[发明专利]背表面场GaSb热光伏电池及其制备方法

说明书

一种背表面场GaSb热光伏电池，包括：一衬底；一背电场层，其制作在衬底的背面；一背电极，其制作在背电场层上；一有源区，其制作在衬底的上面；一前电极，其制作在有源区上面的中间，该前电极的尺寸小于有源区的尺寸。本发明通过在电池背面增加一个nn+结，与原内建电场形成高低结电场，提供空穴势垒，利用能带工程提高光生载流子的收集效率，同时由于背电极附近掺杂浓度高，势垒区宽度更小，利于电子通过隧道效应贯穿势垒，使GaSb与背电极金属形成更好的欧姆接触。从而提高电池的效率。

技术领域

本发明涉及热光伏电池技术领域，具体涉及一种背表面场GaSb热光伏电池及其制备方法。

背景技术

热光伏电池是利用窄带隙半导体pn结的光生伏特效应将红外光转换成电能的器件。其原理与传统太阳电池类似，能量大于禁带宽度的光子由于本征吸收在pn结两边产生的电子-空穴对，即光生少数载流子。在pn结内建电场作用下光生少数载流子分别向相反方向运动，在pn结两端形成光生电动势。各种高温热辐射体，如燃气炉、核反应堆热钢坯等，都可以作为热光伏电池的光源，因此相比传统太阳电池，热光伏电池可以不受天气、昼夜等影响，工作更加稳定。

自20世纪60年代热光伏技术提出以来，基于Ge、Si、GaSb、InGaAsSb等材料的热光伏电池已可以通过LPE、MOCVD、MBE或扩散法制得。常见的GaSb电池通常由扩散法制得，为pn型，其中电池正表面为p型掺杂，结构非常简单，美国JX Crystals生产的GaSb单结热光伏电池，其热光伏系统效率为24％，但相比其他类型的太阳电池，热光伏电池的转换效率仍然较低。

发明内容

为了克服现有GaSb热光伏电池的不足，本发明提供一种背表面场GaSb热光伏电池及其制备方法，通过在电池背面增加一个nn+结，与原内建电场形成高低结电场，提供空穴势垒，利用能带工程提高光生载流子的收集效率，同时由于背电极附近掺杂浓度高，势垒区宽度更小，利于电子通过隧道效应贯穿势垒，使GaSb与背电极金属形成更好的欧姆接触。从而提高电池的效率。

本发明提供一种背表面场GaSb热光伏电池，包括：

一衬底；

一背电场层，其制作在衬底的背面；

一背电极，其制作在背电场层上；

一有源区，其制作在衬底的上面；

一前电极，其制作在有源区上面的中间，该前电极的尺寸小于有源区的尺寸。

本发明还提供一种背表面场GaSb热光伏电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将衬底依次用丙酮、CCl4、丙酮和无水乙醇超声清洗，除去晶片表面残留的有机杂质；之后用浓度＜20％的稀盐酸清洗，除去表面的氧化层；用去离子水冲洗之后用氮气吹干；

步骤2：用扩散法在衬底上制备有源区，随后分别用丙酮、无水乙醇超声清洗，然后用氮气吹干；

步骤3：将扩散所得的GaSb晶片背部打磨减薄80-100μm，除去背部的Zn扩散层并减薄衬底；

步骤4：在衬底的背面制备n+型背电场层，第一次快速退火；

步骤5：在背电场层上制作背电极，第二次快速退火；

步骤6：在有源区上制作前电极，形成基片；

步骤7：对基片进行切割，对已经制备前后电极的GaSb电池切割进行边缘绝缘，防止电池短路。