Способ изготовления многопереходного солнечного элемента

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую. Способ изготовления многопереходного солнечного элемента согласно изобретению включает последовательное формирование субэлемента из Ge с p-n переходом, первого туннельного диода, субэлемента Ga(In)As с p-n переходом, второго туннельного диода, субэлемента из GaInP с p-n переходом и контактного слоя из GaAs, нанесение тыльного омического контакта р-типа на тыльную сторону субэлемента из Ge и нанесение через первую маску первого омического контакта n-типа на контактный слой GaAs, удаление химическим травлением через вторую маску участков контактного слоя из GaAs, где отсутствует первый омический контакт, и нанесение на эти участки просветляющего покрытия, создание ступенчатой разделительной мезы путем травления через третью маску контактного слоя из GaAs и субэлемента из GaInP на глубину 0,2-0,4 мкм, осаждения через третью маску первого пассивирующего покрытия, вскрытия через четвертую маску первых окон в первом пассивирующем покрытии, осаждения второго омического контакта p-типа на вскрытые первые окна, травления через пятую маску, закрывающую второй омический контакт, субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge, осаждения через пятую маску второго пассивирующего покрытия, вскрытия через шестую маску вторых окон во втором пассивирующем покрытии, осаждения третьего омического контакта n-типа на вскрытые вторые окна, травления через седьмую маску, закрывающую третий омический контакт, субэлемента из Ge на глубину 2-10 мкм и осаждения через седьмую маску третьего пассивирующего покрытия. Изобретение позволяет изготавливать многопереходный солнечный элемент с повышенной эффективностью преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к способу изготовления многопереходных солнечных элементов, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую энергию.

Известны способы изготовления многопереходных солнечных элементов, включающих в себя два p-n перехода, сформированных на нефотоактивной подложке, коммутированные с помощью нижнего, среднего и верхнего омических контактов. Данные солнечные элементы преобразуют узкий диапазон солнечного излучения и обладают низким КПД.

Так, известен способ изготовления солнечного элемента с выводами омических контактов (см. патент США №4513168, МПК H01L 31/06, опубликован 23.04.1985), заключающийся в том, что солнечный элемент изготавливают монолитным, с двумя p-n переходами с разной шириной запрещенной зоны. Переход с меньшей шириной запрещенной зоны изготовлен таким образом, чтобы величина напряжения данного перехода была в 2 раза меньше напряжения p-n перехода с большей шириной запрещенной зоны. Р-n переходы с большей шириной запрещенной зоны коммутируют параллельно к группе последовательно соединенных переходов с меньшей шириной запрещенной зоны. Напряжения переходов постоянны, параллельное соединение работает для любого спектра излучения.

Недостатком известного способа изготовления солнечного элемента является наличие только двух p-n переходов, включенных навстречу друг другу, что при отсутствии туннельного диода требует внешней коммутации электрических выводов.

Известен способ изготовления многопереходного солнечного элемента (см. "Design of a GaInP/GaAs tandem solar cell for maximum daily, monthly, and yearly energy output", Alexander W. Haas, John R. Wilcox, Jeffery L. Gray, and Richard J. Schwartz Purdue University, Journal of Photonics of Energy, 15.08.2011, USA), включающий создание ступенчатой разделительной мезы, трех выводов омических контактов (нижнего, среднего и верхнего) на структуре, содержащей субэлемент GaAs и субэлемент GaInP для обеспечения независимой работы отдельных субэлементов. Независимое подключение позволяет проводить оптимизацию субэлементов GaInP и GaAs для достижения максимальной выработки энергии путем оптимизации толщин поглощающих слоев GaInP и GaAs.

Недостатками известного способа изготовления солнечного элемента являются недостаточный диапазон длин волн, преобразуемых солнечным элементом, и, следовательно, невысокая эффективность преобразования солнечного излучения.

Известен способ изготовления многопереходного солнечного элемента (см. патент США №8101437, МПК H01L 21/00, H01L 31/00, опубликован 24.01.2012), включающий создание на подложке из стекла или кварца структуры с двумя p-n переходами, в состав которой входят: первый проводящий слой, первый полупроводниковый слой с p-n переходом, второй проводящий слой, второй полупроводниковый слой с p-n переходом и третий проводящий слой на подложке. Материалами первого и второго проводящего слоя могут быть кремний, SiGe, CIGS или CdTe. Осуществляют формирование ступенчатой мезы с тремя омическими контактами для обеспечения независимой работы отдельных p-n переходов.

Изготовленный известным способом многопереходный солнечный элемент преобразует только часть солнечного спектра и имеет меньший КПД преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.

Известен способ изготовления многопереходного солнечного элемента (см. "A monolithic three-terminal GaInAsP/GaInAs tandem solar cell", M.A. Steiner, M.W. Wanlass, J.J. Carapella, A. Duda, J.S. Ward, Т.Е. Moriarty, K.A. Emery, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19.08.2009 Wiley InterScience, США), включающий формирование субэлемента GaInAsP, субэлемента GaInAs и контактного слоя GaAs на подложке InP, создание ступенчатой разделительной мезы двухстадийным методом химического травления (на первом этапе субэлемента GaInAsP и на втором этапе субэлемента GaInAs), формирование трех выводов омических контактов (нижнего, верхнего и среднего) осаждением золота, травление контактного слоя через маску фоторезиста, осаждение двухслойного просветляющего покрытия. Средний вывод омического контакта позволяет отдельным субэлементам работать независимо.

Недостатками известного способа изготовления многопереходного солнечного элемента являются преобразование им только части солнечного спектра и, следовательно, меньший КПД преобразования солнечного спектра в электрический ток.

Наиболее близким к настоящему изобретению по совокупности существенных признаков является способ изготовления многопереходного солнечного элемента (см. заявка США № US 2010089440, МПК H01L 31/0264, опубликована 15.04.2010), принятый за прототип. Способ включает формирование субэлемента GaAs с p-n переходом, туннельного диода, субэлемента GaInP с p-n переходом и контактного слоя GaAs, нанесение тыльного омического контакта р-типа на тыльную сторону субэлемента GaAs и нанесение через первую маску первого омического контакта n-типа на контактный слой GaAs, удаление химическим травлением через вторую маску участков контактного слоя GaAs, где отсутствует первый омический контакт. Затем формируют ступеньку разделительной мезы, для чего проводят травление через третью маску контактного слоя GaAs и субэлемента GaInP, осаждают второй омический контакт n-типа на ступеньку разделительной мезы, проводят травление через четвертую маску, закрывающую второй омический контакт, субэлемента GaAs.

Преимуществом известного способа-прототипа изготовления многопереходного солнечного элемента является улучшение фотоэлектрических характеристик за счет создания дополнительного омического контакта таким образом, что каждый субэлемент коммутирован и может работать независимо. Известный способ позволяет увеличить КПД при коммутации каждого субэлемента отдельно в электрическую цепь в системе из нескольких солнечных элементов. Однако изготовленный способом-прототипом многопереходный солнечный элемент преобразует только часть солнечного спектра и имеет меньший КПД преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Также существенным недостатком способа-прототипа является недостаточная надежность изготовленного солнечного элемента из-за увеличения возможности закорачивания p-n перехода в процессе формирования омического контакта на ступеньке разделительной мезы.

Задачей заявляемого технического решения является увеличение эффективности преобразования солнечного излучения в электрическую энергию в системах их нескольких скоммутированных в электрическую цепь солнечных элементов и обеспечение надежности отдельного солнечного элемента в системе.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления многопереходного солнечного элемента включает последовательное формирование субэлемента из Ge с p-n переходом, первого туннельного диода, субэлемента из Ga(In)As с p-n переходом, второго туннельного диода, субэлемента из GaInP с p-n переходом и контактного слоя из GaAs, нанесение тыльного омического контакта на тыльную сторону субэлемента из Ge и нанесение через первую маску первого омического контакта n-типа на контактный слой из GaAs, удаление химическим травлением через вторую маску участков контактного слоя из GaAs, где отсутствует первый омический контакт, и нанесение на эти участки просветляющего покрытия. Затем создают ступенчатую разделительную мезу, для чего проводят травление через третью маску контактного слоя из GaAs и субэлемента из GaInP на глубину 0,2-0,4 мкм, осаждают через третью маску первое пассивирующее покрытие, вскрывают через четвертую маску первые окна в первом пассивирующем покрытии, осаждают второй омический контакт р-типа на вскрытые первые окна, проводят травление через пятую маску, закрывающую второй омический контакт, субэлемента из GaInP и субэлемента из GaInAs до субэлемента из Ge, осаждают через пятую маску второе пассивирующее покрытие, вскрывают через шестую маску вторые окна во втором пассивирующем покрытии, осаждают третий омический контакт n-типа на вскрытые вторые окна, проводят травление через седьмую маску, закрывающую третий омический контакт, субэлемента из Ge на глубину 2-10 мкм и осаждают через седьмую маску третье пассивирующее покрытие.

Новым в настоящем способе является формирование субэлемента из Ge, нанесение просветляющего покрытия на участки субэлемента из GaInP, где стравлен контактный слой из GaAs, осаждение пассивирующего покрытия на поверхность ступенчатой разделительной мезы, создание дополнительного омического контакта к субэлементу из Ge.

Травление через третью маску можно осуществлять химическим травлением контактного слоя из GaAs и ионно-лучевым травлением субэлемента GaInP, травление через пятую маску можно осуществлять химическим травлением, а травление через седьмую маску можно осуществлять электрохимическим травлением.

Химическое травление контактного слоя из GaAs обусловлено необходимостью строго селективного травления этого слоя. Толщина субэлемента из GaInP составляет 0,42-0,47 мкм, поэтому необходимым условием создания омического контакта на локальной области данного субэлемента является высокая точность и планарность процесса травления на глубину 0,2-0,4 мкм, что и обеспечивается ионно-лучевым травлением. При создании ступенчатой разделительной мезы, выходящей за пределы субэлемента из GaInP, происходит закорачивание p-n перехода при осаждении материала омического контакта. При травлении на глубину менее 0,2 мкм может произойти закорачивание p-n перехода субэлемента из GaInP при последующем осаждении материала омического контакта, при травлении на глубину более 0,4 мкм может произойти нарушение работы второго туннельного диода.

Травление субэлементов через пятую маску до субэлемента из Ge методом химического травления обусловлено высокой технологичностью данного метода, низкой стоимостью процесса, наличием строго селективных травителей по отношению к материалам субэлементов.

Травление через седьмую маску субэлемента из Ge методом электрохимического травления обусловлено высокой технологичностью данного метода, низкой стоимостью процессов, качеством поверхности травления: поверхность травления гладкая, без дефектов. Глубина травления субэлемента из Ge 2-10 мкм обусловлена глубиной залегания германиевого р-n перехода. При глубине травления меньше 2 мкм может произойти закорачивание p-n перехода субэлемента из Ge при последующем осаждении материала омического контакта, при травлении на глубину более 10 мкм увеличивается хрупкость субэлемента из Ge и, следовательно, снижается надежность процесса изготовления.

Новым в настоящем способе является формирование субэлемента из Ge, нанесение просветляющего покрытия на участки субэлемента из GaInP, где стравлен контактный слой из GaAs, осаждение пассивирующего покрытия на поверхность ступенчатой разделительной мезы, создание дополнительного омического контакта к субэлементу из Ge.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показана в разрезе схема расположения субэлементов многопереходного солнечного элемента;

на фиг. 2. схематически показана структура субэлементов многопереходного солнечного элемента.

Многопереходный солнечный элемент включает (см. фиг. 1) субэлемент 1 из Ge, первый туннельный диод 2, субэлемент 3 из Ga(In)As, второй туннельный диод 4, субэлемент 5 из GaInP, контактный слой 6 из GaAs. Субэлемент 1 из Ge (см. фиг. 2) содержит соответственно слои: первой базы 7, первого эмиттера 8, первого окна 9. Субэлемент 3 из Ga(In)As включает слои: первого тыльного потенциального барьера 10, второй базы 11, второго эмиттера 12, второго окна 13. Субэлемент 5 из GaInP содержит слои: второго тыльного потенциального барьера 14, третьей базы 15, третьего эмиттера 16 и третьего окна 17. Многопереходный солнечный элемент также включает (см. фиг. 1): первый омический контакт 18 n-типа, тыльный омический контакт 19, утолщение 20 первого омического контакта 18 и тыльного омического контакта 19, просветляющее покрытие 21, первое пассивирующее покрытие 22, второй омический контакт 23 р-типа, второе пассивирующее покрытие 24, третий омический контакт 25 n-типа, утолщение 26 второго омического контакта 23 и третьего омического контакта 25, третье пассивирующее покрытие 27.

Заявляемый способ изготовления многопереходного солнечного элемента осуществляют формированием субэлемента 1 из Ge с p-n переходом, первого туннельного диода 2, субэлемента 3 из Ga(In)As с p-n переходом, второго туннельного диода 4, субэлемента 5 из GaInP с p-n переходом и контактного слоя 6 из GaAs (фиг. 1). Субэлемент 1 из Ge формируют из слоев базы 7, эмиттера 8, окна 9. Субэлемент 3 из Ga(In)As формируют из слоев тыльного потенциального барьера 10, базы Ga(In)As 11, эмиттера 12, окна 13. Субэлемент 5 из GaInP формируют из тыльного потенциального барьера 14, базы GaInP 15, эмиттера 16, окна 17. Далее осуществляют химическое травление тыльной стороны субэлемента 1 из Ge, например, на глубину 15-20 мкм в травителе СР4. Проводят очистку фронтальной поверхности структуры, например, методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,005-0,01 мкм. Осуществляют напыление первого омического контакта 18 n-типа толщиной, например, 0,2-0,3 мкм на фронтальную поверхность контактного слоя 6 из GaAs через первую маску фоторезиста методом вакуумно-термического испарения, например, на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. Проводят очистку тыльной поверхности субэлемента 1 из Ge методом ионно-лучевого травления, например, на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,01-0,05 мкм. Проводят напыление тыльного омического контакта 19 р-типа толщиной, например, 0,40-0,45 мкм методом вакуумно-термического испарения, например, на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. Проводят вжигание первого омического контакта 18 и тыльного омического контакта 19 при температуре 360-370°С в течение 10-60 секунд. Осуществляют утолщение 20 омических контактов 18, 19 путем, например, электрохимического осаждения через маску фоторезиста последовательно слоев золота, никеля и вновь золота, общей толщиной 2-2,5 мкм. Осуществляют удаление через вторую маску контактного слоя 6 из GaAs, где отсутствует первый омический контакт 18, методом химического травления. Проводят процесс создания просветляющего покрытия 21 на фронтальной поверхности субэлемента 5 из GaInP, например, последовательным нанесением слоев TiOx, SiO2 на установке магнетронного распыления Balzers BAS 450 РМ. Создание ступенчатой разделительной мезы проводят в три технологических этапа: на первом этапе проводят травление через третью маску контактного слоя 6 из GaAs методом селективного химического травления. Далее проводят ионно-лучевое травление через ту же маску на глубину 0,2-0,4 мкм субэлемента 5 из GaInP, например, на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE в среде аргона. Осаждают первое пассивирующее покрытие 22 на поверхность ступенчатой разделительной мезы через третью маску. Осуществляют локальное травление первого пассивирующего покрытия 22 через четвертую маску методом селективного химического травления в буферном травителе для создания первых окон в первом пассивирующем покрытии 22. Проводят очистку поверхности окон, например, методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,005-0,01 мкм. Проводят напыление второго омического контакта 23 р-типа через ту же маску на локальную область субэлемента 5 из GaInP толщиной 0,2-0,3 мкм, например, методом вакуумно-термического испарения на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. На втором этапе проводят травление через пятую маску, закрывающую второй омический контакт 23 субэлемента 5 из GaInP и субэлемента 3 из Ga(In)As до субэлемента 1 из Ge, например, методом селективного химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

K2Cr2O7 80-110
HBr 80-110
вода остальное

Осаждают через пятую маску второе пассивирующее покрытие 24 на поверхность ступенчатой разделительной мезы. Осуществляют локальное травление пассивирующего покрытия 24 через шестую маску, например, методом селективного химического травления в буферном травителе для формирования вторых окон во втором пассивирующем покрытии 24. Проводят очистку поверхности структуры, например, методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,005-0,01 мкм. Проводят напыление третьего омического контакта 25 n-типа через ту же маску фоторезиста на локальную область субэлемента 1 из Ge, например, толщиной 0,2-0,3 мкм методом вакуумно-термического испарения на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. Осуществляют утолщение 26 второго омического контакта 23 и третьего омического контакта 25. На третьем этапе проводят травление субэлемента 1 из Ge на глубину 2-10 мкм, например, методом электрохимического травления при температуре 19-23°С в электролите, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

глицерин 30-50
КОН 1-4
вода остальное
при внешнем напряжении 9-15 В

Осаждают третье пассивирующее покрытие 27 на поверхность ступенчатой разделительной мезы.

Пример 1. Были изготовлены многопереходные солнечные элементы путем создания трехпереходной структуры GaInP/Ga(In)As/Ge, состоящей из трех субэлементов, выращенных на германиевой подложке р-типа с верхним контактным слоем из GaAs. Процесс изготовления солнечных элементов осуществлен в несколько стадий. Провели химическое травление тыльной стороны субэлемента из Ge на глубину 10 мкм в травителе СР4. Провели очистку фронтальной поверхности контактного слоя из GaAs методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,005 мкм. Напылили первый омический контакт n-типа толщиной 0,2 мкм на фронтальную поверхность контактного слоя из GaAs через маску фоторезиста методом вакуумно-термического испарения на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. Провели очистку тыльной поверхности субэлемента из Ge методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,01 мкм. Напылили тыльный омический контакт р-типа толщиной 0,4 мкм методом вакуумно-термического испарения на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. Провели вжигание первого и тыльного омических контактов при температуре 360°С в течение 60 секунд. Утолщали первый и тыльный омические контакты электрохимическим осаждением через маску фоторезиста последовательно слоев золота, никеля и вновь золота общей толщиной 2 мкм. Удалили часть фронтального контактного слоя из GaAs через маску фоторезиста методом химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

NH4OH 2
H2O2 6
вода остальное

Создали просветляющее покрытие на фронтальной поверхности структуры, последовательным нанесением слоев Si3N4, TiOx на установке магнетронного распыления Balzers BAS 450 РМ. Создание ступенчатой разделительной мезы проводили в три технологических этапа. На первом этапе провели травление контактного слоя из GaAs методом селективного химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

NH4OH 2
H2O2 6
вода остальное

Провели ионно-лучевое травление на глубину 0,4 мкм субэлемента из GaInP на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE. Осадили первое пассивирующее покрытие на поверхность ступенчатой разделительной мезы. Осуществили локальное травление первого пассивирующего покрытия через маску фоторезиста методом селективного химического травления в буферном травителе. Очистили поверхность субэлемента из GaInP методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,005 мкм. Напылили второй омический контакт р-типа через ту же маску фоторезиста на локальную область субэлемента из GaInP толщиной 0,2 мкм методом вакуумно-термического испарения на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. На втором этапе проводили травление субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge методом селективного химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

K2Cr2O7 80
НВг 80
вода остальное

Осадили второе пассивирующее покрытие на поверхность ступенчатой разделительной мезы. Осуществили локальное травление второго пассивирующего покрытия через маску фоторезиста методом селективного химического травления в буферном травителе. Очистили поверхность субэлемента из Ge методом ионно-лучевого травления на установке ионно-лучевого травления Rokappa IBE на глубину 0,005 мкм. Провели напыление третьего омического контакта р-типа через ту же маску фоторезиста на локальную область субэлемента из Ge толщиной 0,2 мкм методом вакуумно-термического испарения на установке пост вакуумный универсальный ВУП-5М. Утолщали второй и третий омические контакты путем напыления через маску фоторезиста слоя золота общей толщиной 0,4 мкм. На третьем этапе провели травление на глубину 2 мкм субэлемента из Ge методом электрохимического травления при температуре 19°С в электролите, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

глицерин 30
КОН 1
вода остальное
при внешнем напряжении 9 В

Осадили третье пассивирующее покрытие на поверхность ступенчатой разделительной мезы.

Пример 2. Были изготовлены многопереходные солнечные элементы путем создания трехпереходной структуры GaInP/Ga(In)As/Ge, состоящей из трех субэлементов с верхним контактным слоем из GaAs, выращенных на германиевой подложке р-типа, способом, описанным в примере 1, со следующими отличиями: химическое травление тыльной стороны субэлемента из Ge проводилось на глубину 20 мкм, очистку фронтальной поверхности контактного слоя из GaAs проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,01 мкм. Первый омический контакт n-типа напыляли толщиной 0,3 мкм на фронтальную поверхность контактного слоя из GaAs. Очистку тыльной поверхности субэлемента из Ge проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,05 мкм. Напыляли тыльный омический контакт р-типа толщиной 0,45 мкм. Вжигали первый и тыльный омические контакты при температуре 370°С в течение 30 секунд. Утолщение первого и тыльного омических контактов осуществляли электрохимическим осаждением через маску фоторезиста последовательно слоев золота, никеля и вновь золота, общей толщиной 2,5 мкм. Удаляли часть фронтального контактного слоя из GaAs через маску фоторезиста методом химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

NH4OH 3
H2O2 7
вода остальное

Ионно-лучевое травление субэлемента из GaInP провели на глубину 0,2 мкм. Напыляли второй омический контакт р-типа на локальную область субэлемента из GaInP толщиной 0,3 мкм. На втором этапе осуществляли селективное химическое травление субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

K2Cr2O7 110
HBr 110
вода остальное

Очистили поверхность субэлемента из Ge ионно-лучевым травлением на глубину 0,005 мкм. Напылили третий омический контакт р-типа через ту же маску фоторезиста на локальную область субэлемента из Ge толщиной 0,3 мкм. Утолщили второй и третий омический контакт напылением слоя золота толщиной 0,3 мкм. На третьем этапе провели травление на глубину 10 мкм субэлемента из Ge методом электрохимического травления при температуре 23°С в электролите, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

глицерин 40
КОН 2
вода остальное
при внешнем напряжении 10 В

Пример 3. Были изготовлены многопереходные солнечные элементы путем создания трехпереходной структуры GaInP/Ga(In)As/Ge, состоящей из трех субэлементов с верхним контактным слоем из GaAs, выращенных на германиевой подложке р-типа, способом описанным в примере 1, со следующими отличиями: химическое травление тыльной стороны субэлемента из Ge выполняли на глубину 18 мкм, очистку фронтальной поверхности контактного слоя из GaAs проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,008 мкм. Первый омический контакт n-типа напыляли толщиной 0,25 мкм на фронтальную поверхность контактного слоя из GaAs. Очистку тыльной поверхности субэлемента из Ge проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,03 мкм. Напыляли тыльный омический контакт р-типа толщиной 0,42 мкм. Вжигали первый и тыльный омические контакты при температуре 370°С в течение 20 секунд. Удаляли часть фронтального контактного слоя из GaAs через маску фоторезиста методом химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

NH4OH 2,5
H2O2 6,5
вода остальное

Травление субэлемента из GaInP перед осаждением второго омического контакта проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,3 мкм. Напыляли второй омический контакт р-типа на локальную область субэлемента из GaInP толщиной 0,25 мкм. На втором этапе проведено травление субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge селективным химическим травлением в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

K2Cr2O7 90
HBr 90
вода остальное,

Очистили поверхность субэлемента из Ge ионно-лучевым травлением на глубину 0,009 мкм. Напылили третий омический контакт р-типа через ту же маску фоторезиста на локальную область субэлемента из Ge толщиной 0,27 мкм. Утолщили второй и третий омический контакт напылением слоя золота, толщиной 0,4 мкм. На третьем этапе провели травление на глубину 5 мкм субэлемента из Ge методом электрохимического травления при температуре 22°С в электролите, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

глицерин 40
КОН 2
вода остальное
При внешнем напряжении 11 В

Пример 4. Были изготовлены многопереходные солнечные элементы путем создания трехпереходной структуры GaInP/Ga(In)As/Ge, состоящей из трех субэлементов с верхним контактным слоем из GaAs, выращенных на германиевой подложке р-типа, способом, описанным в примере 1, со следующими отличиями: химическое травление тыльной стороны субэлемента из Ge проводилось на глубину 19 мкм, очистку фронтальной поверхности контактного слоя из GaAs проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,009 мкм. Первый омический контакт n-типа напыляли толщиной 0,22 мкм на фронтальную поверхность контактного слоя из GaAs. Очистку тыльной поверхности субэлемента из Ge проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,03 мкм. Напыляли тыльный омический контакт р-типа толщиной 0,44 мкм. Вжигали первый и тыльный омические контакты при температуре 370°С в течение 40 секунд. Утолщение первого и тыльного омических контактов осуществляли электрохимическим осаждением через маску фоторезиста последовательно слоев золота, никеля и вновь золота, общей толщиной 2,5 мкм. Травление контактного слоя из GaAs проводили в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

NH4OH 2
H2O2 7
вода остальное

Травление субэлемента из GaInP проводили ионно-лучевым травлением на глубину 0,25 мкм. Напыляли второй омический контакт р-типа на локальную область субэлемента из GaInP толщиной 0,23 мкм. На втором этапе проведено травление субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge методом селективного химического травления в травителе, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

K2Cr2O7 100
HBr 100
вода остальное,

Очистили поверхность субэлемента из Ge ионно-лучевым травлением на глубину 0,007 мкм. Напылили третий омический контакт р-типа через ту же маску фоторезиста на локальную область субэлемента из Ge толщиной 0,22 мкм. Утолщили второй и третий омические контакты напылением слоя золота общей толщиной 0,4 мкм. На третьем этапе провели травление на глубину 8 мкм субэлемента из Ge методом электрохимического травления при температуре 21°С в электролите, содержащем компоненты при следующем их соотношении, мас. ч.:

глицерин 35
КОН 2
вода остальное
при внешнем напряжении 11 В

Изготовленные в примерах 1-4 многопереходные солнечные элементы преобразуют широкий диапазон спектра солнечного излучения от 350 нм до 1900 нм. Создание пассивирующего покрытия на поверхности ступенчатой разделительной мезы позволило снизить токи утечки по боковой поверхности солнечного элемента, повысить его надежность за счет снижения вероятности закорачивания p-n перехода.

Наличие дополнительных омических контактов к субэлементам позволяет проводить оптимизацию структуры данных субэлементов для обеспечения максимальной выработки энергии, увеличить эффективность многопереходного солнечного элемента на 4-6% при его работе в системе из нескольких солнечных элементов, где каждый субэлемент работает независимо и отдельно коммутирован в изолированную электрическую цепь. Солнечный элемент, изготовленный настоящим способом, также может использоваться для метрологических измерений. При этом каждый субэлемент отдельно используется в качестве селективного фотоприемника, настроенного на определенный диапазон длин волн, и имеет спектральную чувствительность, подобную чувствительности субэлемента из монолитной структуры.

1. Способ изготовления многопереходного солнечного элемента, включающий последовательное формирование субэлемента из Ge с p-n переходом, первого туннельного диода, субэлемента Ga(In)As с p-n переходом, второго туннельного диода, субэлемента из GaInP с p-n переходом и контактного слоя из GaAs, нанесение тыльного омического контакта р-типа на тыльную сторону субэлемента из Ge и нанесение через первую маску первого омического контакта n-типа на контактный слой GaAs, удаление химическим травлением через вторую маску участков контактного слоя из GaAs, где отсутствует первый омический контакт, и нанесение на эти участки просветляющего покрытия, создание ступенчатой разделительной мезы путем травления через третью маску контактного слоя из GaAs и субэлемента из GaInP на глубину 0,2-0,4 мкм, осаждения через третью маску первого пассивирующего покрытия, вскрытия через четвертую маску первых окон в первом пассивирующем покрытии, осаждения второго омического контакта p-типа на вскрытые первые окна, травления через пятую маску, закрывающую второй омический контакт, субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge, осаждения через пятую маску второго пассивирующего покрытия, вскрытия через шестую маску вторых окон во втором пассивирующем покрытии, осаждения третьего омического контакта n-типа на вскрытые вторые окна, травления через седьмую маску, закрывающую третий омический контакт, субэлемента из Ge на глубину 2-10 мкм и осаждения через седьмую маску третьего пассивирующего покрытия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление через третью маску осуществляют химическим травлением контактного слоя GaAs и ионно-лучевым травлением субэлемента GaInP.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление через пятую маску осуществляют химическим травлением.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что травление через седьмую маску осуществляют электрохимическим травлением.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ формирования активной n- области солнечных элементов включает процесс образования фосфоросиликатного стекла на поверхности полупроводниковой пластины из газовой фазы, при этом в качестве источника диффузанта используется жидкий источник оксихлорид фосфора (POCl3) при следующем соотношении компонентов: азот N2=280 л/ч, кислород O2=300 л/ч, кислород O2=15 л/ч, азот через питатель N2=14 л/ч.

Изобретение относится к технологии обработки поверхности полупроводниковых пластин, в частности к процессам очистки поверхности пластин между технологическими операциями, для изготовления солнечных элементов.
Изобретение относится к технологии изготовления солнечных элементов. Способ согласно изобретению заключается в том, что на поверхности подложки формируют тонкий слой пленки диоксида кремния за счет горения водорода и сухого кислорода в среде азота при расходе газов: N2=450 л/ч; H2=75 л/ч; O2=750±50 л/ч.

Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия.

Изобретение относится к конструкции матричных полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.

Изобретение относится к технологии изготовления трехкаскадных фотопреобразователей со встроенным диодом. Согласно изобретению на трехкаскадной полупроводниковой структуре GaInP/GaAs/Ge, выращенной на германиевой подложке с p-AlGaInP слоем потенциального барьера, p++-AlGaAs и n++-GaInP слоями туннельного перехода верхнего каскада, создают фоторезистивную маску с окнами лицевых контактов фотопреобразователя и диода, удаляют в диодном окне маски полупроводниковые слои, причем вытравливают p-AlGaInP слой потенциального барьера полностью или частично в смеси концентрированных соляной и фтористоводородной кислот в количественном соотношении объемных частей 5÷7 и 3÷5 соответственно, p++-AlGaAs слой туннельного перехода удаляют в смеси концентрированных соляной и лимонной (50%) кислот в количественном соотношении объемных частей 6÷10 и 8÷12 соответственно.

Способ изготовления гетероструктурного солнечного элемента включает выращивание полупроводниковой гетероструктуры на германиевой подложке, создание омических контактов со стороны тыльной поверхности германиевой подложки и со стороны фронтальной поверхности гетероструктуры, нанесение просветляющего покрытия на фронтальную поверхность гетероструктуры, создание разделительной мезы через маску фоторезиста путем травления первой канавки в полупроводниковой гетероструктуре до германиевой подложки.

При изготовлении фотопреобразователя согласно изобретению на тыльной стороне подложки GaSb n-типа проводимости выращивают методом эпитаксии высоколегированный контактный слой n+-GaSb, а на лицевой стороне подложки - буферный слой n-GaSb.
Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ формирования активной p+-области солнечных элементов включает процесс диффузии бора с применением жидкого источника - треххлористого бора (BCl3).

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Изобретение может быть использовано в производстве матричных фоточувствительных элементов приборов гражданского и военного назначения.
Наверх