面积。
[0033]Ge基异质结结构热光伏电池的制作过程:
[0034]步骤I选取作为基区的P型Ge衬底
[0035]采用Be、Mg、B或Zn掺杂，掺杂浓度为115?117CnT3的较窄禁带宽度(约为0.66eV)的P型Ge单晶，沿Ge(OOl)晶面向[111]方向倾斜6°切割成50?500 μ m厚的晶圆衬底作为基区I ;
[0036]步骤2在基区上面依次生长较宽禁带的发射区及电极接触层
[0037]将P型Ge衬底置于MOCVD设备中，在GaInP2开始生长前，p-Ge衬底在H2的气氛下加热到600?800°C，保持该温度并通入磷烷(PH3) 50?500秒，然后再通过载气(H2)运载金属有机源的饱和蒸汽进入反应室，金属有机源包括前驱物三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)，通入掺杂气体硅烷(SiH4),生长过程中反应室压强维持在10?10mbar ;通过控制前驱物TMGa和TMIn的气流量调节In/ (Ga+In)的比值在0.4?0.8之间，与p型Ge衬底形成良好的晶格匹配；通过调节气流量，控制P/(Ga+In)的摩尔比值为40?200之间，保证磷烷PH3源气过量；通过调节掺杂气体的气流量，使掺杂浓度控制在117?118CnT3 ;在P型Ge衬底上生长出厚度小于500nm的高质量(即与Ge衬底晶格匹配良好，低界面缺陷、无反向筹出现)的n-GaxInyP (x=0.4?0.8, y=l_x)作为发射区2 ；
[0038]H-GaxInyP发射区生长完毕后，加热衬底至400?900°C，继续向MOCVD设备反应室中通入载气(H2)携带三甲基镓(TMGa)饱和蒸汽，通入As的氢化物砷烷(AsH3),并掺杂S1、Se、Sn或Te元素(掺杂剂为元素的氢化物气体)，生长过程中反应室压强维持在10?10mbar ;控制TMGa和AsH3气流量使As/Ga摩尔比值为40?300，保证砷烷AsH3源气过量；调节掺杂气体流量，使掺杂浓度控制在118?102°cm_3 ;在n-GaxInyP发射区之上外延生长30nm?100nm厚的n+_GaAs,即η型重掺杂GaAs层,作为电极接触层；
[0039]步骤3在电极接触层之上制备上电极金属膜层
[0040]采用电子束蒸发法在电极接触层之上蒸镀一层0.1 μ m?30 μ m厚的Ag、Au、Cu、T1、Pd、Ni或Al膜；按照上电极的上表面面积占热光伏电池上表面面积1%?10%的比例，用光刻机在上电极的上表面光刻出栅线图案，准备下一步对栅线图案部分以外的金属膜及其下面的电极接触层进行腐蚀，以形成电极接触层3和上电极4 ；
[0041 ] 步骤4腐蚀上电极和电极接触层
[0042]采用NH4OH = H2O2 = H3PO4 = H2O混合物的腐蚀液，在20?50°C条件下，以60?120nm/min的腐蚀速率，将上电极和电极接触层腐蚀出步骤3光刻出的栅线图形，被腐蚀部分直至完全露出发射区GaxInyP材料的表面，完成腐蚀，用去离子水冲洗并用氮气吹干后立即内装入真空热蒸发系统中的样品台上；
[0043]步骤5制作光学减反射层
[0044]在真空热蒸发系统中分别放入装有MgF2和ZnS的石墨舟，对热蒸发系统抽真空至2 X 10?,通过控制加热电流改变石墨舟的温度，从而控制蒸发速率，在步骤4腐蚀后露出的发射区裸露面上依次蒸镀ZnS和MgF2，用膜厚监控仪监控厚度，形成厚度为1nm-1OOOnm的光学减反射层6 ;蒸镀光学减反射层的材料还可以选用氧化铝、氧化钛或氧化硅之一种或复数种材料组合成的薄膜；
[0045]步骤6在较窄禁带的P型Ge衬底下面蒸镀下电极
[0046]采用电子束蒸发法，在P型Ge衬底下面蒸镀一层厚度为0.1 μ m?10 μ m的Ag膜层，作为下电极5，下电极的蒸镀材料还可以采用Au、Cu、T1、Pd、Ni或Al ;完成如图1所示Ge衬底异质结热光伏电池的制作过程。
[0047]对本发明制作的Ge衬底异质结热光伏电池进行如图2所示n+-GaAs/n_GaInP2/Ge的断面电子显微镜扫描，从图2可以看出，本发明制备的Ge衬底异质结热光伏电池具有清晰的异质结界面。经测试，本发明中的Ge衬底异质结热光伏电池在300nm?1800nm波长光谱范围内的量子效率高于目前公知同质结Ge电池量子效率10%?15%。
[0048]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.Ge衬底异质结热光伏电池,包括作为基区的Ge衬底，Ge衬底上面自下至上依次为发射区、电极接触层和上电极，Ge衬底下面制有下电极，其特征在于:所述Ge衬底为厚度50?500 μ m的较窄禁带宽度ρ-Ge层；所述发射区为厚度小于500nm的较宽禁带宽度n-GaxInyP层,其中，x=0.4?0.8, y=l_x ;电极接触层与上电极的形状、线宽相同，其顶部被上电极所覆盖；发射区未被栅线和电极接触层覆盖的上表面制有光学减反射层。
2.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:所述ρ-Ge层的禁带宽度为0.66eV，p-Ge层中掺杂有Be、Mg、B或Zn，掺杂的浓度为115?11W0
3.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:所述n-GaxInyP层的禁带宽度为1.9^，11-6&!￡11^层中掺杂有51、5^511或1^，掺杂的浓度为117?1018cm_3。
4.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:所述减反射层为1nm?100nm厚的硫化锌、氟化镁、氧化招、氧化钛或氧化娃之一种或复数种材料组合成的薄膜。
5.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:所述上电极接触层为30nm?100nm厚的重掺杂n-GaAs层或重掺杂n-GalnP层,所述重掺杂n-GaAs层或重掺杂n-GalnP层中掺杂有S1、Se、Sn或Te，掺杂的浓度为118?102°cnT3。
6.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:所述上电极为0.1 μ m ?30 μ m 厚的 Ag、Au、Cu、T1、Pd、Ni 或 Al 金属栅线。
7.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:所述下电极为0.1 μ m ?10 μ m 厚的 Ag、Au、Cu、T1、Pd、Ni 或 Al 金属膜层。
8.根据权利要求1所述的Ge衬底异质结热光伏电池，其特征在于:上电极和电极接触层覆盖在发射区上表面，占据其1%?10%的面积。
【专利摘要】本发明涉及一种Ge衬底异质结热光伏电池，包括作为基区的Ge衬底，Ge衬底上面自下至上依次生长有发射区、上电极接触层和上电极,Ge衬底下面制有下电极，Ge衬底为较窄禁带宽度p-Ge层；发射区为较宽禁带宽度n-GaxInyP层。本发明由于采用具有较宽禁带宽度的Ga和In比例能够精确调节的n-GaxInyP层作为发射区，采用较窄禁带宽度的p-Ge衬底作为基区，形成了发射区与基区晶格精确匹配的异质结结构，降低了GaxInyP/Ge界面复合，宽带隙发射区减少了发射区对光的吸收而增加了基区对光的吸收，从而减小了光生载流子在n型发射区及其表面处复合，提高了光生载流子收集效率，有效提高了电池的光电转换效率。
【IPC分类】H01L31-0224, H01L31-0216, H01L31-18, H01L31-0735
【公开号】CN104638046
【申请号】CN201310571637
【发明人】潘振, 赵彦民, 方亮, 纪伟伟, 赖运子, 乔在祥
【申请人】中国电子科技集团公司第十八研究所
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月13日