專利名稱：一種集成化晶硅太陽(yáng)電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成化晶硅太陽(yáng)電池及其制造方法背景技術(shù)近年來(lái)，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器已由傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)型進(jìn)入到微傳感器及微系統(tǒng)階段，朝著微型化、集成化、智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。隨著微傳感技術(shù)和微電子技術(shù)及其集成技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)體積迅速大幅度縮小，傳統(tǒng)的供電方式及其控制系統(tǒng)已嚴(yán)重束縛該類(lèi)自主感測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步向高度集成化的發(fā)展。太陽(yáng)電池能夠直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，具有安靜、可靠，免維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。其中晶硅太陽(yáng)電池已大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，壽命長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)比較成熟。目前，太陽(yáng)電池不管是大組件還是微型組件，均由單元電池通過(guò)外電路的串并聯(lián)組合而成，無(wú)法微型化和真正集成化，研究具有高度集成特點(diǎn)的高效高壓晶硅太陽(yáng)電池集成技術(shù)是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微傳感器/執(zhí)行器與集成電路的單芯片集成這類(lèi)自供能自主感測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步向微小型發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)外對(duì)于集成化太陽(yáng)電池的研究還很少，大都采用光照面單面電極結(jié)構(gòu)，輔以深溝槽隔離的方法獲得。即太陽(yáng)電池的柵線電極均處于光照面，各個(gè)太陽(yáng)電池單體連接也在光照面完成，電極遮光面積比較大，同時(shí)光生載流子收集效率不高，從而導(dǎo)致太陽(yáng)電池整體能量轉(zhuǎn)換效率不高。同時(shí)存在工藝復(fù)雜，兼容性不好等問(wèn)題，距離產(chǎn)品化還有很大的差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)在保持晶硅太陽(yáng)電池高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)勢(shì)的前提下難以實(shí)現(xiàn)集成化、微型化缺點(diǎn)，提供一種集成晶硅太陽(yáng)電池的制造方法，并且能夠很好地與集成電路集成在一起。該集成太陽(yáng)電池具有高效、穩(wěn)定、微型化和集成化的特點(diǎn)，且開(kāi)路電壓可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)提供電源。
本發(fā)明集成化晶硅太陽(yáng)電池在結(jié)構(gòu)上屬于背接觸太陽(yáng)電池，主要特征在于太陽(yáng)電池能夠直接輸出高電壓，并且能夠很好地與集成電路集成在一起，具有高效、穩(wěn)定、微型化和集成化的特點(diǎn)。太陽(yáng)電池的電極均處于電池背面，光照面沒(méi)有柵線電極，為背接觸太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)電池柵線電極與集成電路處于同一側(cè)，能夠直接與集成電路連接起來(lái)，太陽(yáng)電池電極制備可以和集成電路制造一起完成。根據(jù)電壓輸出需求，在版圖設(shè)計(jì)時(shí)容易優(yōu)化出合適的串/并聯(lián)結(jié)構(gòu)，完成子電池電氣連接，同時(shí)能夠直接與集成電路連接。同時(shí)電極還可以作為太陽(yáng)電池背面光反射層，提高光利用率，進(jìn)而提高太陽(yáng)電池能量轉(zhuǎn)化效率。
本發(fā)明制造方法首先是基于標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝光刻、腐蝕、金屬淀積和氮化硅(SiNx)沉積等，完成太陽(yáng)電池的部分結(jié)構(gòu)以及集成電路流片，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并采用一套完整的后續(xù)加工技術(shù)，完成太陽(yáng)電池子電池，即太陽(yáng)電池單體的制備，獲得晶硅太陽(yáng)電池集成組件。因而該太陽(yáng)電池能夠與集成電路單芯片集成并獲得高電壓輸出，能夠直接驅(qū)動(dòng)集成電路，并由片上集成電路進(jìn)行能源管理。該技術(shù)還能夠結(jié)合硅基微傳感器/執(zhí)行器，構(gòu)建自供能微系統(tǒng)，因此對(duì)該類(lèi)自供能微系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)和制造具有重要的意義。
本發(fā)明制造方法設(shè)計(jì)巧妙，兼容性好，工藝簡(jiǎn)單。
本發(fā)明集成化晶硅太陽(yáng)電池的后續(xù)加工工藝步驟如下步驟1根據(jù)所設(shè)計(jì)版圖以標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝流片；步驟2將芯片正面與薄玻璃片相粘結(jié)，以玻璃作為支撐層；步驟3芯片背面甩膠光刻出圖形，然后沉積金屬薄層鉑(Pt)，去除光刻膠，同時(shí)，不需要的部分區(qū)域金屬層被去除，獲得既定區(qū)域金屬覆蓋，作為集成電路部分的光照保護(hù)層，同時(shí)作為后續(xù)腐蝕工藝的保護(hù)層；步驟4將芯片置入氫氧化鉀(KOH)溶液中進(jìn)行各向異性腐蝕，將太陽(yáng)電池部分減薄至一定厚度；步驟5反應(yīng)等離子體刻蝕(RIE)制備絨面；步驟6光刻，并深溝腐蝕至絕緣層為止，形成多個(gè)太陽(yáng)電池單體；步驟7等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)制備氮化硅(SiNx)薄膜，作為太陽(yáng)電池鈍化層，薄膜制備過(guò)程中，溫度不高于400℃，以免對(duì)集成芯片中的太陽(yáng)電池柵線電極以及金屬互連線造成不利影響。


圖1太陽(yáng)電池集成芯片剖面示意圖；圖2為太陽(yáng)電池制備后續(xù)工藝流程圖；其中圖2a后續(xù)工藝前芯片；圖2b粘結(jié)玻璃支撐層；圖2c濺射鉑金屬薄層；圖2d腐蝕減薄芯片；圖2e制備絨面；圖2f深溝腐蝕，形成絕緣溝槽；圖2g表面淀積氮化硅(SiNx)薄膜鈍化層。
圖中1.n-擴(kuò)散區(qū)；2.n+擴(kuò)散區(qū)；3.氮化硅絕緣層；4.金屬電極；5.p+擴(kuò)散區(qū)；6.氮化硅絕緣層；7.鉑金屬層；8.晶硅；9.集成電路部分。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
圖1所示為本發(fā)明集成化太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)電池柵線電極與片上集成電路處于同一面，各子電池(即太陽(yáng)電池單體)通過(guò)深溝絕緣隔離來(lái)形成，避免了各子電池的相互串?dāng)_，并可根據(jù)需要自由構(gòu)建串/并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
圖2所示是本發(fā)明的制造工藝流程。
步驟1根據(jù)所設(shè)計(jì)版圖以標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝流片，獲得如圖2a所示的后續(xù)工藝前的集成芯片，采用專用電子清洗液清洗，去除表面雜質(zhì)；步驟2如圖2b所示，將芯片正面與干凈的薄玻璃片11相粘結(jié)，以薄玻璃片11作為支撐層，防止在太陽(yáng)電池集成芯片后續(xù)工藝中碎裂；步驟3芯片背面甩膠光刻出圖形，然后如圖2c所示，濺射沉積金屬薄層鉑(Pt)7，去膠，獲得既定區(qū)域金屬覆蓋，一方面作為集成電路部分的光照保護(hù)層，同時(shí)作為后續(xù)腐蝕工藝的保護(hù)層；步驟4將芯片置入氫氧化鉀(KOH)溶液中進(jìn)行各向異性腐蝕，將太陽(yáng)電池部分減薄至適當(dāng)?shù)暮穸?，如圖2d所示；步驟5采用反應(yīng)等離子體刻蝕(RIE)技術(shù)制備絨面，如圖2e所示；步驟6光刻，并深溝腐蝕至絕緣層為止，如圖2f所示，旨在形成多個(gè)太陽(yáng)電池單體結(jié)構(gòu)；步驟7等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)制備氮化硅(SiNx)薄膜6，作為太陽(yáng)電池表面鈍化層。
至此，本發(fā)明集成化太陽(yáng)電池制備完成。
權(quán)利要求
1.一種集成化晶硅太陽(yáng)電池，其特征在于太陽(yáng)電池為背接觸太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，其電極均處于電池背面，光照面無(wú)柵線電極；太陽(yáng)電池柵線電極與集成電路處于同一側(cè)；各太陽(yáng)電池單體之間通過(guò)深溝絕緣隔離形成。
2.制備權(quán)利要求1所述的集成化晶硅太陽(yáng)電池的方法，其特征在于工藝流程如下步驟1根據(jù)所設(shè)計(jì)的版圖以標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝流片，獲得后續(xù)工藝前的集成芯片，采用專用電子清洗液清洗，去除表面雜質(zhì)；步驟2將芯片正面與干凈的薄玻璃片[11]相粘結(jié)，以薄玻璃片[11]作為支撐層，防止在太陽(yáng)電池集成芯片后續(xù)工藝中碎裂；步驟3芯片背面甩膠光刻出圖形，然后濺射沉積金屬薄層鉑(Pt)[7]，去膠，獲得既定區(qū)域金屬覆蓋，一方面作為集成電路部分的光照保護(hù)層，同時(shí)作為后續(xù)腐蝕工藝的保護(hù)層；步驟4將芯片置入氫氧化鉀(KOH)溶液中進(jìn)行各向異性腐蝕，將太陽(yáng)電池部分減薄至適當(dāng)?shù)暮穸?；步驟5采用反應(yīng)等離子體刻蝕(RIE)技術(shù)制備絨面；步驟6光刻，并深溝腐蝕至絕緣層為止，旨在形成多個(gè)太陽(yáng)電池單體結(jié)構(gòu)；步驟7等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)制備氮化硅(SiNx)薄膜[6]，作為太陽(yáng)電池表面鈍化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟7中所述的氮化硅(SiNx)薄膜采用等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)而成，薄膜制備過(guò)程中，溫度不高于400℃。
全文摘要
一種集成化晶硅太陽(yáng)電池及其制造方法，其特征在于，太陽(yáng)電池為背接觸太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，其電極均處于電池背面，太陽(yáng)電池柵線電極與集成電路處于同一側(cè)。太陽(yáng)電池的部分結(jié)構(gòu)能夠與集成電路一起基于標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝來(lái)完成，并在此流片的基礎(chǔ)上，本發(fā)明結(jié)合光刻、腐蝕、金屬淀積和氮化硅(SiNx)沉積等方法，設(shè)計(jì)并采用一套完整的后續(xù)加工技術(shù)流程，最終獲得晶硅太陽(yáng)電池集成組件。本發(fā)明太陽(yáng)電池能夠直接實(shí)現(xiàn)高電壓輸出，能量轉(zhuǎn)換效率高，并且與集成電路制造工藝完全兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)電池與集成電路的單芯片集成。該方法簡(jiǎn)單、成品率高。
文檔編號(hào)H01L21/84GK101047196SQ200710098560
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者孫紅光, 李艷秋, 尚永紅, 于紅云, 蘇波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所