高效单结GaAs太阳电池关键制备工艺研究

摘要

砷化镓作为一种重要的微电子和光电子基础材料,目前已广泛应用于新一代移动通信、宽带网络通信系统等民用和国家安全等领域。面对地球环境恶化和能源危机,光伏产业成为世界各国大力发展的产业。砷化镓太阳电池有着较优的转换效率,电池性能良好,目前主要应用在宇宙空间探测利用或是条件恶劣场合(如需要光线传导光信号)等方面。GaAs太阳电池技术经历了从LPE到MOCVD ,从同质外延到异质外延,从单结到多结叠层结构的几个发展阶段,其发展速度日益加快,效率也不断提高,得到了人们越来越多的关注。
　　本文从工艺制备的角度出发,理论与实践相结合,摸索并发现了特定样品的单结GaAs太阳电池的一些关键制备条件和方法。首先,设计湿法刻蚀和干法刻蚀的对比性实验,择优选取了干法刻蚀方法,并通过正交实验优化法的到了GaAs光电池较精确刻蚀尺寸的刻蚀条件,发现不同功能层由于组分和载流子浓度的不同刻蚀速率不尽相同。其次,设计了GaAs光电池隔离槽的填充方法,选用聚酰亚胺(PI胶)为原料,并通过实验完成了PI胶的旋涂,得到最佳旋涂条件为3000rpm,1.5分钟,重复3次。另外,在GaAs光电池的减反膜制备方面,利用模拟软件计算得到TiO2和SiO2的最优物理膜厚分别为TiO271nm,SiO274nm,实际测量结果显示长减反膜后反射率由未长减反膜时的25%降为5%,并和理论结果相吻合。最后,本文对所制备的GaAs电池进行了效率测试,由AM1.5标准太阳模拟器测得单结效率接近20%。在激光功能系统测试下,光功率为400mW时,6个串联的单结GaAs光电池单元的效率超过30%,接近实用化水平。

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第一章 绪论

1.1 GaAs太阳电池的生长制备技术

1.2 GaAs太阳电池的研究历程、现状及发展展望

1.3 本文主要研究内容

第二章 实验设备及测试分析技术

2.1 实验设备简介

2.2 测试分析技术

第三章 砷化镓单结电池隔离槽的刻蚀及填充优化与工艺

3.1 引言

3.2 GaAs电池的制备过程及方法

3.3 GaAs电池刻蚀条件的优化

3.4 隔离槽的填充方法优化与工艺

3.5 本章小结

第四章 砷化镓太阳电池减反膜的优化设计与工艺

4.1 引言

4.3 GaAs电池减反膜的优化设计

4.4 本章小结

第五章 砷化镓太阳电池性能与表征

5.1 引言

5.2 GaAs光电池的欧姆接触问题

5.3 GaAs光电池的性能与表征

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢