專利名稱：一種倒置太陽能電池制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化合物半導(dǎo)體太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種倒置太陽能電池制作方法，便于實現(xiàn)襯底的多次重復(fù)利用。
背景技術(shù)：
近些年來，隨著聚光光伏技術(shù)的發(fā)展，GaAs及相關(guān)化合物III - V族太陽電池因其高光電轉(zhuǎn)換效率而越來越受到關(guān)注。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，InGaP/GaAs/Ge三結(jié)太陽能電池是目前最成熟也是最高效的III-V族化合物半導(dǎo)體多結(jié)太陽能電池，該類型太陽能電池的各個子電池的晶格常數(shù)基本匹配，且?guī)秾挾葟纳隙路謩e是=InGaP為 1. 86eV, GaAs為 1. 42eV,Ge為、78eV，可以較有效利用太陽光譜，其轉(zhuǎn)換效率(AMI. 5)已高達32% (美國光譜實驗室)，而在聚光條件下，其效率為41.6%。另外，Emcore公司發(fā)明的倒置結(jié)構(gòu) GalnP/GaAs/InGaAs多結(jié)太陽能電池也被認(rèn)為是一個很有應(yīng)用前景的電池結(jié)構(gòu)。使用帶隙匹配的設(shè)計，在AMO，Isun情況下倒置結(jié)構(gòu)GalnP/GaAs/InGaAs多結(jié)太陽能電池實現(xiàn)了 32% 的轉(zhuǎn)換效率，高倍聚光條件(500X，AM1. 5)下其轉(zhuǎn)換效率也可以大于40%。在光伏產(chǎn)業(yè)中襯底的成本通常占太陽能電池總成本的3(Γ50%，成為太陽能電池價格昂貴的主要因素之一。傳統(tǒng)的襯底剝離工藝是單純利用犧牲層與緩沖層和襯底之間在特定蝕刻液下具有選擇性腐蝕的特點，在腐蝕過程中蝕刻液只對犧牲層進行選擇性腐蝕，而并不腐蝕緩沖層和襯底，從而達到襯底與電池相分離的目的。由于選擇性蝕刻液與犧牲層的接觸面積有限，傳統(tǒng)襯底剝離工藝中通常需要對電池結(jié)構(gòu)施加一定程度的力，使得腐蝕過程中選擇性刻蝕液與犧牲層接觸面積能夠逐漸增加，然而，由于電池結(jié)構(gòu)材料是脆性的，所施加的力將會對電池結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷，因此難以大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種倒置太陽能電池制作方法，可以更為簡單地完成倒置結(jié)構(gòu)多結(jié)太陽能電池與襯底的分離，實現(xiàn)襯底的重復(fù)利用。解決上述問題的技術(shù)方案為一種倒置太陽能電池制作方法，其包括如下步驟
(1)提供一生長襯底；
(2)在所述生長襯底表面沉積一層SiO2掩膜層，形成圖形化襯底；
(3)在圖形化襯底上外延生長一層犧牲層，所述犧牲層將整個SiO2掩膜圖形包圍起
來；
(4)在犧牲層上外延生長一緩沖層；
(5)在緩沖層上外延生長倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列；
(6)將前述倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列與支撐基板鍵合；
(7)采用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層；
(8)采用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉犧牲層，剝離襯底。進一步地，生長襯底的材料為Ge或GaAs。
進一步地，所述步驟(2)中形成的SiO2掩膜層的圖形為單方向平行，或者縱橫交錯，或者彼此交叉。進一步地，所述步驟(3)中半導(dǎo)體犧牲層的材料為InGaP或AlGaAs。進一步地，所述步驟(6)中的支撐基板為Si片。進一步地，所述步驟(6)包括如下步驟在倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層表面沉積一第一金屬鍵合層；提供一 Si外延片作為支撐基板，在其表面形成一層高摻雜(In) GaAs覆蓋層；
在覆蓋層上沉積一第二金屬鍵合層；
通過鍵合工藝將倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列和Si片粘結(jié)在一起。進一步地，所述步驟(7)中采用氫氟酸選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層。進一步地，所述步驟(7)中采用氟化銨選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層。進一步地，所述步驟(8)中采用鹽酸與磷酸體積比1 2作為選擇性蝕刻液，蝕刻犧牲層。本發(fā)明采用SiO2作掩膜層，隨后通過濕法蝕刻選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層使得犧牲層內(nèi)產(chǎn)生很多孔隙，增加了用于去除犧牲層的選擇性蝕刻液與犧牲層的接觸面積，提高了犧牲層的腐蝕速率，降低了襯底剝離的難度。本發(fā)明可以更為簡單地完成倒置結(jié)構(gòu)多結(jié)太陽能電池與襯底的分離，實現(xiàn)襯底的重復(fù)利用，從而降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1 圖7為本發(fā)明優(yōu)選實施例一種倒置太陽能電池制作過程的示意圖。圖8 圖10為本發(fā)明各優(yōu)選實施例中SiO2掩膜圖形的俯視示意圖。圖中
100 圖形化襯底；101 生長襯底；
102 =SiO2掩膜層；103 犧牲層；
104 孔隙；200 =GaAs緩沖層；
201 倒置太陽能電池半導(dǎo)體材料層序列；300 支撐基板；
301 :p型Si片；302 :p型GaAs覆蓋層；
303:第一鍵合金屬層；304:第二鍵合金屬層。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。一種倒置太陽能電池的制作方法，主要包括圖形化襯底形成工藝、倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列形成工藝，支撐襯底鍵合工藝，生長襯底剝離工藝。下面結(jié)合圖1
4圖7，進行詳細說明。第一步，選擇一生長襯底101，該襯底可為Ge襯底或GaAs襯底。在本實施例中，選擇GaAs作為生長襯底101。第二步，在生長襯底101上制作SiO2掩膜層102，形成圖形化襯底100。其具體工藝如下在GaAs襯底101上使用PECVD沉積一層IOOnm厚的SiO2掩膜層102，使用半導(dǎo)體光刻工藝在SiO2掩膜層102上制作出光刻膠掩膜圖形，然后使用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉SiO2 掩膜層，蝕刻液可使用氫氟酸或氟化銨等。本實施例選擇氫氟酸作為蝕刻液，首先選擇性腐蝕30秒，接著用去離子水沖洗10分鐘，最后經(jīng)過光刻膠去除工藝，完成在GaAs襯底上形成 SiO2掩膜圖形。如圖1所示，SiO2掩膜均勻地分布在生長襯底101的表面上，暴露出部分生長襯底的表面。SiO2掩膜的圖形可為單方向平行，縱橫交錯或者彼此交叉。如圖8所示， SiO2掩膜102呈單方向平行的圖形，圖9所示為SiO2掩膜102呈縱橫交錯的圖形，圖10所示為SiO2掩膜102呈彼此交叉的圖形。第三步，在圖形化襯底100上外延生長一層犧牲層103。在本實施例中選擇 Gaa5Ina5P作為犧牲層103的材料，其具體工藝如下將圖形化GaAs襯底100清洗干凈，并裝入MOCVD反應(yīng)室，控制反應(yīng)室壓強300Torr，外延生長速率lA/s，首先在750°C下烘烤10 分鐘，接著降溫至650°C，運用橫向外延生長工藝形成一層Gaa5In0.5P犧牲層103，其厚度為 150nm。如圖2所示，Gaa5Ina5P犧牲層103將整個SiO2掩膜層102包圍起來。第四步，在犧牲層103上外延形成一層緩沖層200。在本實施例中選擇GaAs作為緩沖層200的材料，其具體工藝如下調(diào)整MOCVD反應(yīng)室壓強為30ΤΟΠ·，五三族反應(yīng)源摩爾流量比為40，在Gaa5Ina5P犧牲層103上生長一層GaAs緩沖層200。第五步，在犧牲層103上外延生長倒置太陽能電池的的半導(dǎo)體材料層序列。太陽能電池可為單結(jié)或多結(jié)，在本實施例中選擇倒置三結(jié)太陽能電池。如圖3所示，運用傳統(tǒng) MOCVD外延工藝?yán)^續(xù)在GaAs緩沖層200上外延生長Gaa5Ina5PZGaAsZGaa7Ina3As倒置三結(jié)太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列201。第六步，準(zhǔn)備一支撐基板300，用于支撐太陽能電池的半導(dǎo)體材料層。支撐300可選擇散熱性較好的材料，如Si片或陶瓷基板等。本實施例選擇ρ型Si片301做為支撐基板，應(yīng)用MOCVD在其表面上外延形成一層高摻雜的ρ型GaAs覆蓋層302。ρ型GaAs覆蓋層 302的摻雜濃度為IX 1019/cm3，表面粗糙度3nm。第七步，將倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列與支撐基板鍵合。首先，分別在倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列201的表面和ρ型GaAs覆蓋層302表面各形成一金屬鍵合層；然后，通過鍵合工藝將支撐基板300與倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列201 粘結(jié)在一起。鍵合層的材料為導(dǎo)電材料，可以從金、金錫合金、銦等材料中選擇，在本實施例中，選擇金作為鍵合層。具體工藝如下使用金屬蒸鍍工藝，首先在Gaa5Ina5P /GaAs / Gaa7Ina3As倒置三結(jié)太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列201表面蒸鍍一層400nm厚的Au作為第一金屬鍵合層303 ；接著在ρ型GaAs覆蓋層302表面蒸鍍一層400nm厚的Au作為第二金屬鍵合層304 ；最后，通過Au-Au鍵合工藝，把支撐基板300和Gatl. 5In0.5P/GaAs/Ga0.7In0.3As 倒置三結(jié)太陽能電池半導(dǎo)體材料層序列201粘結(jié)在一起。如圖5所示，為完成鍵合工藝后的太陽能電池的側(cè)面剖視圖。第八步，剝離圖形化生長襯底100，其包括去除SiO2掩膜層102和犧牲層103。采
5用濕法蝕刻工藝選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層102和犧牲層103，其中SiO2掩膜層102的蝕刻液可使用氫氟酸或氟化銨等，犧牲層103的蝕刻液可使用濃鹽酸或鹽酸與磷酸的混合液等。本實施例選擇氫氟酸作為SiO2掩膜層102蝕刻液，鹽酸與磷酸的混合液為犧牲層103 的蝕刻液，其具體工藝如下首先，使用20%的氫氟酸選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層102，如圖6 所示，使得Gaa5Ina5P犧牲層103內(nèi)產(chǎn)生很多孔隙104;然后，使用鹽酸與磷酸體積比1 2 作為選擇性蝕刻液，選擇性腐蝕掉Gaa5Ina5P犧牲層103，GaAs襯底101即可被完整地剝離下來。對于剝離下來的GaAs襯底，使用去離子水對表面進行清洗，再用氮氣槍吹干襯底表面，即可再次被使用。本實施例采用SiO2作掩膜層，隨后通過濕法蝕刻選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層使得犧牲層內(nèi)產(chǎn)生很多孔隙，增加了用于去除犧牲層的選擇性蝕刻液與犧牲層的接觸面積，提高了犧牲層的腐蝕速率，降低了襯底剝離的難度，可實現(xiàn)襯底的重復(fù)利用，降低太陽能電池的生產(chǎn)成本。進一步地，本實施例采用Si片為支撐基板，具有散熱性好、成本低、易于后期芯片加工的特點。在Si片表面形成一層(In)GaAs覆蓋層，然后將其用于與倒置結(jié)構(gòu)多結(jié)太陽能電池間的金屬鍵合工藝，有利于鍵合的均勻性，減小界面處的應(yīng)力對電池的影響，提高成品率。
權(quán)利要求
1.一種倒置太陽能電池制作方法，其包括如下步驟(1)提供一生長襯底；(2)在所述生長襯底表面沉積一層SiO2掩膜層，形成圖形化襯底；(3)在圖形化襯底上外延生長一層犧牲層，所述犧牲層將整個SiO2掩膜圖形包圍起來；(4)在犧牲層上外延生長一緩沖層；(5)在緩沖層上外延生長倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列；(6)將前述倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列與支撐基板鍵合；(7)采用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層；(8)采用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉犧牲層，剝離襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(1)中生長襯底的材料為Ge或GaAs。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(2)中形成的SiO2掩膜層的圖形為單方向平行，或者縱橫交錯，或者彼此交叉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(3)中半導(dǎo)體犧牲層的材料為InGaP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(3)中半導(dǎo)體犧牲層的材料為AlGaAs。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(6)中的支撐基板為Si片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(6)包括如下步驟在倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層表面沉積一第一金屬鍵合層； 提供一 Si片作為支撐基板，在其表面形成一層高摻雜覆蓋層； 在覆蓋層上沉積一第二金屬鍵合層；通過鍵合工藝將倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列和Si片粘結(jié)在一起； 其中覆蓋層的材料為InGaAs或GaAs。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(7)中采用氫氟酸選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(7)中采用氟化銨選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倒置太陽能電池制作方法，其特征在于所述步驟(8) 中采用鹽酸與磷酸體積比1 2作為選擇性蝕刻液，蝕刻犧牲層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種倒置太陽能電池制作方法，其步聚包括提供一生長襯底；(2)在所述生長襯底表面沉積一層SiO2掩膜層，形成圖形化襯底；(3)在圖形化襯底上外延生長一層犧牲層，所述犧牲層將整個SiO2掩膜圖形包圍起來；(4)在犧牲層上外延生長一緩沖層；(5)在緩沖層上外延生長倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列；(6)將前述倒置太陽能電池的半導(dǎo)體材料層序列與支撐基板鍵合；(7)采用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉SiO2掩膜層；(8)采用濕法蝕刻選擇性腐蝕掉犧牲層，剝離襯底。本發(fā)明可以更為簡單地完成倒置結(jié)構(gòu)多結(jié)太陽能電池與襯底的分離，實現(xiàn)襯底的重復(fù)利用。
文檔編號H01L31/18GK102222734SQ20111018961
公開日2011年10月19日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者劉建慶, 吳志浩, 宋明輝, 林志東, 林桂江, 畢京鋒, 熊偉平, 王良均 申請人:廈門市三安光電科技有限公司