[发明专利]异质结热光伏电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热光伏电池技术领域，特别是涉及一种异质结热光伏电池的制备方法。

背景技术

热光伏技术是将受热高温热辐射体发射的光子能量通过半导体p-n结电池直接转换成电能的技术。完整的热光伏系统的原理和概念自上世纪60年代被提出，受当时科技水平所限，一直处于理论研究阶段。上世纪90年代初低禁带的锑化镓（GaSb）电池成功制备，随后一系列热光伏电池相继研制成功，其高效率、高稳定性、高重量比功率、可与燃烧系统及同位素辐射系统结合利用等优点逐步得到验证。热光伏电池及系统日益受到各国研究机构的重视，具有良好的发展前景。

目前公知的热光伏电池领域研究较多的是Si、GaSb、InGaAs等电池，其结构均为n-p同质结。这类结构的电池其发射区与基区（吸收层）具有几乎相同的禁带宽度，对光有同样的吸收能力，因此处在上层的发射区会吸收较多短波光子。由于发射区为重掺杂，光生载流子在该处俄歇复合较为严重，另外发射区表面处也存在一定程度的表面复合，因此这部分光生载流子很少能对电池的光生电流做出贡献，从而限制了热光伏电池效率的进一步提升。

经检索发现专利号为200910066784.7，公开号为CN101521238，专利名称为“一种基于Ga_xIn₁-_xAs_1-ySb_y四元半导体的异质结热光伏电池的制备方法”的发明专利，其说明书中公开了其电池结构。由下至上依次包括下电极、N型衬底、N型宽禁带Ga_x1In_1-x1As_1-y1Sb_y1有源层、轻掺杂的P^-型窄禁带Ga_x2In_1-x2As_1-y2Sb_y2有源层、重掺杂的P⁺型宽禁带Ga_x3In_1-x3As_1-y3Sb_y3限制层和栅条形上电极，在P⁺型宽禁带限制层和栅条形上电极间增加P型GaSb窗口钝化层，在N型衬底和N型宽禁带有源层间增加N型GaSb背面限制层。该电池由于入射光一侧发射区的禁带宽度小于基区的禁带宽度，降低了光生载流子的收集效率，影响了电池转换效率的提高，并且半导体功能层的层数多，各层元素组成复杂，制作的难度大，加之采用了价格昂贵的GaSb、GaInAsSb材料，电池成本很高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的同质结结构热光伏电池效率难以进一步提升等技术问题而提供一种光生载流子收集效率高、光电转换效率高、结构简单、成本低的异质结热光伏电池的制备方法。

本发明包括如下技术方案：

异质结热光伏电池的制备方法，其特点是：包括以下制备步骤：

步骤1在基区上面依次生长发射区、电极接触层和上电极

⑴将厚度50～500μm较窄禁带宽度的p-Ge层衬底作为基区置于MOCVD设备中，在p-Ge层衬底上面生长出厚度小于500nm较宽禁带宽度的n-Ga_xIn_yP层作为发射区，其中x=0.4～0.8，y=1-x；

⑵在n-Ga_xIn_yP层上面外延生长30nm～1000nm厚作为制作电极接触层用的重掺杂n-GaAs层或重掺杂n-GaInP层；

⑶在电极接触层上面蒸镀一层作为上电极用0.1μm～30μm厚的Ag、Au、Cu、Ti、Pd、Ni或Al膜；

步骤2光刻上电极

在上电极上表面总面积1%～10%的上电极上光刻出栅线图形；

步骤3腐蚀上电极和电极接触层

按照步骤2光刻出的栅线图形，对上电极和电极接触层腐蚀出栅线，直至腐蚀到露出发射区n-Ga_xIn_yP层，完成腐蚀；冲洗、吹干后立即放入真空热蒸发系统中；

步骤4制作光学减反射层

在步骤3腐蚀后露出的发射区面蒸镀10nm-1000nm厚作为光学减反射层的硫化锌、氟化镁、氧化铝、氧化钛或氧化硅之一种或复数种材料层；

步骤5在基区下面蒸镀下电极

在作为基区的p-Ge层衬底下面蒸镀0.1μm～10μm厚作为下电极的Ag、Au、Cu、Ti、Pd、Ni或Al膜层；完成异质结热光伏电池的制作过程。