜。光致發(fā)光材 料能夠吸收GaAs所不能吸收波段的太陽光，并將這部分光轉(zhuǎn)化為能被GaAs所吸收的光，其 最終結(jié)果是更寬波段的太陽光將會(huì)被GaAs太陽能電池所吸收并轉(zhuǎn)換為電能，極大地拓寬了 GaAs單結(jié)太陽能電池對太陽光的吸收波段，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1是GaAs單結(jié)太陽能電池的側(cè)面剖視圖。圖2是GaAs單結(jié)太陽能電池外延層的側(cè)面剖視圖。圖3是制備出上電極后的電池側(cè)面剖視圖。圖4是刻蝕出窗口層平臺的電池側(cè)面剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作的進(jìn)一步描述。實(shí)施例一1)在GaAs襯底1上使用M0CVD方法依次生長出緩沖層2、GaAs p-n結(jié)3、窗口層 4和歐姆接觸層5 (如圖2所示)，組成GaAs單結(jié)太陽能電池外延層。2)依次使用光刻、蒸鍍電極、合金化、電極增厚的傳統(tǒng)工藝在GaAs單結(jié)太陽能電 池外延層上表面制備出上電極6 (如圖3所示)。3)通過選擇性ICP刻蝕方法刻蝕掉上電極6下方以外的歐姆接觸層5，使之出現(xiàn) 一個(gè)窗口層4的平臺(如圖4所示)。4)在窗口層4的平臺上，沉積一層光致發(fā)光材料CaS:Eu作為雙層減反膜的下層膜 7。采用磁控濺射的方法沉積一層80nm的CaS薄膜，再用真空熱蒸鍍的方法沉積一層lnm 的EuF3膜，并進(jìn)行退火處理，從而獲得了 Eu的摻雜濃度僅為1.0%左右的CaS薄膜。然后， 用真空熱蒸鍍的方法在制備出的CaS:Eu薄膜即下層膜7上沉積一層120nm的低折射率薄 膜MgF2即上層膜8(如圖1所示)。CaS材料具有2. 2的折射率，因此由低折射率(<2. 2)的材料MgF2和光致發(fā)光材 料CaS:Eu所形成的雙層減反膜具有作為GaAs單結(jié)電池雙層減反膜的功能。光致發(fā)光材料 CaS:Eu能夠吸收波長為850 1500nm的光子，并發(fā)射出波長為550 750nm的光子，進(jìn)而 被GaAs太陽能電池所吸收轉(zhuǎn)換為電能。然而GaAs的帶隙寬度為1. 42eV，所能吸收的太陽 光波長小于900nm，即有光致發(fā)光材料CaS:Eu輔助的GaAs單結(jié)太陽能電池可以有效地吸 收1500nm波段以內(nèi)的光能并將其轉(zhuǎn)化為電能，極大地拓寬了 GaAs單結(jié)太陽能電池對太陽 光的吸收波段，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。實(shí)施例二 1)在Ge襯底1上使用M0CVD方法依次生長出緩沖層2、GaAsp-n結(jié)3、窗口層4和 歐姆接觸層5 (如圖2所示)，組成GaAs單結(jié)太陽能電池外延層。2)依次使用光刻、蒸鍍電極、合金化、電極增厚的傳統(tǒng)工藝在GaAs單結(jié)太陽能電 池外延層上表面制備出上電極6 (如圖3所示)。3)通過選擇性濕法腐蝕方法刻蝕掉上電極6下方以外的歐姆接觸層5，使之出現(xiàn) 一個(gè)窗口層4的平臺(如圖4所示)。4)在窗口層4的平臺上，沉積一層摻雜Sm的光致發(fā)光材料CaS: Sm作為雙層減反 膜的下層膜7。采用原子層沉積的方法沉積一層80nm的CaS薄膜，再用真空熱蒸鍍的方法 沉積一層0. 5nm的SmF3膜，并進(jìn)行退火處理，從而獲得了 Sm的摻雜濃度僅為1. 0%左右的CaS薄膜。然后，用真空熱蒸鍍的方法在制備出的CaS:Sm薄膜上沉積一層llOnm的低折射 率薄膜A1203(如圖1所示)。實(shí)施例三1)在Ge襯底1上使用MBE的方法依次生長出緩沖層2、GaAs p-n結(jié)3、窗口層4 和歐姆接觸層5 (如圖2所示)，組成GaAs單結(jié)太陽能電池外延層。2)依次使用光刻、蒸鍍電極、合金化、電極增厚的傳統(tǒng)工藝在GaAs單結(jié)太陽能電 池外延層上表面制備出上電極6 (如圖3所示)。3)通過選擇性濕法腐蝕方法刻蝕掉上電極6下方以外的歐姆接觸層5，使之出現(xiàn) 一個(gè)窗口層4的平臺(如圖4所示)。4)在窗口層4的平臺上，沉積一層光致發(fā)光材料CaS:Sm作為雙層減反膜的下層膜 7。采用真空熱蒸鍍的方法沉積一層46nm的CaS薄膜，再用真空熱蒸鍍的方法沉積一層lnm 的EuF3膜，并進(jìn)行退火處理，從而獲得了 Eu的摻雜濃度僅為1.0%左右的CaS薄膜。然后， 用磁控濺射的方法在制備出的CaS:Eu薄膜上沉積一層82nm的低折射率薄膜Si02(如圖1 所示)。實(shí)施例四1)在Ge襯底1上使用M0CVD方法依次生長出緩沖層2、GaAsp-n結(jié)3、窗口層4和 歐姆接觸層5 (如圖2所示)，組成GaAs單結(jié)太陽能電池外延層。2)依次使用光刻、蒸鍍電極、合金化、電極增厚的傳統(tǒng)工藝在GaAs單結(jié)太陽能電 池外延層上表面制備出上電極6 (如圖3所示)。3)通過選擇性濕法腐蝕方法刻蝕掉上電極6下方以外的歐姆接觸層5，使之出現(xiàn) 一個(gè)窗口層4的平臺(如圖4所示)。4)在窗口層4的平臺上，沉積一層光致發(fā)光材料SrS:Sm作為雙層減反膜的下層 膜7。采用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍一層60nm的SrS薄膜，再用真空熱蒸鍍的方法沉積一 層0. 5nm的SmF3膜，并進(jìn)行退火處理，從而獲得了 Sm的摻雜濃度僅為1. 0%左右的SrS薄 膜。然后，用磁控濺射的方法在制備出的SrS:Sm薄膜上沉積一層lOOnm的低折射率薄膜 Si02(如圖1所示)。SrS材料具有2. 0的折射率，因此由低折射率(< 2. 0)的材料Si02和光致發(fā)光材 料SrS:Sm所形成的雙層減反膜具有作為GaAs單結(jié)電池雙層減反膜的功能。光致發(fā)光材料 SrS:Eu能夠吸收波長為900 1400nm的光子，并發(fā)射出波長為550 750nm的光子，進(jìn)而 被GaAs太陽能電池所吸收轉(zhuǎn)換為電能。然而GaAs的帶隙寬度為1. 42eV，所能吸收的太陽 光波長小于900nm，即有光致發(fā)光材料CaS:Eu輔助的GaAs單結(jié)太陽能電池可以有效地吸 收1400nm波段以內(nèi)的光能并將其轉(zhuǎn)化為電能，極大地拓寬了 GaAs單結(jié)太陽能電池對太陽 光的吸收波段，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。除了上述實(shí)施例所選材料外，還可選擇光致發(fā)光材料SrS:Eu，MgS: Ce，或MgS: Sm，
在此不再一一列舉。
權(quán)利要求
一種GaAs單結(jié)太陽能電池，包括依次由緩沖層、GaAs p-n結(jié)、窗口層及歐姆接觸層構(gòu)成的電池外延層，在歐姆接觸層的表面局部區(qū)域形成有電極，局部區(qū)域以外的部分沉積有雙層減反膜，雙層減反膜的上層膜采用折射率小于下層膜的材料，其特征在于，雙層減反膜的下層膜采用折射率位于上層膜和窗口層折射率之間的光致發(fā)光材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaAs單結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述下層膜采用摻雜Sm 或Eu的CaS、摻雜Sm或Eu的SrS、摻雜Sm或Ce的MgS中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GaAs單結(jié)太陽能電池，其特征在于，所述上層膜采用 1% 2或六1203 或 Si02。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaAs單結(jié)太陽能電池，在電池外延層的表面形成有電極和雙層減反膜，雙層減反膜的上層膜采用折射率小于下層膜的材料，下層膜采用折射率位于上層膜和窗口層折射率之間的光致發(fā)光材料。光致發(fā)光材料能夠吸收GaAs不能吸收波段的太陽光，并將這部分光轉(zhuǎn)化為能被GaAs所吸收的光，其最終結(jié)果是更寬波段的太陽光將被GaAs太陽能電池所吸收并轉(zhuǎn)換為電能，極大地拓寬了GaAs單結(jié)太陽能電池對太陽光的吸收波段，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/055GK101859807SQ20101018917
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者吳志浩, 宋明輝 申請人:華中科技大學(xué)