利用選擇腐蝕襯底剝離制備薄膜太陽能電池的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及利用選擇腐蝕襯底剝離制備薄膜太陽能電 池的工藝
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在光伏市場上，各種材料的薄膜太陽能電池以其特有的優(yōu)勢和逐漸成熟的 工藝技術(shù)占有了光伏市場的一席之地，而且成長速度非?？臁?br>[0003] 薄膜太陽能電池的產(chǎn)品類型主要有CdTe薄膜電池、硅基薄膜電池和銅銦鎵錫 (CIGS)薄膜電池。與常規(guī)的晶體硅太陽能電池相比，上述薄膜電池使用材料很少，構(gòu)成太 陽能電池的薄膜材料厚度不超過50微米，而晶體硅電池厚度約180微米~200微米。除此 之外，薄膜太陽能電池還因為其廉價的襯底材料（如玻璃、不銹鋼、聚酯膜）、有柔性、材料 禁帶寬度可調(diào)控、組件溫度系數(shù)低等優(yōu)點倍受矚目，近年來，在光伏市場的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴 大，2014年已經(jīng)占18%以上的市場份額。
[0004] 現(xiàn)今，薄膜太陽能電池制作工藝大都采用生長襯底直接腐蝕掉實現(xiàn)外延薄膜層轉(zhuǎn) 移的薄膜電池工藝，造成薄膜太陽能電池的制備成本相當昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種選擇腐蝕襯底剝離工藝來實現(xiàn) 外延薄膜層轉(zhuǎn)移，特別對于GaAs薄膜太陽能電池，腐蝕掉的襯底還可以重復(fù)利用，大大降 低了產(chǎn)品電池的制作成本及電池重量。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 1)在支撐襯底上，依次生長電池有源層、電池本體層，電池本體層包括若干結(jié)；
[0008] 2)在電池本體層方向，使用BCB膠與廉價襯底鍵合；
[0009] 3)選擇腐蝕襯底剝離工藝將支撐襯底及電池有源層剝離；
[0010] 4)將步驟3得到的太陽能電池本體層在首結(jié)方向通過BCB膠鍵合到硅襯底；
[0011] 5)將BCB膠剝離，得到完整的電池本體層，即電池功能結(jié)構(gòu)。
[0012] 該方法通過與苯并環(huán)丁烯BCB膠，即上述的BCB膠之間的半導(dǎo)體鍵合工藝將太陽 能電池與廉價襯底連接起來，再通過選擇腐蝕襯底剝離工藝、BCB膠剝離工藝制備得到本發(fā) 明的太陽能電池。
[0013] 所述廉價襯底為聚酰亞胺薄膜襯底，金屬鉬、銅、鎳薄膜襯底，PMMA薄膜襯底，PDMS 薄膜襯底，不銹鋼薄膜襯底中的一種。
[0014] 所述鍵合工藝采用低溫熱壓鍵合工藝，將太陽能電池與廉價襯底連接起來。
[0015] 所述選擇腐蝕襯底剝離工藝，需配置選擇腐蝕液，一般選用酸溶液，需要能夠腐蝕 支撐襯底及有源層，但是不腐蝕BCB膠。
[0016] 本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：
[0017] 1、本發(fā)明選用BCB膠與廉價襯底配合，封閉一端，在另一端選用選擇腐蝕襯底剝 離工藝，去除有源層后，也使用BCB膠封閉，最后統(tǒng)一將BCB膠腐蝕掉，得到完整電池本體結(jié) 構(gòu)的方法，腐蝕下來的支撐襯底可以重復(fù)利用，大大降低了制造成本，而且操作簡單，成功 率高。
[0018] 2、本發(fā)明的鍵合工藝采用低溫熱壓鍵合工藝，太陽能電池與襯底連接起來，低溫 鍵合技術(shù)，可以將晶格嚴重失配的材料直接連接起來，且連接機械強度非常高，更重要的 是晶格失配所產(chǎn)生的大量位錯和缺陷也都被限制在鍵合界面附近的薄層區(qū)域內(nèi)，不會對 其他區(qū)域材料的性能造成影響。
【附圖說明】
[0019] 圖1為四結(jié)GaAs太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中1、電池本體層；2、電池有源層；3、 砷化鎵襯底；
[0020] 圖2為太陽能電池與廉價襯底鍵合示意圖；其中4、BCB膠，5、廉價襯底；
[0021] 圖3選擇腐蝕襯底剝離后的電池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4太陽能電池粘接到娃襯底不意圖，其中6為娃襯底；
[0023] 圖5 BCB膠剝離，得到電池本體層示意圖；
【具體實施方式】
[0024] 本實施例以一種GaAs四結(jié)薄膜太陽能電池的制備方法來表述本發(fā)明的技術(shù)方 案，圖1-5即表述了本方法的具體步驟。
[0025] 首先該四結(jié)GaAs薄膜太陽能電池，包括電池本體層和電池有源層，以及作 為生長的支撐襯底的GaAs襯底，其中，電池本體層為四結(jié)結(jié)構(gòu)，依次包括GaAs帽層、 In x (AlyGa1-) Js漸變層、第一結(jié)InxGahAs電池、第一隧穿結(jié)、Inx (AlyGa1-) Js漸變層、第 二結(jié)InxGa1Js電池、第二隧穿結(jié)、Inx (AlyGa1I) ^As漸變層、第三結(jié)GaAs電池、第三隧穿結(jié)、 第四結(jié)GaInP電池、GaAs帽層。
[0026] 電池有源層包括：砷化鎵襯底、緩沖層、GaInP腐蝕停止層、本征GaAs層、GaInP腐 蝕停止層、第一犧牲層、本征GaAs層、第二犧牲層、本征GaAs層、第三犧牲層、本征GaAs層、 第四犧牲層、本征GaAs層、第五犧牲層、GaInP腐蝕停止層，腐蝕停止層通過緩沖層，生長在 砷化鎵襯底上。
[0027] 附圖2是本發(fā)明的GaAs四結(jié)薄膜太陽能電池與廉價襯底鍵合，本發(fā)明實施例采用 的工藝條件：GaAs四結(jié)太陽電池片上旋涂BCB膠，預(yù)固化溫度為80-150°C，時間為60-120 秒；鍵合壓力為l-5kN;鍵合腔內(nèi)的氣體為氮氣；鍵合溫度為250-300°C，具體的，本實施例 采用鍵合溫度為280°C;溫度梯度為：15°C /min升溫，3°C /min降溫；鍵合時間為1-2小時， 本發(fā)明實施例采用鍵合時間為1. 5小時。
[0028] 附圖3為選擇腐蝕襯底剝離工藝，使用HF腐蝕液腐蝕剝離GaAs襯底，HCl = H2O = 1:1腐蝕液腐蝕GalnP，得到去除電池有源層的電池結(jié)構(gòu)，同時剝離下來的GaAs襯底可以通 過化學(xué)機械拋光工藝、清洗工藝后重新用來進行太陽電池外延生長。
[0029] 附圖4為選擇腐蝕襯底剝離工藝后得到的電池結(jié)構(gòu)，粘接到硅襯底示意圖，具體 工藝如下：
[0030](1)對硅片進行清洗、烘干，本實施例選用硅片為P型4英寸硅片，具體依次進行如 下的過程：參考半導(dǎo)體工業(yè)標準（硅）濕法清洗工藝（RCA清洗工藝，由美國無線電公司的 W. Kern和D. Puotinen于20世紀60年代提出），并根據(jù)我們的實際需要采取所需的清洗工 藝，如表1所示。
[0031] 上述清洗并不是僅僅去除表面的自然氧化層、顆粒雜質(zhì)、金屬離子、有機雜質(zhì)，而 且包括去除不利于后續(xù)工藝步驟的表面狀態(tài)（親水性或疏水性）。
[0032] 表1采用的清洗方案
[0035] 注：SCl (15% NH3. H20+15% H202+70% H20,體積比）
[0036] SC2(15% HC1+15% H202+70% H20,體積比）
[0037] SC3 (濃硫酸：H2O2 = 3 :1，體積比）
[0038] DHF (HF: H2O = 1: 10，體積比）
[0039] (2)GaAs四結(jié)太陽能電池與Si襯底鍵合，本發(fā)明實施例采用的工藝條件：硅片上 旋涂BCB膠的預(yù)固化溫度為80-150°C，時間為60-120秒；鍵合壓力為l-5kN ;鍵合腔內(nèi)的 氣體為氮氣；鍵合溫度為250-300°C，本發(fā)明的實施例采用鍵合溫度為280°C ;溫度梯度為： 15°C /min升溫，3°C /min降溫；鍵合時間為1-2小時，本發(fā)明實施例采用鍵合時間為1. 5小 時。
[0040] 然后進行附圖5所述的BCB膠剝離，去除Si襯底，最終完成本實施例的多結(jié)砷化 鎵薄膜太陽能電池的制備，因?qū)儆诂F(xiàn)有成熟工藝，本發(fā)明對電池電極、減反射膜、劃片等制 備過程略去，本步驟采用的具體工藝條件：BCB膠去除液5分鐘超聲清洗；去離子水5分鐘 超聲清洗；SC3液5分鐘超聲清洗；去離子水5分鐘超聲清洗；其中：SC3液為濃硫酸：H 202 =3 :1 (體積比）。
[0041] 以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施 例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進 等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 利用選擇腐蝕襯底剝離制備薄膜太陽能電池的工藝，包括下述步驟： 1) 在支撐襯底上，依次生長電池有源層、電池本體層； 2) 在電池本體層方向，使用BCB膠與廉價襯底鍵合； 3) 選擇腐蝕襯底剝離工藝將支撐襯底及電池有源層剝離； 4) 將步驟3得到的太陽能電池本體層在首結(jié)方向通過BCB膠鍵合到硅襯底； 5) 將BCB膠剝離，得到完整的電池本體層，即電池功能結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用選擇腐蝕襯底剝離制備薄膜太陽能電池的工藝，其特征 在于：采用低溫熱壓鍵合工藝使所述BCB膠將太陽能電池與廉價襯底連接起來。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用選擇腐蝕襯底剝離制備薄膜太陽能電池的工藝，其特征 在于：所述廉價襯底為聚酰亞胺薄膜襯底，金屬鉬、銅、鎳薄膜襯底，PMMA薄膜襯底，PDMS薄 膜襯底，不銹鋼薄膜襯底中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體提供了一種利用選擇腐蝕襯底剝離制備薄膜太陽能電池的工藝，包括下述步驟：在支撐襯底上，依次生長電池有源層、電池本體層；在電池本體層方向，使用BCB膠與廉價襯底鍵合；選擇腐蝕襯底剝離工藝將支撐襯底及電池有源層剝離；將前述步驟得到的太陽能電池本體層在首結(jié)方向通過BCB膠鍵合到硅襯底；將BCB膠剝離，得到完整的電池本體層，即電池功能結(jié)構(gòu)。本發(fā)明選用BCB膠與廉價襯底配合，封閉一端，在另一端選用選擇腐蝕襯底剝離工藝，去除有源層后，也使用BCB膠封閉，最后統(tǒng)一將BCB膠腐蝕掉，得到完整電池本體結(jié)構(gòu)的方法，腐蝕下來的支撐襯底可以重復(fù)利用，大大降低了制造成本，而且操作簡單，成功率高。
【IPC分類】H01L31/18
【公開號】CN104993011
【申請?zhí)枴緾N201510270042
【發(fā)明人】高鵬, 孫強, 肖志斌, 劉如彬, 薛超, 張啟明
【申請人】中國電子科技集團公司第十八研究所
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月25日