[发明专利]串联升压太阳能电池单元及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容的微型太阳能电池结构；涉及利用氧化、光刻、刻蚀、离子注入、金属化等一系列标准CMOS工艺技术实现此种器件的制备方法，具体讲，涉及串联升压太阳能电池单元及其制备方法。

背景技术

随着全球生态环境不断恶化，以及传统石化能源日益短缺，迫切需要一种清洁、无污染且供给丰富的新能源来推动人类文明和社会经济的持续发展，这已成为世界各国持续关注和不断探索的科学问题之一。

随着集成电路工艺节点的持续缩减，对于射频识别和无线传感网络节点等周期性工作的微系统而言，系统芯片的工作电压和功率消耗不断降低。因此，对于以上所述的微功耗系统芯片而言，利用外界环境能量实现系统能源的自供给成为可能。目前，学术界已报道了采用机械振动、温度梯度及太阳能等多种能量获取方式。与其他能量获取方式相比，以光作为能量来源的太阳电池转换效率高、技术成熟，无需交流-直流转换，是一种取之不尽、用之不竭的绿色环保能源。

尽管采用常规的分立太阳能电池单元可实现电子系统能源的自供给，但太阳能电池的常规制造工艺使得其无法与基于标准CMOS工艺的电子电路单片集成，因而整体系统的体积大、成本高，难以适应微型化的发展需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，实现射频识别、无线传感网络节点等周期性工作的微功耗系统芯片的能量自动获取，本发明采用的技术方案是，串联升压太阳能电池单元制备方法，包括如下步骤：

1)在轻掺杂的P^-型硅衬底上制备浅沟槽隔离区，其作用是实现太阳能电池间，以及太阳能电池和CMOS电子电路之间的电学隔离，避免相互影响；

2)在浅沟槽隔离区间的器件有源区内制备一个中等掺杂的N阱，该区域用作P⁺/N阱型太阳能电池D₁的N型基底；

3)利用离子注入工艺在N型基底中制备一个大面积、重掺杂的P⁺有源区，同时在衬底上制备一个衬底接触区，所述P⁺有源区与N型基底构成P⁺/N阱型太阳能电池D₁；

4)利用离子注入工艺在所述P⁺有源区外侧的N型基底上制备重掺杂的N⁺接触区，同时在N型基底外侧的衬底上制备出重掺杂的N⁺有源区，所述N⁺有源区和P型衬底构成N⁺/P衬底型太阳能电池D₂；

5)在晶片表面淀积合适厚度的介质层，所述介质层同时兼作太阳能电池的抗反射膜，增加太阳光的入射效率；

6)利用光刻和金属化工艺步骤，在器件上表面制备出所述两种太阳能电池的阳极电极和阴极电极；

7)利用互连工艺将P⁺/N阱型太阳能电池D₁的阴极电极和N⁺/P衬底型太阳能电池D₂的阳极电极短路连接，并将P⁺/N阱型太阳能电池D₁的阳极电极和N⁺/P衬底型太阳能电池D₂的阴极电极引出，分别作为串联升压电池单元的阳极和阴极。

在<100>晶向的P^-型硅衬底上依次淀积50nm的氧化硅和200nm氮化硅介质层，然后采用标准CMOS工艺中的光刻、刻蚀工艺步骤定义出浅沟槽隔离区，沟槽深度在0.5～1μm，沟槽宽度为0.5μm，采用高密度等离子体化学气相淀积技术（HDP CVD）淀积氧化物填充沟槽，氧化物的厚度略超过沟槽深度，最后用化学机械抛光工艺实施全局整平，用热磷酸去除表面氮化硅，制备出浅沟槽隔离区。

对制备出浅槽隔离区的衬底进行太阳能电池的N型基底光刻，N型基底的窗口面积为50×50μm²，利用标准CMOS工艺的N阱注入对所述窗口进行N型掺杂和退火热处理，所述区域的平均掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3，深度约为1μm。