[发明专利]一种InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，特别是涉及一种InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法。

背景技术

目前公知的能源都是不可再生的，经过多年的开采之后，这些能源的储量都在一天天地减少，而且使用后会造成严重的环境问题，于是人们对太阳能这种取之不尽用之不竭的绿色能源越来越重视，长期以来，都在孜孜不倦地寻找太阳能高转换效率的材料。近年来，以GaN及InGaN，AlGaN为代表的第三代半导体材料——III族氮化物是人们研究的热点，它主要应用于光电器件和高温、高频、大功率器件。2002年的研究结果表明，InN的禁带宽度不是之前报道的1.89eV而是0.7eV，这就意味着通过调节InGaN材料中In组分，可使其禁带宽度从3.4eV（GaN）到0.7eV（InN）连续可调，也就是其对应吸收光谱的波长从紫外部分（365nm）可以一直延伸到近红外部分（1770nm），几乎完整地覆盖了整个太阳光谱，除此之外，还有吸收系数高、电子迁移率高、抗辐射能力强等优点，于是InGaN材料在太阳能电池领域中的应用引起了人们的密切关注。

蓝宝石和碳化硅衬底是目前生长InGaN使用最多的材料，使用蓝宝石衬底的制备工艺已经很成熟了，但是其硬度高、导电及导热差，限制了InGaN器件的性能；碳化硅衬底相比蓝宝石衬底具有更优良的性能，但其价格昂贵，限制了它的应用；而硅衬底不仅硬度和价格低，而且具有易解理、易得到大面积高质量商业化衬底以及硅基器件易于集成，带隙为1.12eV等优点，被认为是最有希望取代以上两种衬底生长InGaN的一种理想材料，但是硅衬底存在晶格失配和热膨胀失配的问题。

经过检索发现，人们开始研究如何采用Si衬底生长InGaN材料制备太阳能电池，并克服晶格失配和热膨胀失配的问题。如：申请号为200810240351.4，名称为“p-i-n型InGaN量子点太阳能电池结构及其制作方法”的发明专利，结构包括：一衬底，其上依次为低温氮化镓成核层、非有意掺杂氮化镓缓冲层、n型掺杂In_xGa_1-xN层、非掺杂i层In_yGa_1-yN量子点结构和p型掺杂In_xGa_1-xN层；申请号为201110300096.X，名称为“含有超晶格结构的p-i-n型InGaN太阳电池”的发明专利，结构包括：一衬底，其上依次为高温AlN成核层、非有意掺杂氮化镓缓冲层、n型掺杂GaN层、InGaN/GaN超晶格和p型掺杂GaN层，而且p型GaN层表面有Ni/Au电极，n型GaN层表面有Al/Au电极。

上述检索到的专利均采用Si作为衬底制备InGaN系太阳能电池，解决了晶格失配和热膨胀失配的问题，但由于增加了外延工艺的复杂度，降低了电池的总转换效率，提高了生产成本。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种易于制备、总转换效率高、抗辐射能力强、使用寿命长，并且生产成本低的一种InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法。

本发明InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法采用如下技术方案：

一种InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法，制备过程包括选用清洗后的n-Si作为衬底；采用金属有机化学气相沉积技术即MOCVD在n-Si衬底上面生长AlN成核层；在AlN成核层上生长GaN缓冲层；在GaN缓冲层上生长n-In_xGa_1-xN层；在n-In_xGa_1-xN层上生长p-In_xGa_1-xN层，以及蒸镀正、负电极，其特点是：制备过程中还包括以下步骤：

①在所述n-Si衬底和AlN成核层之间制p-Si层

所述n-Si衬底上面生长AlN成核层前，通入流量20-40mL/min的TMAl和流量2-5L/min的NH₃，在500-700℃时，Al原子开始扩散到n-Si层中替代Si原子，形成表面高掺杂，然后升温至1000-1100℃，Al原子进一步扩散，与n-Si衬底形成结深0.01-0.5um的p-Si层，p-Si层上面生长出厚度50-100nm的所述的AlN成核层；AlN成核层与n-Si层之间形成的p-Si层和n-Si层构成了Si底电池；

②在所述p-In_xGa_1-xN层上蒸镀半透明电流扩展层