[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

说明书

本发明公开了一种非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置及其制备方法，该装置中的脉冲激光器发出的高能激光束被分光镜分为两束，分别经过两个聚焦透镜从窗口进入沉积室照射到In/GaN双靶材上，靶材表面被照射区域瞬间被烧蚀产生等离子体羽辉，通过微区爆炸的方式被输运到p‑Si衬底上沉积形成非晶InGaN薄膜，在非晶InGaN薄膜表面溅射Au金属欧姆电极，在p‑Si衬底背面溅射In‑Ga合金欧姆电极，即完成非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备。本发明装置操作简便、调节灵活，制备方法无需缓冲层，简单易行，薄膜生长温度低，简化工艺且降低了生产成本，并且制备的非晶InGaN/Si异质结太阳电池具有较好的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别一种非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置及其制备方法。

背景技术

随着全球能源紧张和环境污染程度的加剧，太阳能光伏发电技术的重要性日益显现，太阳能光伏产业发展极为迅速，已成为备受关注的高新技术产业。为进一步利用太阳光谱，提高太阳电池光电转换效率，科研工作者提出了许多新概念、新材料和新结构太阳电池。InGaN合金作为一种新型的光伏材料，是目前研究比较热门的宽禁带半导体材料，具有高光吸收系数(10⁵cm^-1)、强抗耐辐照性、耐高温和超高硬度等特性，通过调节In元素的组分，使其禁带宽度在0.7eV至3.4eV范围内连续可调，适合做成不同禁带宽度的多种太阳电池。

InGaN材料广泛应用于发光二极管、紫外探测器、半导体激光器、半导体光伏器件等领域，但是高质量高In组分InGaN薄膜的制备仍存在较多技术难题，比如In组分不均匀、相分离和高位错密度等问题。相比于单晶InGaN材料，非晶InGaN材料的晶体结构存在无序性，生产工艺简单，更易制备生长，并且可降低生产成本。因此，非晶InGaN材料在制备大面积InGaN基器件领域中具有明显的优势。

另一方面，III-N合金外延生长的衬底主要有硅、蓝宝石和碳化硅等，硅材料作为最常用的光伏材料，对它的研究已经非常成熟，而且已经在集成电路中大规模应用，其价格低廉、高质量、低电阻率、加工工艺成熟，并且硅的带隙(1.12eV)特别适用于高效率太阳电池的底部结，因此将InGaN与硅相结合，构建成非晶InGaN/Si异质结太阳电池，可用于太阳能光伏发电。

快速发展中的太阳能光伏产业催生着新的光伏材料、新的器件结构、新的制备工艺等不断涌现，InGaN太阳电池近年来虽有不少报道，但进展十分缓慢。而非晶InGaN太阳电池的研究报道目前极为少见，无论是从基础研究还是从实际应用来看，非晶InGaN/Si异质结太阳电池的研究是很有价值的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用双光路双靶材脉冲激光沉积装置制备非晶InGaN薄膜及非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法，简单易行，无需缓冲层，薄膜生长温度低，降低了工艺复杂度和生产成本。该方法所制备的非晶InGaN/Si异质结太阳电池具有较好的光电转换效率。

本发明的技术方案为：

一种非晶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，用于发射高能激光束；

所述双光路系统包括分光镜、第一反射镜、第一聚焦透镜、第一激光窗口、第二反射镜、第二聚焦透镜、第二激光窗口；所述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，为第一激光光路和第二激光光路；所述第一激光光路分别经过第一反射镜、第一聚焦透镜和第一激光窗口照射到In靶材上；所述第二激光光路分别经过第二反射镜、第二聚焦透镜和第二激光窗口照射到GaN靶材上；所述In靶材和GaN靶材组成In/GaN双靶材，其表面被照射区域瞬间被烧蚀产生等离子体羽辉；