InGaAs热光伏电池及其MIM结构的工艺制作和特性分析

摘要

热光伏(TPV)电池是一种可以直接将高温热辐射体发出的近红外辐射能通过半导体p-n结直接转换成电能的半导体光伏器件。目前，基于InP衬底的InGaAs材料因禁带较窄且宽度可调而成为研制热光伏电池的热门材料之一。本论文讨论了InGaAs热光伏电池及其单片连接组件(MIM)的结构设计和工艺优化问题，主要内容包括:
　　(1)晶格匹配和晶格失配InGaAs热光伏电池的研制。通过对晶格失配电池结构和制造工艺的优化，在AM1.5G标准太阳光谱下将其转换效率从5.06％提高到8.1％，同时，在1000℃的黑体辐射谱下获得了0.303V的开路电压和831mA/cm2的短路电流密度。
　　(2)热光伏电池MIM的结构设计和制作。利用半导体工艺的方法将6个失配电池单元串联，从而实现了MIM的制作，并在AM1.5G标准太阳光谱下获得了1.2V开路电压和55mA/cm2短路电流密度。
　　(3)工艺优化。优化内容主要包括Si3N4钝化层的PECVD淀积，光刻，隔离槽的等离子体刻蚀(ICP)，InGaAs接触层的湿法腐蚀以及TiO2/SiO2抗反射膜制备等。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 热光伏电池的研究意义

1．3 国内外研究概况

1．4 本文主要研究内容

2 热光伏电池基本理论

2．1 热光伏电池原理

2．2 热光伏电池等效电路

2．3 热光伏电池特征参数

2．4 热光伏电池的聚光特性

2．5 辐射光谱

2．5．1 AM1．5G标准太阳光谱

2．5．2 不同黑体辐射温度下的光谱

2．6 晶格失配

2．7 热光伏电池测试系统

2．7．1 电流电压测试系统

2．7．2 聚光测试系统

2．7．3 EQE测试系统

2．7．4 黑体辐射测试系统

2．8 本章小结

3 InGaAs热光伏电池的研究

3．1 晶格匹配的InGaAs热光伏电池

3．1．1 结构设计

3．1．2 工艺制作

3．1．3 电学特性分析

3．2 晶格失配的InGaAs热光伏电池

3．2．1．结构设计

3．2．2 工艺制作

3．2．3 电学特性分析

3．3 晶格失配的InGaAs热光伏电池的优化

3．3．1．缓冲层厚度的优化

3．3．2 基区厚度的优化

3．3．3 表面抗反膜厚度的优化

3．4 本章总结

4 InGaAs热光伏电池MIM结构的研究

4．1 结构设计

4．2 InGaAs隧道结

4．3 工艺制作

4．4 电学性能分析

4．5 本章总结

5 热光伏电池工艺的研究

5．1 光刻

5．2 电感耦合等离子体(ICP)干法刻蚀

5．3 等离子体增强化学气相淀积(PECVD)

5．4 湿法腐蚀去除InGaAs接触层

5．5 表面Si3N4的湿法腐蚀的研究

5．6 TiO2／SiO2减反膜工艺

5．7 本章总结

6 总结

致谢

参考文献