湿法蚀刻分离工艺制备的太阳能电池的光电特性

引言

对基于III-V半导体纳米异质结构的多结太阳能电池(MJSC)的关注是由于它们太阳能到电能的高效转化。MJSC参数的进一步改善通常与通过增加更多的光活性p-n连接和通过稀释底物来减少单个SCs的重量来提高效率有关。反过来，MJSC中光活性p-n连接数量的增加导致光流总值的自然下降，从而导致光活性p-n结的空间电荷区(SCR)电流的“重组”和“隧道陷阱”（过量）机制对SC效率的影响更大。这对MJSC的效率产生了负面影响。

在这项工作中，我们提出了一种生长后制造工艺，其中在单阶段湿化学蚀刻工艺中将InGaP/Ga(In)As/Ge外延晶片分离成单个元件，这产生了平滑的蚀刻轮廓。为了评估制造的多结太阳能电池的质量，在电流密度为(110-12-10A/cm2)和电压为(0 - 3)伏的情况下，直接在外延晶片上测量J-V特性。我们已经证明，具有InGaP/Ga(In)As/Ge外延晶片的单阶段分离蚀刻的生长后工艺允许制造具有非常相似的J-V特性。

实验

为了制造三结太阳能电池芯片的实验，InGaP/Ga(In)As/Ge纳米异方差通过MOCVD外延生长在掺杂到1·1018cm-3水平的锗p基板上。基底厚度为120-150µm，结构总厚度约为6微米。生长后，在顶部n层（Au(Ge)/Ni/Au）和p基底（Ag(Mn)/Ni/Au）上形成欧姆接触。

在最后阶段，通过正面的光刻胶掩模进行化学蚀刻，将异质结构分离成芯片。之后，完成了台面侧壁电介质的钝化，并在异质结构的前端应用了反反射涂层。

图1中的图像显示，InGaP/Ga(In)As/Ge纳米异质结构的不同层的蚀刻速度的差异导致具有突起和不规则性的台面侧壁的形成。这对施加到每个单元的台面侧壁的保护层的质量有负面影响，并导致漏电流增加。

图1 两级蚀刻工艺制备的系膜侧壁扫描电镜图像：(a)没有布拉a格反射器的InGaP/Ga(In)As/Ge异质结构，(b)带布拉格反射器的异质结构，其中1-InGaP/Ga(In)作为异质结构，2-Gep-n结和衬底，3-布拉格反射器。

J-V特征分析

为了评估所开发技术制备的MJSCs的质量，我们直接在外延晶片上测量了暗J-V特性。利用从暗J-V特性中评估效率的方法，确定了主要的电流输运机制，并计算了SC效率(AM0)。

实验数据表明即使没有钝化，使用单阶段工艺制造的结构具有指数前因子J0t、J0rd、J0d的值，平均比使用两阶段工艺随后施加Si3N4钝化层时低十倍。

使用开发的用于InGaP/Ga(In)As/Ge结构的单阶段蚀刻工艺的技术，MJ SCs可以被制造成具有非常相似的暗J-V特性。通过对MJ SC暗电流-电压特性参数的分析和转换效率的后续计算，研究了不同照度(AM0，1367 W/m2)下MJ SC台面侧壁形状对SC结构中主导电流流动机制的影响。已经确定，新技术的使用导致更平滑的MJ SC台面侧壁，这反过来又具有侧壁的良好钝化，降低了漏电流并提高了具有改进特性的元件的成品率。

结论

本文讲述了一种生长后的技术，其中外延晶片的最终分离成芯片是在一个单级湿式化学蚀刻过程中完成的。在用≤80µm厚的薄外延晶片制造光伏电池时，所实现的高精度蚀刻工艺尤为重要。通过分析MJSC暗电流-电压特性的参数和随后的转换效率计算，研究了MJSC的介膜侧壁形状对SC结构在不同照明水平(AM0,1367W/m2)中主导电流机制的影响。结果表明，使用新技术可使MJSC介膜侧壁更平滑，使侧壁钝化良好，降低了泄漏电流，提高了元素的屈服比，提高了特性。