[发明专利]一种具有较大带隙的氮铟镓薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜太阳电池技术领域，特别是涉及一种具有较大带隙的氮铟镓薄膜及其制备方法。

背景技术

Ⅲ族氮化物BN、AlN、GaN、InN(Ⅲ-N)等及其多元合金化合物是性能优越的新型半导体材料(直接带隙半导体材料)，在太阳电池、声表面波器件、光电子器件、光电集成、高速和高频电子器件等方面得到重要应用，有着十分广阔的应用前景。

随着近年来对InN的研究发展，尤其是InN的禁带宽度研究，为设计、制备新型高效太阳电池奠定了理论和实验基础：2002年以前，InN的禁带宽度一直被认为是约1.9eV，2002年以后(含2002年)，对InN禁带宽度的认识有了新的突破，认为是0.6～0.7eV。因此，In_xGa_1-xN三元氮化物(GaN和InN的固溶体或混晶半导体)的禁带宽度覆盖的光子能范围很宽，为0.6～3.4eV(GaN的禁带宽度为3.4eV)，可随其中In含量x的变化在该范围内按如下关系式连续变化：

            ，

这提供了对应于太阳光谱几乎完美的匹配带隙，从而也为利用单一三元合金体系的半导体材料来设计、制备更为高效的多结太阳电池提供了可能。理论上，基于InN基材料的太阳电池的转换效率可能接近太阳电池的理论极限转换效率72%。理论计算得到：结构为p-In_xGa_1-xN/n-In_xGa_1-xN/衬底的In_xGa_1-xN太阳电池的转换效率为27.3%，高于目前通常半导体材料太阳电池的理论值；结构为n-In_xGa_1-xN/p-In_xGa_1-xN/衬底的In_xGa_1-xN单量子阱太阳电池的转换效率为36.49%。

总之，全太阳光谱材料系In_xGa_1-xN基太阳能电池具有转换效率高、抗辐射能力强等优势，在太空及特殊场合中具有极其重要的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种用于制备高效率薄膜太阳电池的具有较大带隙的氮铟镓In_xGa_1-xN（x为0.05～0.3）薄膜，以便制备转换效率高、抗辐射能力强的全太阳光谱材料系薄膜太阳电池，氮铟镓In_xGa_1-xN提供了对应于太阳光谱几乎完美的匹配带隙，从而也为利用单一半导体材料来设计、制备更为高效的多结太阳电池提供了可能，且其吸收系数高，载流子迁移率高、抗辐射能力强。此外，本发明还公开了用于制备高效率薄膜太阳电池的具有较大带隙的氮铟镓In_xGa_1-xN（x为0.05～0.3）薄膜的制备方法，该制备方法工艺条件方便易行，有利于大规模的推广应用，尤其在太空及特殊场合中具有极其重要的应用前景。

本发明的技术方案：

一种具有较大带隙的氮铟镓薄膜，其化学分子式为In_xGa_1-xN，式中x为0.05～0.3，该氮铟镓薄膜，由衬底和该衬底表面形成的一层氮铟镓薄膜构成，所述氮铟镓薄膜的厚度为0.6-1.5μm。

所述衬底为蓝宝石、SiC、 Si或玻璃。

一种具有较大带隙的氮铟镓薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）在MOCVD沉积系统的进样室中，对衬底表面进行表面等离子体清洗；

2）在MOCVD沉积系统的沉积室中，采用磁控溅射工艺在衬底表面沉积一层氮铟镓薄膜。

所述MOCVD沉积系统为高真空高温等离子体增强金属有机源化学气相沉积（HHPEMOCVD）装置，设有两个真空室，即进样室和沉积室。

所述对衬底表面进行等离子体清洗方法为：在HHPEMOCVD的进样室中，将衬底在氩气和氮气的混合气体氛围中进行等离子体处理，氩气和氮气的质量流量比为20:4、等离子体体清洗电源的灯丝电压为60-80V、加速电压为80-120V。