太陽(yáng)能電池芯片、采用該芯片的太陽(yáng)能電池模組以及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種太陽(yáng)能電池芯片、應(yīng)用該芯片的超薄聚光太陽(yáng)能電池模組及其制作方法，其中電池芯片直接倒裝焊接至聚光透鏡下表面，實(shí)現(xiàn)聚光型太陽(yáng)能電池模組的超薄化，并省去了電池芯片的封裝及其支撐基板，大幅降低發(fā)電成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】太陽(yáng)能電池芯片、采用該芯片的太陽(yáng)能電池模組以及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于超薄聚光太陽(yáng)能電池模組的太陽(yáng)能電池芯片，屬半導(dǎo)體光電子器件與【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]聚光太陽(yáng)能電池被稱(chēng)為第三代光伏電池，其采用高效率、熱穩(wěn)定性好的多結(jié)化合物太陽(yáng)電池，并通過(guò)聚光透鏡將太陽(yáng)光聚集到電池芯片上，從而大幅減少電池芯片的使用量，而采用低成本的透鏡來(lái)替代。然而，由于現(xiàn)有太陽(yáng)電池由于芯片尺寸較大，相應(yīng)的單個(gè)透鏡尺寸也就較大，因此透鏡的焦距較長(zhǎng)，必須將電池模組制作的很厚，如對(duì)應(yīng)一顆IXlcm2電池芯片，1000倍聚光則要求透鏡尺寸為33 X 33cm2，則其最小焦距將達(dá)到50cm左右。較長(zhǎng)的透鏡焦距要求將電池模組制作推得很厚，一方面增加了模組殼體用材的耗量，一方面使得模組體積大、重量大，不利于制作、運(yùn)輸及安裝，這都將增加成本。因此，制作超薄化的電池模組是降低發(fā)電成本的必然趨勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種太陽(yáng)能電池芯片、應(yīng)用該芯片的超薄聚光太陽(yáng)能電池模組及其制作方法，其中電池芯片直接倒裝焊接至聚光透鏡下表面，實(shí)現(xiàn)聚光型太陽(yáng)能電池模組的超薄化，并省去了電池芯片的封裝及其支撐基板，大幅降低發(fā)電成本。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，太陽(yáng)能電池芯片，包括:太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)，具有正、背兩個(gè)相對(duì)的表面，其中正面具有電極區(qū)和光接受區(qū)；正面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的電極區(qū)；背面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)的背面，并延伸至所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)外，通過(guò)一金屬焊盤(pán)引至正面；支撐基板，位于所述背面電極的下方，并通過(guò)一第一粘接層與所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)粘接；第二粘接層，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的光接受區(qū)，其上表面高于所述正面電極及背面電極的金屬焊盤(pán)。
[0005]具體的，所述太陽(yáng)能電池芯片通過(guò)襯底剝離、鍵合等技術(shù)手段將電池外延結(jié)構(gòu)從生長(zhǎng)襯底上轉(zhuǎn)移至支撐基板獲得；所述支撐基板為臨時(shí)基板，將太陽(yáng)能電池芯片焊接至聚光透鏡后將被去除，優(yōu)選地，支撐基板選用玻璃；所述第一粘接層用于臨時(shí)粘接支撐基板與電池芯片，可以采用化學(xué)腐蝕、熱分解、紫外光分解等方式去除，優(yōu)選地，選擇低熔點(diǎn)封接玻璃、BCB、硅樹(shù)脂等；所述第二粘接層為永久粘接，優(yōu)選地采用低熔點(diǎn)透明玻璃漿料燒結(jié)固化。
[0006]優(yōu)選地，所述背面電極的金屬焊盤(pán)上表面與正面電極上表面處于同一水平面。
[0007]優(yōu)選地，所述第二粘接層的上表面高于所述正面電極及背面電極的金屬焊盤(pán)，其高低差1(Γ50微米。
[0008]優(yōu)選地，所述第二粘接層邊緣與正面電極及背面電極金屬焊盤(pán)具有間隙，其間隙為50?100微米。
[0009]優(yōu)選地，所述第二粘接層的厚度為10?20微米。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，聚光太陽(yáng)能電池模組，包括聚光透鏡和太陽(yáng)能電池芯片，其中所述聚光透鏡的下表面設(shè)有電路，至少包括正、負(fù)電極外接焊盤(pán)，所述太陽(yáng)能電池芯片包含:太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)，具有正、背兩個(gè)相對(duì)的表面，其中正面具有電極區(qū)和光接受區(qū)，正面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的電極區(qū)，與所述聚光透鏡下表面的正電極外接焊盤(pán)連接；背面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)的背面，并延伸至所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)外，通過(guò)一金屬焊盤(pán)引至正面，與所述聚光透鏡下表面的負(fù)電極外接焊盤(pán)連接；第二粘接層，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的光接受區(qū)，其上表面高于所述正面電極及背面電極的金屬焊盤(pán)，粘接所述聚光透鏡和太陽(yáng)能電池芯片。
[0011]優(yōu)選地，所述第二粘接層填充所述太陽(yáng)能電池芯片與聚光透鏡之間的間隙，并確保所述太陽(yáng)能電池芯片的正、負(fù)電極與聚光透鏡上的電路實(shí)現(xiàn)電連接。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，聚光太陽(yáng)能電池模組的制作方法，包括步驟:1)提供本發(fā)明第一個(gè)方面所述任一種太陽(yáng)能電池芯片提供一聚光透鏡，其下表面設(shè)有至少包括正、負(fù)電極外接焊盤(pán)的電路；3)將所述太陽(yáng)能電池芯片倒裝粘接至所述聚光透鏡的下表面，其中所述第二粘接層實(shí)現(xiàn)粘接所述電池芯片和聚光透鏡，所述電池芯片的正、背面電極分別與所述聚光透鏡的正、負(fù)電極外接焊盤(pán)連接去除支撐基板和第一粘接層。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟1)中第二粘接層采用低熔點(diǎn)透明玻璃漿料燒結(jié)固化，其熔點(diǎn)為320-400。。。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟3)中電池芯片通過(guò)熱壓焊接至所述聚光透鏡，所述第二粘接層在焊接過(guò)程中熔化為液態(tài)，在一定壓力下填充電池芯片與聚光透鏡之間的間隙，并確保正負(fù)電極與聚光透鏡上預(yù)設(shè)的電路實(shí)現(xiàn)電連接。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:所述電池芯片可直接倒裝焊接至聚光透鏡下表面，實(shí)現(xiàn)聚光型太陽(yáng)能電池模組的超薄化，并省去了電池芯片的封裝及其支撐基板，大幅降低發(fā)電成本；第二粘接層將在倒裝焊接過(guò)程中加溫熔化，從而在一定壓力下填充電池芯片與聚光透鏡陣列之間的空氣間隙，避免了太陽(yáng)光在聚光透鏡陣列下表面及芯片上表面的兩次反射；本發(fā)明允許去除芯片支撐基板，形成薄膜電池，大幅提高芯片的散熱，無(wú)需散熱器。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1示意了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種應(yīng)用于超薄聚光太陽(yáng)能電池模組的太陽(yáng)能電池芯片。
[0017]圖2至圖3示意了圖1所示太陽(yáng)能電池芯片應(yīng)用于超薄聚光太陽(yáng)能電池模組的具體應(yīng)用方法，其中，圖2示意了將太陽(yáng)能電池芯片倒轉(zhuǎn)熱壓焊接到聚光透鏡下表面，并實(shí)現(xiàn)電池芯片與聚光透鏡上預(yù)先形成的電路的電連接；圖2示意了將電池芯片臨時(shí)支撐基板及第一粘接層去除。
[0018]圖中各標(biāo)號(hào)表示如下:
001:背面電極金屬焊盤(pán)002:背面電極
003:第一粘接層004:支撐基板
005:太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)006:正面電極
007:第二粘接層008:聚光透鏡正電極外接焊盤(pán) 009:聚光透鏡負(fù)電極外接焊盤(pán)010:聚光透鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]請(qǐng)參看附圖1，一種應(yīng)用于超薄聚光太陽(yáng)能電池模組的太陽(yáng)能電池芯片，包括太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)005、正面電極006、背面電極002、第一粘接層003、支撐基板004和第二粘接層007。具體的，太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)005可以為單結(jié)或多結(jié)結(jié)構(gòu)，在本實(shí)施例中以倒置生長(zhǎng)的InGaAs/GaAs/GalnP三結(jié)太陽(yáng)能電池為例，通過(guò)外延鍵合、外延生長(zhǎng)襯底去除等技術(shù)手段轉(zhuǎn)移至臨時(shí)支撐基板004上。支撐基板004采用玻璃，第一粘附層003采用BCB，由于BCB可在HF溶液中溶脹脫落，方便后續(xù)支撐基板004及BCB自身的去除。太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)005正面具有電極區(qū)和光接受區(qū)，其中電極區(qū)位于邊緣區(qū)域，正面電極006位于電極區(qū)，背面電極002位于太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)005的背面，其一端邊緣延伸至太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)005外(即背面電極002邊緣超過(guò)太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)的邊緣)，通過(guò)金屬焊盤(pán)001引至正面，在本實(shí)施例中，正面電極006與背電極002厚度均取3微米，背面電極金屬焊盤(pán)001厚度為13微米。較佳的，正面電極006及背面電極金屬焊盤(pán)001表面均蒸鍍有AuSn合金焊料。第二粘接層007位于太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的光接受區(qū)，采用低熔點(diǎn)透明封接玻璃漿料燒結(jié)而成，其厚度為1(Γ20微米，邊緣與正面電極006及背面電極金屬焊盤(pán)001之間的間隙寬度為5(Γ100微米。
[0021]圖2至圖3示意了圖1所示太陽(yáng)能電池芯片應(yīng)用于超薄聚光太陽(yáng)能電池模組的具體方法，主要包括將太陽(yáng)能電池芯片倒轉(zhuǎn)熱壓焊接到聚光透鏡下表面，并實(shí)現(xiàn)電池芯片與聚光透鏡上預(yù)先形成的電路的電連接，最后將電池芯片臨時(shí)支撐基板004及第一粘接層003去除。
[0022]如圖2所示，采用熱壓法將電池芯片倒裝焊接至聚光透鏡010下表面，加熱溫度大于350°C，確保第二粘接層007及電極表面AuSn焊料熔化，并在一定壓力作用下，第二粘接層007溶液填充電池芯片與聚光透鏡010之間的空隙，而又不覆蓋至電極表面，同時(shí)AuSn焊料與聚光透鏡010上預(yù)先形成的電路形成電連接。
[0023]如圖3所示，采用HF溶液浸泡，去除電池芯片玻璃支撐基板004及第一粘接層003，最終獲得如圖3所示的超薄聚光太陽(yáng)能電池模組，其實(shí)現(xiàn)聚光型太陽(yáng)能電池模組的超薄化，并省去了電池芯片的封裝及其支撐基板。進(jìn)一步地，第二粘接層將在倒裝焊接過(guò)程中加溫熔化，從而在一定壓力下填充電池芯片與聚光透鏡陣列之間的空氣間隙，避免了太陽(yáng)光在聚光透鏡陣列下表面及芯片上表面的兩次反射。
【權(quán)利要求】
1.太陽(yáng)能電池芯片，包括: 太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)，具有正、背兩個(gè)相對(duì)的表面，其中正面具有電極區(qū)和光接受區(qū)； 正面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的電極區(qū)； 背面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)的背面，并延伸至所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)夕卜，通過(guò)一金屬焊盤(pán)引至正面； 支撐基板，位于所述背面電極的下方，并通過(guò)一第一粘接層與所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)粘接； 第二粘接層，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的光接受區(qū)，其上表面高于所述正面電極及背面電極的金屬焊盤(pán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于:所述背面電極的金屬焊盤(pán)上表面與正面電極上表面處于同一水平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于:所述第二粘接層的上表面高于所述正面電極及背面電極的金屬焊盤(pán)，其高低差1(Γ50微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于:所述第二粘接層邊緣與正面電極及背面電極金屬焊盤(pán)具有間隙，其間隙為5(Γ100微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于:所述第二粘接層的厚度為10?20微米。
6.聚光太陽(yáng)能電池模組，包括聚光透鏡和太陽(yáng)能電池芯片，其中所述聚光透鏡的下表面設(shè)有電路，至少包括正、負(fù)電極外接焊盤(pán)，所述太陽(yáng)能電池芯片包含: 太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)，具有正、背兩個(gè)相對(duì)的表面，其中正面具有電極區(qū)和光接受區(qū)， 正面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的電極區(qū)，與所述聚光透鏡下表面的正電極外接焊盤(pán)連接； 背面電極，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)的背面，并延伸至所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)夕卜，通過(guò)一金屬焊盤(pán)引至正面，與所述聚光透鏡下表面的負(fù)電極外接焊盤(pán)連接； 第二粘接層，位于所述太陽(yáng)能電池外延結(jié)構(gòu)正面的光接受區(qū)，其上表面高于所述正面電極及背面電極的金屬焊盤(pán)，粘接所述聚光透鏡和太陽(yáng)能電池芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚光太陽(yáng)能電池模組，其特征在于:所述第二粘接層填充所述太陽(yáng)能電池芯片與聚光透鏡之間的間隙，并確保所述太陽(yáng)能電池芯片的正、負(fù)電極與聚光透鏡上的電路實(shí)現(xiàn)電連接。
8.聚光太陽(yáng)能電池模組的制作方法，包括步驟: 1)提供權(quán)利要求1至5中所述的任一種太陽(yáng)能電池芯片； 2)提供一聚光透鏡，其下表面設(shè)有至少包括正、負(fù)電極外接焊盤(pán)的電路； 3)將所述太陽(yáng)能電池芯片倒裝粘接至所述聚光透鏡的下表面，其中所述第二粘接層實(shí)現(xiàn)粘接所述電池芯片和聚光透鏡，所述電池芯片的正、背面電極分別與所述聚光透鏡的正、負(fù)電極外接焊盤(pán)連接； 4)去除支撐基板和第一粘接層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚光太陽(yáng)能電池模組的制作方法，其特征在于:步驟3)中所述電池芯片通過(guò)熱壓焊接至所述聚光透鏡，所述第二粘接層在焊接過(guò)程中熔化為液態(tài)，在一定壓力下填充電池芯片與聚光透鏡之間的間隙，并確保正負(fù)電極與聚光透鏡上預(yù)設(shè)的電路實(shí)現(xiàn)電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚光太陽(yáng)能電池模組的制作方法，其特征在于:步驟I)中所述第二粘接層采用低熔點(diǎn)透明玻璃漿料燒結(jié)固化，其熔點(diǎn)為32(T400°C。
【文檔編號(hào)】H01L31/0224GK104393065SQ201410703306
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】熊偉平, 林桂江, 劉冠洲, 李明陽(yáng), 楊美佳, 吳超瑜, 王篤祥 申請(qǐng)人:天津三安光電有限公司