[发明专利]激光辅助晶化Ge/Si衬底GaAs单结太阳能电池及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上GaAs单结太阳能电池制备工艺，所述制备工艺包括：(a)制作Si衬底层；(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层；(c)采用CVD工艺在所述Ge外延层上形成氧化层；(d)采用LRC工艺使所述Ge外延层晶化；(e)刻蚀所述氧化层；(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池；(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极，最终形成所述GaAs单结太阳能电池。本发明制备的GaAs单结太阳能电池通过采用LRC工艺可有效降低Ge/Si衬底的位错密度，使基于Ge/Si衬底的GaAs单结太阳能电池器件质量提高，光电转化效率提高。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上GaAs单结太阳能电池制备工艺。

背景技术

近年来，太阳能电池技术取得了很大进展，典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物因为是直接能隙的半导体材料，可做厚度较薄，吸光效率特别高，成为未来主要太阳能材料之一。但由于GaAs材料价格昂贵、密度高、机械强度很低，不利于制备成本低廉、薄型轻质的电池。因此，选择较为廉价的衬底制作GaAs单结太阳能电池十分重要。可以采用Si衬底上外延Ge缓冲层(Ge/Si衬底技术)制备GaAs单结太阳能电池的技术方案，其兼具Si与Ge的技术优势，尤其可与现有Si工艺兼容，已成为当前光电领域内研究发展的重点和热点。然而，由于Si与Ge之间存在4.2％的晶格失配，Ge/Si衬底技术实现难度大。目前常用的两步生长仍然无法解决Ge外延层中大量螺位错的出现，而且其所结合的循环退火工艺对于薄Ge外延层来说，会出现Si-Ge互扩问题，以及Ge/Si缓冲层表面粗糙度的增加。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上GaAs单结太阳能电池制备工艺。

本发明的一个实施例提供了一种激光辅助晶化Ge/Si衬底上GaAs单结太阳能电池制备工艺，包括：

(a)制作Si衬底层；

(b)在所述Si衬底层上采用磁控溅射法形成Ge外延层；

(c)采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)工艺在所述Ge外延层上形成氧化层；

(d)采用激光再晶化(Laser Re-Crystallization,简称LRC)工艺使所述Ge外延层晶化；

(e)刻蚀所述氧化层；

(f)在所述Ge外延层上制备GaAs单结电池；

(g)依次制备接触层、反射膜和接触电极，最终形成所述GaAs单结太阳能电池。

在本发明的一个实施例中，所述氧化层为SiO₂层。

在本发明的一个实施例中，所述步骤(d)包括：

(d1)采用激光照射所述Ge外延层和所述Si衬底层；

(d2)使所述激光照射部分的所述Ge外延层升温到第一温度，所述第一温度大于等于Ge熔点小于Si熔点且小于氧化层熔点；

(d3)使激光照射部分的所述Ge外延层冷却晶化；

(d3)重复步骤(d1)～(d3),使所述Ge外延层全部晶化。

在本发明的一个实施例中，所述激光参数为：激光功率为6.1kW/m，激光移动速度为400mm/min。

在本发明的一个实施例中，所述第一温度为500K。

在本发明的一个实施例中，所述步骤(f)包括：