国家标准《太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片》《预审稿》编制说明一、工作简况1 立项目的和意义由于社会经济的迅速发展，人们对能源的需求急剧增加。

传统能源（包括石油、煤炭、天然气等）日益枯竭，还引发渐趋严重的环境问题，将会阻碍世界社会经济的可持续性发展。

使用太阳能绿色能源作为解决地球环境问题的有效途径之一，得到了越来越多的关注，成为目前世界新能源开发和利用的重要方向。

尽管早在50年前，太阳能电池就被发明出来，但是当时的太阳能电池的转换效率低下，并且价格极其昂贵，主要用作卫星及航空航天飞行器等的电源，直到90年代，太阳能电池的效率才有了一定的提高，开始应用进入大众视野得到广泛应用，并逐渐向全球扩展。

目前光伏行业的量产的太阳能电池片（硅基太能电池片及锗基太阳能电池片）中，以硅基产品为主，但相对于硅基太阳能电池片，锗基太阳能电池片具有更高的光电转换效率，及抗辐照特性，在地面和空间飞行器中逐渐得到应用。

但是由于国内太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片起步较晚，相应的生产厂商较少，产品也是良莠不齐，暂无相应的外延片标准，因而制定太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片标准，不但能规范目前太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片生产，更是填补我国太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片标准的空白，促进国内太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片的标准化及国际化具有重要的意义。

2 任务来源根据国家标准委《关于下达2014年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2014]89号）的要求，由厦门市三安光电科技有限公司负责对《太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片》国家标准进行制定，项目计划编号为20141878-T-469。

由于厦门市三安光电科技有限公司和天津三安光电有限公司均隶属于三安光电股份有限公司，申请该项目后，太阳能电池业务和主要人员均已迁入天津三安光电有限公司，因此第一起草单位由“厦门市三安光电科技有限公司”变更为“天津三安光电有限公司”。

3 本标准的主要起草人本标准的主要起草人：毕京锋、宋明辉、李森林、陈文浚、吴超瑜、王笃祥。

4 主编单位的技术基础天津三安光电有限公司是三安光电股份有限公司(股票代码:600703)的全资子公司，2008年12月注册成立，注册资本金6亿元人民币, 专业从事半导体LED外延片、芯片，太阳电池外延片、芯片的研发与生产。

拥有国内一流、国际领先水平的研究基础设施。

拥有10000级到100级的现代化洁净厂房，拥有国际最先进的外延生长和芯片制造设备，为聚光太阳电池外延生长和芯片工艺开发提供良好的平台。

2013年6月，公司被授予“天津市认定企业技术中心”的奖牌，目前中心拥有外籍专家及博士17人，与中国科学院，清华大学，华中科技大学，厦门大学，天津理工大学，18所，美国LUMINUS公司和日本名古屋大学等多家科研单位建立了良好的合作关系。

截至目前公司申请专利51件，其中授权专利20件，发明专利3件，实用新型专利13件，外观4件。

已经基本达到了国际中等规模企业水平。

在多结太阳能电池技术方面，三安光电自成立之始就一直跟踪研究高效化合物太阳电池，2002年开始空间应用化合物太阳电池的研究，并很快实现GaAs/Ge单结电池的批量化生产，效率达19.8%；2006年空间应用GaInP/GaAs/Ge多结化合物太阳电池批量生产效率达到26.7%。

公司积极响应国家的绿色环保节能政策，此后又投入地面应用聚光型多结化合物太阳电池的研究，于2006年底完成200倍聚光电池开发，效率大于32%，并于2008年成功应用于厦门三安厂区的聚光发电系统；截止到2015年12月，三安光电开发的三结太阳能电池可承受大于1000倍聚光，最高转换效率达39%以上，目前已在青海格尔木安装110MW 高倍聚光示范电站，电池经Fraunhofer验证电池效率也达到42%，处于国内领先水平。

5主要工作过程2015年07月16日，由全国半导体材料标准化分技术委员会组织，在河南省焦作市召开《太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片》标准第二次工作会议，与会专家对标准从技术内容和文本质量等方面进行了充分的讨论，并提出修改建议。

根据与会专家建议，编制组对标准进行了修改，征求意见稿，并发函相关单位征求意见，根据行业内征求的意见，编制组对征求意见稿进行修改，形成了预审稿，待12月份呼和浩特会议中进行讨论。

二、标准编制原则和确定标准主要内容的依据1、编制原则本标准起草单位自接受起草任务后，成立了本系列标准编制工作组。

初步确定了《太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片》标准起草所遵循的基本原则和编制依据：1）查阅相关标准和国内外客户的相关技术要求；2）根据国内太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片的具体情况，力求做到标准的合理性与实用性；3）根据技术发展水平及测试数据确定技术指标取值范围。

2、确定标准主要内容的论据1 标准题目与适用范围1.1 本标准立项名称为“太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片标准”。

1.2规定了本标准适用范围：本标准规定了太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片（以下简称“外延片”）的分类、技术要求、检验方法和规则以及标志、包装、运输和贮存。

本标准适用于制备太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片。

2分类及牌号2.1分类外延片按照外延结构包括晶格匹配电池外延片和晶格失配电池外延片，外延片按衬底直径主要分为50mm、100mm、150mm、200mm四种规格。

2.2牌号太阳能电池外延片牌号表示为：2.2.1 牌号的第1项表示外延片的电池结构，分别如下：a.LM 表示晶格匹配结构；b.MM 表示晶格失配结构；c.ILM 表示倒装晶格匹配结构；d.IMM 表示倒装晶格失配结构。

2.2.2 牌号的第2项表示外延片的电池结数，分别如下：a.S 表示单结太阳能电池；b.2J 表示双结太阳能电池；c.3J 表示三结太阳能电池；d.4J 表示四结太阳能电池；e.5J 表示五结太阳能电池；f.6J 表示六结太阳能电池。

2.2.3牌号的第3项表示外延片结构，用每一结电池基区材料的分子式表示外延片的名称。

2.2.4 牌号的第4项表示外延片的规格大小，分别如下：a.2in.表示直径Φ50mm ；b.4in.表示直径Φ100mm ；c.6in.表示直径Φ150mm ；d.8in.表示直径Φ200mm 。

2.2.5 牌号的第5项表示外延片的编号 2.2.6 示例LM-3J GaInP/Ga(In)As/Ge4in.20150616-0202表示批片号20150616-0202的直径为100mm 的晶格匹配的GaInP/Ga(In)As/Ge 三结太阳能电池。

空格 空格12 3 4 5LM-S GaInP 4in.20150617-0506表示批片号20150617-0506的直径为100mm 的晶格匹配的GaInP单结太阳能电池。

3 太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片技术要求3.1 太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片基本结构见图1与图2因太阳能电池的主要功能层对太阳能电池性能影响尤为关键，因而对其中不可缺少的部分功能层加以规定。

单结电池结构应包括衬底、基区、发射区和欧姆接触层，可以含有背场层、窗口层或其他功能层结构（由供需双方商定）。

图1多结电池结构应包括衬底、子电池、隧穿结和欧姆接触层，可以含有其他功能层结构（由供需双方商定）。

3.2晶格匹配度晶格匹配度主要是指电池的外延层与衬底的匹配程度，当晶格匹配时，电池的外延层一般具有较好的晶体质量，此外，因不同的晶格匹配程度也确定着电池具有不同的电学特性。

因而，此处对其加以区分。

表1 外延片电池匹配度技术要求项目晶格匹配结构晶格失配结构晶格失配度f|f|<0.2% |f|>0.2%3.3欧姆接触层电学性能欧姆接触层的导电类型和载流子浓度都将直接影响电池的性能，并且所有的III-V族电池要求基本一致，因而对其作出要求。

表2 太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片电学性能要求导电类型载流子浓度，cm-3P ≥3×1018N ≥3×10183.4外延片薄膜厚度不均匀性：外延片薄膜厚度的不均匀性最终将影响不同位置的电池的性能，就目前III-V族化合物电池的制备设备来看，厚度的不均匀性一般都能比较均匀，除非设备异常，因此对其作出要求，即沿定位边径向厚度不均匀性小于6%，即图1中A、B、C三点位置的厚度差异小于6%。

图3 外延片径向厚度不均匀性测试位置3.5表面质量技术要求外延片的表面质量直接影响产品的外观，而电池制作区内的表面质量对电池的性能也有影响，且表面质量的检测为无损检测，可以直接剔除不良品，操作方便，因而对表面质量作出要求，详细如下：晶格匹配结构外延片的表面质量应符合表3的规定。

表3 晶格匹配结构外延片表面质量项目要求Φ50 mm Φ100 mm Φ150 mm Φ200 mm晶片污染无无无无划痕<3条<12条<27条<48条白点<5个<20个<45个<80个表面缺口无无无无表面均方根粗糙度Rq<5nm <5nm <5nm <5nm表4 晶格失配结构外延片表面质量项目规格Φ50 mm Φ100 mm Φ150 mm Φ200 mm 晶片污染无无无无表面缺口无无无无其他项目由供需双方协商决定图4 晶片污染图5 划痕图6 白点图7 表面缺口b表面粗糙度图8 10μm×10μm AFM表面均方根粗糙度Rq测试4太阳能电池用锗基Ⅲ-Ⅴ族化合物外延片检验方法4.1外延片厚度不均匀性检测外延片厚度不均匀性的检测可以参照GB/T 8758-2006砷化镓外延层厚度红外干涉测量方法进行。

4.2表面质量外延片晶片污染、划痕、白点和表面缺口的检验按GB/T 6624 的规定进行，表面均方根粗糙度按GB/T 31227的规定进行。

4.3晶格失配度测试进行2θ-ω扫描，记录外延峰(θe)及衬底峰(θ0)的位置，计算外延的失配度ff=(a e-a0)/a0其中，a e和a 0分别为外延层和衬底的晶格常数。

根据布拉格定律nλ=2dsinθ，可直接通过XRD的计算外延层的失配度f：f=(sinθ0-sinθe)/sinθe4.4外延片结构测试外延片结构测试可以参照GB/T 24580利用二次离子质谱（SIMS）标定外延片中的AL、Ga、In、As、P等III-V族元素及C、Si、Zn、Te等参杂计的相对含量，确定外延层的结构。

5检验规则5.1检验和验收5.1.1产品应由供方技术质量监督部门进行检验，保证产品质量符合本标准的规定，并填写产品质量证明书。

5.2.2需方可对收到的产品按本标准的规定进行检验。