[发明专利]一种用于太阳电池窗口层的氮化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，特别是一种用于太阳电池窗口层的氮化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)，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-1.9eV，自2002年后，对InN禁带宽度的认识有了新的突破，为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：

Eg(InxGa(1-x)N)=Eg(InN)x+Eg(GaN)(1-x)-1.43x(1-x),]]>

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。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种用于太阳电池窗口层的氮化镓薄膜及其制备方法，该氮化镓薄膜对应于太阳光谱具有几乎完美的匹配带隙，且其吸收系数高，载流子迁移率高、抗辐射能力强，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；其制备方法简单、易于实施，有利于大规模的推广应用。

本发明的技术方案：

一种用于太阳电池窗口层的氮化镓薄膜，其化学分子式为GaN，该氮铟镓薄膜沉积在衬底上，薄膜厚度为0.6-1μm。

所述衬底为蓝宝石、SiC、抛光p-Si(100)或玻璃。

一种所述用于太阳电池的氮化镓薄膜的制备方法，采用MOCVD沉积系统制备，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，该装置设有两个真空室，即进样室和沉积室，制备步骤如下：

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，以三甲基镓（TMGa）为Ga源、以氨气（NH₃）为N源，采用MOCVD工艺在衬底表面沉积一层氮化镓薄膜。

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。