專利名稱：具有布拉格反射器的n的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照GaAs太陽電池結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
布拉格結(jié)構(gòu)作為一種光學(xué)反射器而廣泛應(yīng)用于光電子、微電子技術(shù)領(lǐng)域。眾所周知，在直接帶隙半導(dǎo)體中，當(dāng)有載流子注入時(shí)輻射復(fù)合是占支配地位的復(fù)合過程，輻射過程產(chǎn)生的光子可以被重新吸收而產(chǎn)生新的電子-空穴對。這種循環(huán)過程增加了表觀的輻射復(fù)合壽命，成為光子再循環(huán)效應(yīng)。由于這一過程可能影響直接帶隙半導(dǎo)體太陽電池的性能，所以近年來，布拉格反射器也被廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電領(lǐng)域，以提高光的反射利用率。Yamamoto.A等人為了增強(qiáng)InP太陽電池的光子再循環(huán)效應(yīng)而引入布拉格反射器，M.Z.Shvarts等人為提高AlGaAs/GaAs太陽電池的抗輻照性能而引入布拉格反射器。此外，各國研究人員針對具有布拉格反射器的AlGaAs/GaAs、InP、CdS/CuInSe2等太陽電池進(jìn)行了理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，為促進(jìn)光子再循環(huán)效應(yīng)和電池的抗輻照性能而努力。
但是迄今為止，采用布拉格反射器仍然存在諸多問題。其一是工作溫度的問題低能的光子沒有被GaAs/Ge界面反射，大量光子會被Ge襯底或背電場吸收，而這些吸收均會產(chǎn)生熱效應(yīng)，熱效應(yīng)會提高太陽電池的工作溫度，從而降低器件的轉(zhuǎn)換效率，尤其是用于空間衛(wèi)星或其他航天器太陽電池。其二是材料消耗和成本的問題布拉格反射器通常有數(shù)十個(gè)周期，這必然增加外延生長的費(fèi)用以及材料的消耗。針對以上問題，本文提供一種具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照GaAs太陽電池結(jié)構(gòu)。這種n+/p型GaAs太陽電池，布拉格層作為背表面反射器和背表面勢壘層，不僅可以擴(kuò)展吸收中、長波長的光子，反射可能被襯底或背電場吸收的低能光子，從而增強(qiáng)光電流、降低電池工作溫度、有效增強(qiáng)抗輻照性能；而且只有7個(gè)周期的拉格反射器不會增加成本，適于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，該電池采用ZnSe0.944S0.056兼做窗口層和復(fù)合減反射膜的高折射率層，從節(jié)約材料、降低成本、提高減反射效果、提高光電子收集率、提高穩(wěn)定性等角度來看，均優(yōu)于傳統(tǒng)電池的復(fù)合減反射膜層。因此，該發(fā)明對于提高太陽電池的光電流、光電轉(zhuǎn)換效率、抗輻射性能等均具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照GaAs太陽電池結(jié)構(gòu)，這種具有布拉格反射器的n+/p型GaAs太陽電池，較之無布拉格反射器的太陽電池可以取得更高的光電轉(zhuǎn)換效率、更低的工作溫度以及更好的抗輻照性能。其中布拉格層作為背表面反射器和背表面勢壘層，不僅可以擴(kuò)展吸收中、長波長的光子，反射部分可能被襯底或背電場吸收的低能光子，從而增強(qiáng)光電流，降低電池工作溫度、增強(qiáng)抗輻照性能；而且7個(gè)周期的布拉格反射層不會增加外延生長的費(fèi)用，適于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，該電池采用ZnSe0.944S0.056兼做窗口層和復(fù)合減反射膜的高折射率層，從節(jié)約材料、降低成本、提高減反射效果、提高光電子收集率、提高穩(wěn)定性等角度來看，均優(yōu)于傳統(tǒng)電池的復(fù)合減反射膜層。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行太陽電池各層材料外延生長；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一布拉格反射器結(jié)構(gòu)，該布拉格反射器結(jié)構(gòu)制作在緩沖層上；一基區(qū)，該基區(qū)制作在布拉格反射器上；一發(fā)射區(qū)，該發(fā)射區(qū)制作在基區(qū)上；一兼做窗口層和復(fù)合減反射膜的高折射率層，該高折射率層制作在發(fā)射區(qū)上；
一復(fù)合減反射膜的低折射率層，該低折射率層制作在窗口層上；該高折射率層與低折射率層7構(gòu)成復(fù)合減反射膜層，極大地降低了光的減反射效果；一帽子層，該帽子層制作在減反射膜層上，為高摻雜n型砷化鎵材料。
其中襯底的材料為鍺。
其中緩沖層為p型砷化鎵材料。
其中布拉格反射器結(jié)構(gòu)為鋁鎵砷/鋁鎵砷反射器。
其中該基區(qū)為p型砷化鎵材料。
其中該發(fā)射區(qū)為n型砷化鎵材料。
其中該高折射率層為n型高透射率鋅硒硫材料。
其中該低折射率層為二氧化硅層。
其中該帽子層為高摻雜n型砷化鎵材料。
其中該布拉格反射器結(jié)構(gòu)為7個(gè)周期的鋁鎵砷/鎵砷材料，總厚度為0.9微米。


以下通過結(jié)合附圖對具有實(shí)施例的詳細(xì)描述，進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及技術(shù)上的改進(jìn)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照GaAs太陽電池結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明一種具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，包括一襯底1，該襯底1用于在其上進(jìn)行太陽電池各層材料外延生長，該襯底1的材料為鍺；一緩沖層2，該緩沖層2制作在襯底1上，該緩沖層2為p型砷化鎵材料；一布拉格反射器結(jié)構(gòu)3，該布拉格反射器結(jié)構(gòu)3制作在緩沖層2上，該布拉格反射器結(jié)構(gòu)3為鋁鎵砷/鋁鎵砷反射器；一基區(qū)4，該基區(qū)4制作在布拉格反射器3上，該該基區(qū)4為p型砷化鎵材料；一發(fā)射區(qū)5，該發(fā)射區(qū)5制作在基區(qū)4上，該發(fā)射區(qū)5為n型砷化鎵材料；一兼做窗口層和復(fù)合減反射膜的高折射率層6，該高折射率層6制作在發(fā)射區(qū)5上，該高折射率層6為n型高透射率鋅硒硫材料；一復(fù)合減反射膜的低折射率層7，該低折射率層7制作在窗口層6上；該高折射率層6與低折射率層7構(gòu)成復(fù)合減反射膜層，極大地降低了光的減反射效果，該低折射率層7為二氧化硅層；一帽子層8，該帽子層8制作在減反射膜層7上，為高摻雜n型砷化鎵材料，該帽子層8為高摻雜n型砷化鎵材料。
其中該布拉格反射器結(jié)構(gòu)3為7個(gè)周期的鋁鎵砷/鎵砷材料，總厚度為0.9微米。
實(shí)施例下面再參閱圖1，詳細(xì)說明本發(fā)明具體實(shí)施例具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照GaAs太陽電池結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。
參閱圖1，本實(shí)施例的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照GaAs太陽電池結(jié)構(gòu)包括一襯底1，該襯底用于在其上進(jìn)行太陽電池各層材料外延生長，襯底為p型鍺(Ge)，采用(001)襯底沿[110]方向偏6°；與單晶GaAs材料相比，Ge襯底的機(jī)械強(qiáng)度較高，重量較輕，抗輻照性能與GaAs相當(dāng)，且價(jià)格約為單晶GaAs材料的30％。因此，采用Ge襯底，既減薄了太陽電池厚度、減輕了太陽電池的重量、降低電池材料、成本消耗，又大大的提高了太陽電池組件的功率/重量比，有效的降低了太陽電池組件的體積和重量；同時(shí)，Ge襯底極大地提高了電池的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性，可制備大面積薄型電池，提高電池產(chǎn)量；一緩沖層2，該緩沖層制作在襯底1上，為p型砷化鎵(GaAs)材料；其目的是減小襯底與其它各層的應(yīng)力，抑止GaAs直接在Ge表面成核，避免形成深能級缺陷、強(qiáng)的散射中心、復(fù)合中心，破壞界面的電學(xué)和光學(xué)特性，消除襯底的缺陷向其它各層的傳播，消除高密度的位錯(cuò)，形成高質(zhì)量的外延表面，以有利于器件其它各層材料的生長；一布拉格反射器結(jié)構(gòu)3，該布拉格反射器制作在緩沖層2上，為Al0.9Ga0.1As/GaAs周期性結(jié)構(gòu)，周期為7，其中Al0.9Ga0.1As的厚度為70nm，Al0.1Ga0.9As的厚度為59.5nm，總厚度約為0.9微米，其目的是布拉格層作為背表面反射器和背表面勢壘層，不僅可以擴(kuò)展吸收中、長波長的光子，反射可能被襯底或背電場吸收的低能光子，促進(jìn)光子再循環(huán)效應(yīng)，從而增強(qiáng)光電流、降低電池工作溫度、有效增強(qiáng)抗輻照性能；此外，7個(gè)周期的布拉格反射層不會增加外延生長的費(fèi)用，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
一基區(qū)4，該基區(qū)制作在布拉格反射器3上，為p型GaAs材料，厚度為3微米；外延質(zhì)量良好的外延基區(qū)，結(jié)較淺，少子擴(kuò)散長度較大，光生載流子的收集幾率較大；一發(fā)射區(qū)5，該發(fā)射區(qū)制作在基區(qū)4上，為n型GaAs材料，厚度為0.3微米；一兼做窗口層和復(fù)合減反射膜的高折射率層6，該層制作在發(fā)射區(qū)5上，為n型高透射率鋅硒硫(ZnSe0.944S0.056)材料，厚度為58.1nm，其優(yōu)點(diǎn)在于ZnSe0.944S0.056材料與n型GaAs材料在價(jià)帶邊發(fā)生能帶補(bǔ)償，形成對光生空穴的反向擴(kuò)散勢壘，極大地提高了對光生電子的收集，克服了傳統(tǒng)GaAs電池電流損失較大的缺點(diǎn)，可減小電流的損失約10％；同時(shí)與SiO2構(gòu)成復(fù)合雙層減反射膜，可在300到900nm波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想的減反射效果。
一復(fù)合減反射膜的低折射率層7，該層制作在窗口層6上，為SiO2層，厚度為97.3nm；SiO2的紅外透射率高，不易吸收熱量，可與層6構(gòu)成復(fù)合減反射膜層，在300到900nm波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想的減反射效果，特別是在太陽光譜最強(qiáng)的500到800nm波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)反射率小于3％的突破；同時(shí)，該復(fù)合雙層減反射膜性能穩(wěn)定，是n+/p型GaAs太陽電池非常理想的減反射膜材料組合。
一帽子層8，該帽子層制作在減反射膜層7上，為高摻雜n型GaAs材料，厚度為0.2微米，其目的是實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，采用重?fù)诫s是為了減小串聯(lián)電阻，提高器件的轉(zhuǎn)化效率和輸出功率。
權(quán)利要求
1.一種具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一襯底，該襯底用于在其上進(jìn)行太陽電池各層材料外延生長；一緩沖層，該緩沖層制作在襯底上；一布拉格反射器結(jié)構(gòu)，該布拉格反射器結(jié)構(gòu)制作在緩沖層上；一基區(qū)，該基區(qū)制作在布拉格反射器上；一發(fā)射區(qū)，該發(fā)射區(qū)制作在基區(qū)上；一兼做窗口層和復(fù)合減反射膜的高折射率層，該高折射率層制作在發(fā)射區(qū)上；一復(fù)合減反射膜的低折射率層，該低折射率層制作在窗口層上；該高折射率層與低折射率層7構(gòu)成復(fù)合減反射膜層，極大地降低了光的減反射效果；一帽子層，該帽子層制作在減反射膜層上，為高摻雜n型砷化鎵材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中襯底的材料為鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中緩沖層為p型砷化鎵材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中布拉格反射器結(jié)構(gòu)為鋁鎵砷/鋁鎵砷反射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該基區(qū)為p型砷化鎵材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該發(fā)射區(qū)為n型砷化鎵材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該高折射率層為n型高透射率鋅硒硫材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該低折射率層為二氧化硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該帽子層為高摻雜n型砷化鎵材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有布拉格反射器的n+/p型高抗輻照砷化鎵太陽電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該布拉格反射器結(jié)構(gòu)為7個(gè)周期的鋁鎵砷/鎵砷材料，總厚度為0.9微米。
全文摘要
一種具有布拉格反射器的n
文檔編號H01L31/052GK1941422SQ20051010526
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者白一鳴, 陳諾夫, 戴瑞烜, 王鵬, 王曉東 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所