研究目的
研究金属有机气相外延(MOVPE)技术在太阳能电池用砷化镓(GaAs)超快速生长中的可行性,重点关注将生长速率提升至120微米/小时、降低V/III比以减少材料成本,以及评估晶体质量和光伏性能。
研究成果
高速金属有机气相外延(MOVPE)生长砷化镓(GaAs)的速度可达每小时120微米,且质量与传统方法相当。降低V/III比可以提高生长速率并降低材料成本,但极低的比值(例如5)可能会因碳掺杂而导致性能下降。该反应器设计能显著降低III-V族光伏产品的生产成本,且有望进一步提高产量和效率。
研究不足
高生长速率下由于吸附原子迁移不足导致表面形貌恶化。低V/III比时碳掺杂增加,可能降低太阳能电池性能。最大生长速率受限于质量流量控制器容量。反应器中的反向扩散问题可能导致污染,影响质量。
1:实验设计与方法选择:
基于先前研究,采用专为高生长速率设计的水平金属有机气相外延(MOVPE)反应器。使用三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)、砷烷(AsH3)、磷烷(PH3)、乙硅烷(Si2H6)和二乙基锌(DEZ)作为源材料。选用具有特定晶向的砷化镓(GaAs)衬底。通过调节TMGa供应量和V/III比来改变生长速率。
2:3)、磷烷(PH3)、乙硅烷(Si2H6)和二乙基锌(DEZ)作为源材料。选用具有特定晶向的砷化镓(GaAs)衬底。通过调节TMGa供应量和V/III比来改变生长速率。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:直径2英寸、晶向为(100)±0.5°且向[110]方向有2°偏角的GaAs衬底。样品包括非掺杂GaAs层及用于太阳能电池的掺杂层。
3:5°且向[110]方向有2°偏角的GaAs衬底。样品包括非掺杂GaAs层及用于太阳能电池的掺杂层。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:水平MOVPE反应器(日本大阳日酸HR3335)、质量流量控制器、TMGa、TMIn、TMAl、AsH3、PH3、Si2H6、DEZ、GaAs衬底、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、配备405 nm氮化铟镓(InGaN)激光二极管的荧光光谱仪(PL)、电化学电容-电压(ECV)剖面仪、二次离子质谱(SIMS)、光刻掩膜版、用于欧姆接触的AuGe/Ni和Ag/Au金属。
4:5)、质量流量控制器、TMGa、TMIn、TMAl、AsHPHSi2HDEZ、GaAs衬底、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、配备405 nm氮化铟镓(InGaN)激光二极管的荧光光谱仪(PL)、电化学电容-电压(ECV)剖面仪、二次离子质谱(SIMS)、光刻掩膜版、用于欧姆接触的AuGe/Ni和Ag/Au金属。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:在不同生长速率(最高达120 μm/h)和V/III比(5至40)条件下生长GaAs层。通过SEM截面测量厚度,AFM测量表面粗糙度,低温PL评估晶体质量,ECV测定载流子浓度,SIMS分析碳浓度。制备具有特定层结构的太阳能电池,并在AM1.5G光照下测量I-V特性与外量子效率(EQE)。
5:5G光照下测量I-V特性与外量子效率(EQE)。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:对厚度均匀性、载流子浓度、PL光谱强度及太阳能电池性能参数(短路电流密度Jsc、开路电压Voc、填充因子FF、转换效率)进行统计对比分析。
独家科研数据包,助您复现前沿成果,加速创新突破
获取完整内容-
MOVPE reactor
HR3335
Taiyo Nippon Sanso
Used for metalorganic vapor phase epitaxy growth of GaAs layers at high rates.
-
Mass flow controller
Controls the flow of gases such as TMGa, used to regulate growth rates.
-
Scanning electron microscopy
Measures the thickness of epitaxial layers from cross-sectional images.
-
Atomic force microscopy
Characterizes surface roughness of grown GaAs layers.
-
Photoluminescence setup
Investigates crystalline quality using low-temperature PL measurements with a 405 nm laser.
-
Electrochemical capacitance–voltage profiler
Evaluates free carrier concentrations in doped GaAs layers.
-
Secondary ion mass spectroscopy
Measures carbon concentration in GaAs layers.
-
Photolithography mask
Used for fabricating solar cells with specific patterns.
-
登录查看剩余6件设备及参数对照表
查看全部