一種高效率柔性薄膜太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高效率柔性薄膜太陽能電池，減薄的外延襯底一側設置背電極，背電極鍵合在柔性薄膜襯底上；減薄的外延襯底另一側設置外延結構，外延結構上設置歐姆接觸層，歐姆接觸層上設置正面柵線電極，且選擇性腐蝕歐姆接觸層，腐蝕區(qū)域設置減反射膜。本發(fā)明轉換效率高、可靠性好，且柔性較好而減輕重量。
【專利說明】一種高效率柔性薄膜太陽能電池

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池結構，尤其是指一種高效率柔性薄膜太陽能電池。

【背景技術】
[0002] 以GalnP/GalnAs/Ge三結太陽能電池為代表的III-V族化合物太陽電池具有光電 轉換效率高、抗輻照能力強、溫度特性好等優(yōu)點，在空間飛行器電源系統(tǒng)和地面高倍聚光光 伏電站中得到廣泛應用，并已完全取代晶硅太陽能電池成為空間飛行器主電源。
[0003] 由于GalnP/GalnAs/Ge三結太陽能電池基于較厚的剛性Ge襯底，通常剛性Ge襯 底厚度> 14〇ym，電池芯片重量較大且缺乏柔性，增加了空間飛行器太陽能電池板的重量 和體積。而傳統(tǒng)的銅銦鎵硒、碲化鎘或者非晶硅柔性薄膜太陽電池由于轉換效率低、穩(wěn)定性 差等原因未能進入空間應用市場。
[0004] 因此，研制柔性薄膜型III-V族化合物太陽能電池既能滿足空間飛行器對太陽電 池高效率、高可靠性的要求，又能有效減少空間飛行器太陽電池板的重量。采用柔性薄膜電 池能卷曲，同時減小太陽能電池板的體積，提升空間飛行器的搭載能力并且降低發(fā)射成本； 此外，該高效率柔性薄膜太陽能電池也能夠滿足臨近空間飛行器的應用要求，比如太陽能 無人飛機、無人飛艇等；本案由此產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其轉換效率高、可靠性 好，且柔性較好而減輕重量。
[0006] 為達成上述目的，本發(fā)明的解決方案為： 一種高效率柔性薄膜太陽能電池，減薄的外延襯底一側設置背電極，背電極鍵合在柔 性薄膜襯底上；減薄的外延襯底另一側設置外延結構，外延結構上設置歐姆接觸層，歐姆接 觸層上設置正面柵線電極，且選擇性腐蝕歐姆接觸層，腐蝕區(qū)域設置減反射膜。
[0007] 進一步，減薄的外延襯底與外延結構及歐姆接觸層的總厚度為20-60 μ m。
[0008] 進一步，外延結構為單結結構。
[0009] 進一步，單結外延結構為在減薄的外延襯底上設置電池BSF層，在電池BSF層上依 次設置電池基區(qū)、電池發(fā)射區(qū)及電池窗口層，電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
[0010] 進一步，外延結構為雙結結構。
[0011] 進一步，雙結外延結構為在減薄的外延襯底上設置底電池BSF層，在底電池BSF 層上依次設置底電池基區(qū)、底電池發(fā)射區(qū)、底電池窗口層、隧穿結、頂電池BSF層、頂電池基 區(qū)、頂電池發(fā)射區(qū)及頂電池窗口層，頂電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
[0012] 進一步，外延結構為三結結構。
[0013] 進一步，三結外延結構為在減薄的外延襯底上設置底電池BSF層，在底電池BSF層 上依次設置底電池基區(qū)、底電池發(fā)射區(qū)、底電池窗口層、中底電池隧穿結、中電池BSF層、中 電池基區(qū)、中電池發(fā)射區(qū)、中電池窗□層、中頂電池隧穿結、頂電池BSF層、頂電池基區(qū)、頂 電池發(fā)射區(qū)、頂電池窗口層，頂電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
[0014] 進一步，三結外延結構為在Ge外延襯底上設置底電池發(fā)射區(qū)，在底電池發(fā)射區(qū)上 依次設置底電池窗口層、中底電池隧穿結、中電池 BSF層、中電池基區(qū)、中電池發(fā)射區(qū)、中電 池窗口層、中頂電池隧穿結、頂電池 BSF層、頂電池基區(qū)、頂電池發(fā)射區(qū)、頂電池窗口層，頂 電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
[0015] 進一步，外延襯底的材料為InP、GaAs或Ge。
[0016] 一種高效率柔性薄膜太陽能電池制造方法，包括以下步驟： 步驟一，提供外延襯底； 步驟二，在外延襯底上生長外延結構； 步驟三，在外延結構上生長歐姆接觸層，在歐姆接觸層上生長外延保護層； 步驟四，將外延保護層粘接至剛性支撐模板上； 步驟五，采用外延襯底減薄工藝將外延襯底減?。?步驟六，在減薄后的外延襯底上蒸鍍背電極，并鍵合在柔性薄膜襯底上； 步驟七，去除剛性支撐模板及外延保護層； 步驟八、在歐姆接觸層上蒸鍍正面柵線電極，并通過選擇性腐蝕工藝去除吸光部分的 歐姆接觸層，在腐蝕區(qū)域蒸鍍減反射膜，裂片處理即得。
[0017] 進一步，減薄的外延襯底與外延結構及歐姆接觸層的總厚度為20-60 μ m。
[0018] 進一步，外延襯底減薄工藝為：先采用高濃度腐蝕溶液，增加腐蝕溫度，在高腐蝕 速率下蝕刻外延襯底的背面；待外延襯底減薄后，采用稀釋腐蝕溶液，減小腐蝕溶液溫度， 在低腐蝕速率下繼續(xù)蝕刻外延襯底的背面至目標厚度。
[0019] 進一步，外延襯底減薄工藝為：通過機械研磨的方法去除外延襯底多余部分直至 目標厚度。
[0020] 進一步，外延襯底減薄工藝為：先采用化學腐蝕減薄外延襯底，再繼續(xù)采用機械研 磨減薄外延襯底至目標厚度；或者先采用機械研磨減薄外延襯底，再繼續(xù)采用化學腐蝕的 方法減薄外延襯底至目標厚。
[0021] 采用上述方案后，本發(fā)明通過在剛性外延襯底上通過外延工藝生長外延結構，然 后通過減薄工藝減薄外延襯底，并鍵合至柔性薄膜襯底上形成。
[0022] 外延結構按照禁帶寬度從小到大的順序，由下至上依次疊加在外延襯底上。本發(fā) 明中的外延結構均為外延生長的單晶III- V材料，材料質(zhì)量好，轉換效率高。此外，與傳統(tǒng) 采用倒裝結構生長的III- V族薄膜太陽能電池不同，本發(fā)明中外延結構生長順序為正裝外 延生長，避免倒裝外延生長帶來的P/N型摻雜擴散等不利影響，保留了正裝剛性襯底III - V 族多結太陽電池的特點，具有轉換效率高、質(zhì)量比功率(w/kg)高、可靠性好等優(yōu)點。
[0023] 本發(fā)明還提供上述一種高效柔性薄膜電池制造方法，通過機械研磨、化學腐蝕或 者機械研磨結合化學腐蝕的方法減薄外延襯底，不同于傳統(tǒng)的柔性薄膜太陽能電池的制作 方法，不需要剝離犧牲層，制作工藝簡單易實現(xiàn)，容易制作大面積的薄膜太陽能電池，提高 薄膜太陽能電池的成品率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明實施例一外延生長結構示意圖；
【權利要求】
1. 一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：減薄的外延襯底一側設置背電極， 背電極鍵合在柔性薄膜襯底上；減薄的外延襯底另一側設置外延結構，外延結構上設置歐 姆接觸層，歐姆接觸層上設置正面柵線電極，且選擇性腐蝕歐姆接觸層，腐蝕區(qū)域設置減反 射膜。
2. 如權利要求1所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：減薄的外延襯 底與外延結構及歐姆接觸層的總厚度為20-60 μ m。
3. 如權利要求1所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：外延結構為單 結結構。
4. 如權利要求3所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：單結外延結構 為在減薄的外延襯底上設置電池 BSF層，在電池 BSF層上依次設置電池基區(qū)、電池發(fā)射區(qū)及 電池窗口層，電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
5. 如權利要求1所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：外延結構為雙 結結構。
6. 如權利要求5所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：雙結外延結構 為在減薄的外延襯底上設置底電池 BSF層，在底電池 BSF層上依次設置底電池基區(qū)、底電 池發(fā)射區(qū)、底電池窗口層、隧穿結、頂電池 BSF層、頂電池基區(qū)、頂電池發(fā)射區(qū)及頂電池窗口 層，頂電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
7. 如權利要求1所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：外延結構為三 結結構。
8. 如權利要求7所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：三結外延結構 為在減薄的外延襯底上設置底電池 BSF層，在底電池 BSF層上依次設置底電池基區(qū)、底電池 發(fā)射區(qū)、底電池窗□層、中底電池隧穿結、中電池 BSF層、中電池基區(qū)、中電池發(fā)射區(qū)、中電 池窗口層、中頂電池隧穿結、頂電池 BSF層、頂電池基區(qū)、頂電池發(fā)射區(qū)、頂電池窗口層，頂 電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
9. 如權利要求7所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：三結外延結構 為在Ge外延襯底上設置底電池發(fā)射區(qū)，在底電池發(fā)射區(qū)上依次設置底電池窗口層、中底電 池隧穿結、中電池 BSF層、中電池基區(qū)、中電池發(fā)射區(qū)、中電池窗□層、中頂電池隧穿結、頂 電池 BSF層、頂電池基區(qū)、頂電池發(fā)射區(qū)、頂電池窗口層，頂電池窗口層與歐姆接觸層相鄰。
10. 如權利要求1所述的一種高效率柔性薄膜太陽能電池，其特征在于：外延襯底的材 料為 InP、GaAs 或 Ge。
【文檔編號】H01L31/0445GK104218108SQ201410477195
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權日:2014年9月18日
【發(fā)明者】張永, 林志偉, 姜偉, 陳凱軒, 蔡建九, 吳洪清, 李俊承, 方天足, 卓祥景, 張銀橋, 黃尊祥, 王向武 申請人:廈門乾照光電股份有限公司