[发明专利]InP纳米柱径向同质结阵列结构的制备方法及太阳能电池

说明书

本发明公开了一种磷化铟纳米柱径向同质结阵列结构的制备方法，包括以下步骤：将p型InP单晶片清洗、吹干；在p型InP单晶片表面制作纳米柱阵列，并用酸清洗；在纳米柱阵列侧面包裹上氧化层，并镀上透明导电层。本发明涉及的方法在制备过程中，同时实现了磷化铟纳米柱阵列和径向同质结的制备，通过控制刻蚀时间及H₂含量，精确控制磷化铟表面掺杂浓度及深度，相比于其他生长径向同质结的方法，本方法设备简单，制备效率高。本发明还提供了一种太阳能电池，本发明提供的太阳能电池有较高的太阳光吸收率及转换效率。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种InP纳米柱径向同质结阵列结构的制备方法及太阳能电池。

背景技术

随着全球经济发展和人口的增长，化石能源导致的污染问题日渐加剧，人们开始探索传统能源的替代方案。太阳能是地球上储量最丰富且最易获取的可再生能源，太阳能电池是一种通过光电转换效应直接利用太阳能发电的半导体器件。然而太阳能电池能源转换效率低、成本高成为制约其发展的两大难题。目前硅基太阳能电池占据着太阳能电池的主导地位，其中单晶硅电池转换效率已可以达到25％左右，但它们需要比较多的单晶硅材料，生产成本高。而对于多晶硅，由于缺陷较多，转换效率比较低。III-V族材料转换效率高，但是材料和生产成本居高不下，难以推广使用。于是，利用纳米柱阵列来提高限光能力及减少材料成本，但是由于纳米柱结构具有很大的表面积，载流子较大的表面复合严重影响着器件的性能。为了克服这个问题，提出利用表面钝化技术或者纳米柱径向结结构来减小表面复合，提高太阳能电池效率。但是一般情况下，制备纳米柱径向结需要在很小尺寸(200nm以内)精确控制掺杂浓度，而且很容易引入额外的表面缺陷，纳米柱太阳能电池的效率不是很高。因此，有必要提出一种简单的制备纳米柱径向同质结结构的方法，以实现太阳能电池的高效低成本生产。

发明内容

针对上述现有技术存在的纳米柱径向结制备过程中掺杂浓度难以控制，易引入额外表面缺陷的技术问题，本发明的目的在于提供一种InP纳米柱径向同质结阵列结构的制备方法及太阳能电池。

为达到上述目的，本发明提出了一种磷化铟(InP)纳米柱径向同质结阵列结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将p型磷化铟单晶片清洗、吹干；

(2)在所述p型磷化铟单晶片的其中一个表面制作纳米柱阵列掩膜图形；

(3)利用电感耦合等离子体刻蚀机，在CH₄和H₂等离子体中对具有所述纳米柱阵列掩膜图形的所述表面进行刻蚀，得到磷化铟纳米柱径向同质结，所述磷化铟纳米柱径向同质结组成磷化铟纳米柱径向同质结阵列，并将所述磷化铟纳米柱径向同质结阵列放进食人鱼酸中清洗；

(4)在所述磷化铟纳米柱径向同质结阵列表面镀上氧化层，并将包裹在除了所述磷化铟纳米柱径向同质结的侧面之外的所述氧化层刻蚀干净，之后在所述磷化铟纳米柱径向同质结阵列上镀上透明导电层。

其中，步骤(2)中根据纳米柱尺寸的大小，选择利用紫外曝光技术、电子束曝光技术或聚苯乙烯自组装技术在p型磷化铟单晶片的一个表面上制作纳米柱阵列掩膜图形，使得需要刻蚀的部分暴露出来，并遮挡不需要刻蚀的部分。

步骤(3)中磷化铟纳米柱的长度与刻蚀时间正相关，另外，用食人鱼酸清洗的作用是去除材料表面的有机物及刻蚀过程中产生的In颗粒等。

步骤(4)中在镀氧化层时采用化学气相沉积系统或原子层沉积系统，在镀透明导电层时利用的是磁控溅射机，透明导电层一方面作为导电层使用，另一方面作为抗反射层使用。

本发明在磷化铟纳米柱径向同质结阵列结构的制备过程中，同时实现了磷化铟纳米柱阵列和径向同质结的制备，通过控制刻蚀时间及H₂含量，可以精确控制磷化铟表面掺杂浓度及深度。