[发明专利]圆形结构的MgZnO薄膜晶体管的太阳能电池逆变器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种圆形结构的MgZnO薄膜晶体管的太阳能电池逆变器及其制备方法，制备了MgZnO薄膜，对太阳能电池逆变器的结构进行了设计，本发明逆变器的结构采用电极‑绝缘层‑沟道层‑电极的结构的组合形式，依次由Cr电极、SiO₂衬底、MZO沟道和Au电极四部分进行层叠组装而成。本发明相比传统的逆变器，具有较高的阻断电压以及夹断电压，并且安全无毒，适宜使用于日常生活中的太阳能发电中。本发明价格相较IGZO材料的价格低廉，适用于大规模太阳能电池中。本发明的衬底使用的是玻璃，且MZO薄膜为透明薄膜，所以相比传统太阳能电池，在美观程度上具有较大的优势。

技术领域

本发明涉及一种ZnO薄膜晶体管及其制备方法，特别是涉及一种高电压透明镁(Mg)掺杂ZnO薄膜晶体管及其制备方法，应用于无机非金属材料电子器件制造工艺领域。

背景技术

几十年来，太阳能一直是寻求替代化石燃料能源作为可持续和清洁能源的领先技术。然而，成本和效率仍然是光伏(PV)电池遇到的主要问题。将直流电转变为交流电的功率逆变器是光伏电池发电系统的重要组成部分。现阶段光伏电池功率逆变器主要基于高功率的硅基、氮化镓基绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(MESFET)等为主。这些功率逆变器成本很高，占整个光伏系统总成本的10％以上。正是由于功率逆变器的高成本，目前光伏发电系统一般采用很多光伏组串集中逆变或组串逆变的方式，这种方式容易受到组串内特定光伏电池板性能差异的影响，实际输出功率低。相对于集中逆变或组串逆变，微型逆变器(针对每一块电池模块逆变甚至每一单体电池逆变的方式)的个性化光伏电池板输出功率将提高5％至25％。尽管微型逆变器具有优势，但其实现需要依赖低成本的制造工艺。

另一个方面，光伏电池作为玻璃幕墙或屋顶使用的建筑集成光伏发电系统(BIPV)越来越受到大家的关注。其主要限制因素是美学与节能之间的冲突。BIPV用作建筑玻璃幕墙或屋顶，很多情况下需要具有透明的特性，虽然半透明薄膜光伏发电系统已可以基本实现，但是目前的光伏逆变器仍然是非透明的，这将影响到BIPV的广泛应用。现有光伏电池功率逆变器成本高、非透明，对BIPV应用的吸引力不高，扩展性不佳。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种圆形结构的MgZnO薄膜晶体管的太阳能电池逆变器及其制备方法，是一种可高电压工作的透明光伏逆变器用镁(Mg)掺杂ZnO(MZO)薄膜晶体管，基于镁掺杂ZnO薄膜晶体管的微型光伏逆变器可低成本直接制作于玻璃衬底上，其外观的透明度和可与电池集成的扩展性使其对BIPV应用具有吸引力。本发明采用所述方法制作的薄膜晶体管具有电场均匀分布，耐高压，安全无毒，透明及价格较低的特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种圆形结构的MgZnO薄膜晶体管的太阳能电池逆变器，其结构采用衬底-电极-绝缘层-沟道-电极的结构组合形式，依次由玻璃基底-Cr电极、SiO₂绝缘层、MZO沟道和Au电极四部分进行层叠组装而成透明薄膜晶体管，衬底采用透明玻璃，且MZO薄膜为透明薄膜。

作为本发明优选的技术方案，圆形结构的MgZnO薄膜晶体管的太阳能电池逆变器结构采用衬底-电极-绝缘层-沟道-源电极和漏电极的结构组合形式，在玻璃衬底上结合环形金属栅电极，沟道层采用MZO薄膜，在环形的栅电极上对应位置形成宽为10-25μm的环形薄膜，使之成为该薄膜晶体管的环形的沟道，采用圆环形结构，使环形结构中从漏极到源极的电场分布均匀化。

作为本发明优选的技术方案，进行栅电极开孔，刻蚀掉栅电极开孔处上部掩盖的SiO₂绝缘层，将部分栅电极裸露出来，作为测试口和与其他元器件集成的接口。

作为本发明优选的技术方案，按照掺入元素材料质量相对于氧化锌基薄膜总质量的质量百分比作为掺杂量计算方法，氧化锌薄膜中的镁元素掺杂量为1～10wt.％。