关键字：MOCVD、光伏发电、别墅太阳能发电

 

MOCVD为光伏发电行业研究和生产m-V族化合物太阳电池的主要技术手段，虽然在气源材料方面存在一系列劣势，但整个材料成长方面却具备很强的优势，因此，该技术在除别墅太阳能发电领域以外的光伏发电行业被广泛运用。下面讲述一下MOCVD的生长过程。

 

MOCVD的生长过程

 

通过载气(H2 )将TMGa、TMAl、TMIn等金属有机化合物气体和AsH3、PH3等氢化物，按照一定比例混合，然后携带入真空腔体中，在适当条件下(适宜的温度）进行多种化学反应，生成GaAs、GaInP、A1MP等IH-V化合物，接着在GaAs衬底或Ge衬底上沉积，实现化合物晶体生长。下图为GaAs薄膜的MOCVD生长系统示意图：

GaAs薄膜的MOCVD生长系统示意图

 

在上图中，每个气源的开关和气体的压力都能独立控制，这样就能够对混合气体的组成及各组元的分压实时进行调节。n型掺杂剂为桂烷(SiH4)、H2Se，P型掺杂剂采用二乙基锌(DEZn)或CC14。生长源可以在热衬底上的蒸气中或者热衬底表面形成DI-V族化合物，下面以TMGa和AsH3生长GaAs，TMIn和PH3生长InP为例，其化学反应可表示为：

在该反应过程中，GaAs与InP在衬底表面沉积并人晶体中，CH4则挥发到气相中。如果同时通入TMIn、TMGa和AsH₃，则可以外延生长In_xGa_1-i—xAs三元固溶体。该过程表达式为：

 

 

上式仅仅是反应器内部一系列化学反应的简化形式，在光伏发电领域，乃至别墅太阳能发电领域，其实际生长过程中存在复杂的源分解反应、预反应和寄生反应等。

 

在光伏发电领域，MOCVD实际上是一种典型的气相一固相生长，遵循气相一固相晶体生长的共同规律，即：外延层的表面(气相一固相界面)化学反应和表面状况决定了晶体生长规律和晶体性质；同时，反应器内的热量输运和质量输运决定了气相反应的进程以及反应源向固相表面的输运速率和形态，从而对外延层的厚度、组分和掺杂的均匀性产生影响，也影响异质结构的界面组分梯度。反应器的几何形状、工作压力、温度梯度以及载气的性质和流速等等，都为影响输运过程的重要因素。在该光伏发电电池的制备工艺中，输运过程还伴随着复杂的化学反应。

 

整个MOCVD外延生长过程，如下图所示，具体步骤可分为：

MOCVD生长过程的简化示意图

 

1、首先，将III族源(MO源)、V族源(如氢化物)注入反应器中。

2、待反应源混合均匀后，将被载气(一般是H2)输送到沉积区域。

3、在沉积区域内，高温会导致反应源的分解及其他气相反应，生成了薄膜生长所需的源及一定的副产物。

4、接着，源通过扩散输运到晶体生长表面。

5、然后，源被表面吸附。

6、最后，源扩散到生长位置。

 

光伏发电行业的科研人员通过上述的表面反应，将薄膜生长所需的原子会并入到外延薄膜中。这时，表面反应的副产物则从晶体表面脱附，接着被输运回远离沉积区域的主气流中，通过尾气管道排出反应器。目前，别墅太阳能发电行业，因考虑到MOCVD技术所使用的设备和气源材料的成本问题，及技术复杂等等，因此该技术尚未在该领域被广泛使用。