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专利号: 2020104176450
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 对金属材料的镀覆;用金属材料对材料的镀覆;表面化学处理;金属材料的扩散处理;真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆;金属材料腐蚀或积垢的一般抑制〔2〕
更新日期:2023-12-11
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摘要:

权利要求书:

1.一种非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置,其特征在于:包括激光系统、双光路系统和沉积系统;

所述激光系统包括脉冲激光器(1),用于发射高能激光束;

所述双光路系统包括分光镜(2)、第一反射镜(4)、第一聚焦透镜(5)、第一激光窗口(6)、第二反射镜(8)、第二聚焦透镜(9)、第二激光窗口(10);所述脉冲激光器(1)发出的高能激光束经分光镜(2)分为两束激光光路,为第一激光光路(3)和第二激光光路(7);所述第一激光光路(3)分别经过第一反射镜(4)、第一聚焦透镜(5)和第一激光窗口(6)照射到In靶材(22)上;所述第二激光光路(7)分别经过第二反射镜(8)、第二聚焦透镜(9)和第二激光窗口(10)照射到GaN靶材(21)上;所述In靶材(22)和GaN靶材(21)组成In/GaN双靶材(16),其表面被照射区域瞬间被烧蚀产生等离子体羽辉(18);

所述沉积系统包括沉积室(20)、进样室(15)、用于安装In/GaN双靶材(16)的靶盘和用于加热p-Si衬底(17)的加热器(19);所述沉积室(20)四周安装有第一激光窗口(6)、第二激光窗口(10)、观察窗口(11)、电机(12)、真空系统(13)和进样室(15);其中,所述电机(12)和真空系统(13)平行相对设置,观察窗口(11)和进样室(15)平行相对设置;电机(12)位于第一激光窗口(6)和第二激光窗口(10)的中间位置,且电机(12)机轴连接加热器(19)。

2.根据权利要求1所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置,其特征在于:所述靶盘包括盘体、环形通气管(23)和进气管(24);所述In/GaN双靶材(16)安装在盘体,且被环形通气管(23)环绕;所述环形通气管(23)与进气管(24)相连通,环形通气管(23)四周均匀设有若干个通气孔。

3.根据权利要求2所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置,其特征在于:所述In/GaN双靶材(16)由环形GaN靶材(21)套在圆形In靶材(22)的外面组成。

4.根据权利要求1所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置,其特征在于:所述进样室(15)内设有真空阀(14)。

5.根据权利要求1所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置,其特征在于:所述脉冲激光器(1)为KrF准分子激光器。

6.一种非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:一、衬底清洗;

对p-Si衬底依次用蒸馏水、HF溶液、丙酮、无水乙醇和去离子水各超声清洗4~10min,然后用氮气快速烘干;

二、衬底及In/GaN双靶材的安装;

将GaN靶材和In靶材安装到靶盘,置于沉积室中的固定位置,将处理后的衬底安装到进样室样品盘上,待进样室与沉积室真空度调控至10-5Pa数量级或以上,将样品盘推送进沉积室;

三、沉积参数设置;

设定N2分压为5~20Pa,靶材与衬底的距离为40~100mm,激光脉冲能量为50~400mJ/Pluse,脉冲频率在1~20Hz内调节;

四、靶材预溅射;

用挡板将衬底挡住,打开脉冲激光器,脉冲激光器发出的高能激光束经分光镜分为两束激光光路,分别照射到In靶材和GaN靶材上;预溅射两个靶材4~10min以清除靶材表面残留污染物;

五、非晶InGaN薄膜沉积;

衬底温度加热至20~600℃,打开挡板,对沉积室通入N2,设定N2分压为5~20Pa,靶材与衬底的距离为40~100mm,激光脉冲能量为50~400mJ/Pluse,脉冲频率在1~20Hz内调节,沉积时间为1~4h;

六、沉积结束;

关闭系统,待非晶InGaN薄膜冷却至室温后,按装样的逆过程将其取出;

七、非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备;

在非晶InGaN薄膜(26)表面溅射Au金属欧姆电极(25),在p-Si衬底(17)背面溅射In-Ga合金欧姆电极(27),即完成非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备。

7.根据权利要求6所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法,其特征在于:所述In/GaN双靶材的纯度为5N级。

8.根据权利要求6所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法,其特征在于:所述非晶InGaN薄膜的厚度为50~500nm。

9.根据权利要求6所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法,其特征在于:所述非晶InGaN薄膜表面用离子溅射法制备Au金属欧姆电极,在p-Si衬底背面采用磁控溅射法制备In-Ga合金欧姆电极。

10.根据权利要求6所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的制备方法,其特征在于:采用如权利要求1-5任一所述的非晶InGaN/Si异质结太阳电池的装置。