[发明专利]一种非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置及其制备方法

权利要求书

1.一种非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、衬底清洗；

对p-Si衬底依次用蒸馏水、HF溶液、丙酮、无水乙醇和去离子水各超声清洗4～10min，然后用氮气快速烘干；

二、衬底及In/GaN双靶材的安装；

将GaN靶材和In靶材安装到靶盘，置于沉积室中的固定位置，将处理后的衬底安装到进样室样品盘上，待进样室与沉积室真空度调控至10^-5 Pa数量级或以上，将样品盘推送进沉积室；

三、沉积参数设置；

设定N₂分压为5～20 Pa，靶材与衬底的距离为40～100 mm，激光脉冲能量为50～400mJ/Pluse，脉冲频率在1～20 Hz内调节；

四、靶材预溅射；

用挡板将衬底挡住，打开脉冲激光器，脉冲激光器发出的高能激光束经分光镜分为两束激光光路，分别照射到In靶材和GaN靶材上；预溅射两个靶材4～10 min以清除靶材表面残留污染物；

五、非晶InGaN薄膜沉积；

衬底温度加热至20～600 ℃，打开挡板，对沉积室通入N₂，设定N₂分压为5～20 Pa，靶材与衬底的距离为40～100 mm，激光脉冲能量为50～400 mJ/Pluse，脉冲频率在1～20 Hz内调节，沉积时间为1～4 h；

六、沉积结束；

关闭系统，待非晶InGaN薄膜冷却至室温后，按装样的逆过程将其取出；

七、非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备；

在非晶InGaN薄膜（26）表面溅射Au金属欧姆电极（25），在p-Si衬底（17）背面溅射In-Ga合金欧姆电极（27），即完成非晶InGaN/Si 异质结太阳电池的制备；

所述In/GaN双靶材的纯度为5N级；

所述非晶InGaN薄膜的厚度为50～500 nm；

所述非晶InGaN薄膜表面用离子溅射法制备Au金属欧姆电极，在p-Si衬底背面采用磁控溅射法制备In-Ga合金欧姆电极。

2.根据权利要求1所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：采用如下非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置；包括激光系统、双光路系统和沉积系统；

所述激光系统包括脉冲激光器（1），用于发射高能激光束；

所述双光路系统包括分光镜（2）、第一反射镜（4）、第一聚焦透镜（5）、第一激光窗口（6）、第二反射镜（8）、第二聚焦透镜（9）、第二激光窗口（10）；所述脉冲激光器（1）发出的高能激光束经分光镜（2）分为两束激光光路，为第一激光光路（3）和第二激光光路（7）；所述第一激光光路（3）分别经过第一反射镜（4）、第一聚焦透镜（5）和第一激光窗口（6）照射到In靶材（22）上；所述第二激光光路（7）分别经过第二反射镜（8）、第二聚焦透镜（9）和第二激光窗口（10）照射到GaN靶材（21）上；所述In靶材（22）和GaN靶材（21）组成In/GaN双靶材（16），其表面被照射区域瞬间被烧蚀产生等离子体羽辉（18）；

所述沉积系统包括沉积室（20）、进样室（15）、用于安装In/GaN双靶材（16）的靶盘和用于加热p-Si衬底（17）的加热器（19）；所述沉积室（20）四周安装有第一激光窗口（6）、第二激光窗口（10）、观察窗口（11）、电机（12）、真空系统（13）和进样室（15）；其中，所述电机（12）和真空系统（13）平行相对设置，观察窗口（11）和进样室（15）平行相对设置；电机（12）位于第一激光窗口（6）和第二激光窗口（10）的中间位置，且电机（12）机轴连接加热器（19）；

所述靶盘包括盘体、环形通气管（23）和进气管（24）；所述In/GaN双靶材（16）安装在盘体，且被环形通气管（23）环绕；所述环形通气管（23）与进气管（24）相连通，环形通气管（23）四周均匀设有若干个通气孔；

所述In/GaN双靶材（16）由环形GaN靶材（21）套在圆形In靶材（22）的外面组成。

3.根据权利要求2所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：所述进样室（15）内设有真空阀（14）。

4.根据权利要求2所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法，其特征在于：所述脉冲激光器（1）为KrF准分子激光器。