[发明专利]MOCVD高温生长高质量GaInNAs子电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备设计领域，尤其是指一种MOCVD高温生长高质量GaInNAs子电池的方法。

背景技术

能源是人类社会发展的重要基础资源。由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大。由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大，使得能源问题成为当今国际政治、经济、军事、外交关注的焦点。发展可再生能源已成为全球实现低碳能源转型的战略目标，也成为我国可持续生态化发展的重大需求。同时，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。面对以上挑战，世界能源供应和消费将向多元化、清洁化、高效化、全球化和市场化趋势发展。

鉴于国情，我国应特别注意依靠科技进步和政策引导，提高能源利用效率，寻求能源的清洁化利用，积极倡导能源、环境和经济的可持续发展，并积极借鉴国际先进经验，建立和完善我国能源安全体系。

光伏发电以太阳能电池技术为核心，目前太阳能电池从技术上主要分为3类：以晶硅电池为代表的第一代太阳能电池，以硅基薄膜、CdTe、CICS电池等为代表的第二代薄膜电池和以GaAs叠层电池为代表的第三代太阳能电池。光伏市场主要以第一代和第二代电池为主。然而，晶硅电池成本较高，且由于硅材料本身性质的限制，其光电转换效率很难再有提高，薄膜电池本身效率偏低，投资成本较高，因此，开发高效低成本的第三代太阳能电池不仅必要而且迫切。

目前GaAs基系高效多结叠层太阳电池主要采用三结或四结叠层结构。GaInP/Ga(In)As/Ge三结太阳电池的理论效率值在AM(大气质量)0 1sun条件下为35％，GaInP/Ga(In)As/GaInNAs/Ge四结电池在AM(大气质量)0 1sun的条件下理论转换效率值高达41％以上，可见存在巨大潜在优势。

GaAs叠层电池的GaInNAs子电池适宜生长温度较低，但MOCVD技术在低温环境下生长出来的子电池表面缺陷和杂质比较严重；通过提高温度可以改善GaInNAs子电池表面，但随环境温度升高，GaInNAs子电池氮元素掺杂难度将变大，氮源利用率极低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提出一种MOCVD高温生长高质量GaInNAs子电池的方法，可有效降低高温生长GaInNAs子电池时氮元素的掺杂难度，从而生长出高质量的GaInNAs子电池。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：MOCVD高温生长高质量GaInNAs子电池的方法，在MOCVD高温生长GaAs叠层电池的GaInNAs子电池时，通过载气的快速切换,能够降低高温生长GaInNAs子电池时氮元素的掺杂难度，从而生长出所需的高质量GaInNAs子电池，而载气的快速切换则由互锁装置完成；此外，生长GaInNAs子电池前后需生长隧道结GaAs/AlGaAs，而生长GaInNAs子电池前后的隧道结GaAs/AlGaAs使用的载气为H₂，生长GaInNAs子电池使用的载气为N₂，GaInNAs子电池掺杂氮源为二甲基肼；其包括以下步骤：

1)生长GaInNAs子电池前，载气为H₂，生长一层隧道结GaAs/AlGaAs来连接Ge衬底和GaInNAs子电池，H₂流量为80-90L/min，生长温度为540-550℃，生长压力为30Torr，隧道结GaAs/AlGaAs的生长厚度为24-26nm，生长时间为90s；

2)生长GaInNAs子电池时，载气快速切换为N₂，载气通过互锁装置自动快速切换，N₂的流量为2.8-3L/min,生长温度为590-600℃，生长压力为39Torr，GaInNAs子电池的生长厚度为0.98-1um，生长时间为30min；

3)生长GaInNAs子电池后，载气快速切换为H₂，生长一层隧道结GaAs/AlGaAs来连接两个子电池，H₂流量为80-90L/min，生长温度为540-550℃，生长压力为30Torr，隧道结GaAs/AlGaAs的生长厚度为24-26nm，生长时间为90s。

H₂的纯度即体积百分数大于99.99999％，N₂的纯度即体积百分数大于99.999％。