[发明专利]磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏器件制造技术领域，具体地涉及一种磷化镓铝(Ga_xAl_1-xP)应力补偿的砷化铟(InAs)量子点太阳电池制作方法。

背景技术

太阳电池是清洁可再生能源太阳能的一种有效利用形式，近年来引起各国政府、企业和研究机构的极大兴趣。在温室效应日益严重的今天，碳零排放的太阳电池对于保护地球环境、维持国民经济的可持续发展显得尤为重要。但是因为当前太阳电池的造价昂贵，严重阻碍了它的大规模推广使用。提高太阳电池的转换效率是降低相对成本的有效途径之一。目前在不聚光的条件下，单结GaAs和Si太阳电池的最高效率分别约为26％和25％；在聚光条件下，它们的最高效率分别可达到30％和28％；这些效率已经非常接近单结太阳电池的极限效率40.7％。通过在导带和价带之间引入中间能带可以大幅度提高单结太阳电池的理论转换效率，最高可为63.2％。中间能带太阳电池的2个突出特点是：(1)可以吸收2个低能光子(小于原来带隙)形成1个电子空穴对；(2)在保持开路电压不变的情况下，增加了电池的光电流。InAs/GaAs量子点可以通过相互间的耦合形成中间能带，所以被用来构建中间能带太阳电池，也被称为InAs/GaAs量子点中间能带太阳电池。

但是目前InAs/GaAs量子点太阳电池的转换效率最高只有18.3％，主要原因在于它在太阳光长波长区域光电流的增加非常有限，不足以补偿它所带来的开路电压降低的不利效应。

增加InAs/GaAs量子点太阳电池光电流的途径有：(1)增加量子点叠层的数目；(2)增加量子点的面密度。第(1)种方法存在的严重问题是，随着叠层数的增加，量子点周围集聚的应力越来越大，导致大量位错的产生，从而降低了太阳电池的性能。目前已经有研究人员在GaAs间隔层内插入GaP或GaNAs薄层来补偿应力，效果不错。我们则选用性质类似的Ga_xAl_1-xP薄层来达到相同的目的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，在砷化镓间隔层内引入磷化镓铝层可以补偿失配应力，从而可以通过增加量子点层的叠层数来提高量子点的体密度，增加太阳电池的光吸收和光电流。

本发明涉及一种一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一n+型GaAs单晶片作为衬底；

步骤2：在衬底上依次生长n型GaAs层和本征GaAs缓冲层；

步骤3：在本征GaAs缓冲层上生长多个周期的量子点结构，作为电池的i吸收层；

步骤4：在多个周期的量子点结构上依次生长p型GaAs层、p+型GaAs层、Al_0.4Ga_0.6As层和ZnS/MgF₂层；

步骤5：在ZnS/MgF₂层上生长并制作上金属电极；

步骤6：在衬底10的下表面制作下金属电极；

步骤7：对电池组件进行封装，完成太阳电池的制作。

其中多个周期的量子点结构的每一周期包括：

一InAs量子点层，在InAs量子点层上依次生长第一GaAs间隔层、Ga_xAl_1-xP应力补偿层和第二GaAs间隔层。

其中多个周期的量子点结构的周期数小于150。

其中所述的多个周期的量子点结构中的InAs量子点层的沉积厚度介于1.5到3个原子单层，生长温度介于430℃和530℃之间。

其中所述的多个周期的量子点结构中的Ga_xAl_1-xP应力补偿层的厚度介于1到5个原子单层，生长温度介于500℃到800℃之间；Ga_xAl_1-xP应力补偿层与上下两层InAs量子点层的距离大于5nm，Ga_xAl_1-xP应力补偿层中的x取值范围0＜x＜1。

其中第一GaAs间隔层和第二GaAs间隔层的生长温度高于InAs量子点层的生长温度，但小于630℃，第一GaAs间隔层和第二GaAs间隔层的厚度小于30nm。

其中步骤2-步骤6是采用分子束外延法或金属有机化学沉积法。

附图说明

图1是本发明太阳电池的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明涉及一种磷化镓铝应力补偿的砷化铟量子点太阳电池制作方法，包括如下步骤：