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  • 一种太阳能电池的制作方法与流程

    文档序号:26492546发布日期:2021-08-31 23:17
    一种太阳能电池的制作方法与流程

    本申请涉及半导体技术领域,更具体地说,涉及一种太阳能电池的制作方法。



    背景技术:

    太阳能电池可将太阳能直接转换为电能,是一种最有效的清洁能源形式。

    目前的多结太阳能电池技术以其高转换效率、优良的抗辐射性能、稳定的温度特性以及易于规模化生产等优势,已全面取代传统的硅太阳能电池成为空间飞行器的主电源。

    但目前的多结太阳能电池的制备过程存在成本较高的问题。



    技术实现要素:

    为解决上述技术问题,本申请提供了一种太阳能电池的制作方法,以实现降低多结太阳能电池的制备成本的目的。

    为实现上述技术目的,本申请实施例提供了如下技术方案:

    一种太阳能电池的制作方法,包括:

    提供衬底;

    在所述衬底上依次形成n个多结电池,相邻所述多结电池之间包括牺牲层,所述牺牲层的腐蚀速率与所述牺牲层和所述衬底之间的距离正相关,各所述多结电池至少包括两个子电池,n为大于1的整数。

    可选的,在所述衬底上形成的第n个多结电池的外延层中存在晶格失配应力,以为第n-1个形成的所述牺牲层提供张应力。

    可选的,所述在所述衬底上依次形成n个多结电池包括:

    在所述衬底上形成倒置结构的第一多结电池;

    在所述第一多结电池背离所述衬底一侧形成第一牺牲层;

    在所述第一牺牲层背离所述衬底一侧形成倒置结构的第二多结电池;

    在所述第二多结电池背离所述衬底一侧形成第二牺牲层,所述第二牺牲层的腐蚀速率大于所述第一牺牲层的腐蚀速率;

    在所述第二牺牲层背离所述衬底一侧形成倒置结构的第三多结电池。

    可选的,所述在所述第一多结电池背离所述衬底一侧形成第一牺牲层包括:

    在所述第一多结电池背离所述衬底一侧形成alxga1-xas层,且x的取值由a向b渐变,其中,0<a≤b,0<b≤1;

    所述在所述第二多结电池背离所述衬底一侧形成第二牺牲层包括:

    在所述第二多结电池背离所述衬底一侧形成alas层。

    可选的,在所述alxga1-xas层的形成过程中,x的取值由b向1线性渐变,其中,0<b≤1。

    可选的,所述第三多结电池的外延层中存在晶格失配应力,以为所述第二牺牲层提供张应力。

    可选的,所述在所述衬底上形成倒置结构的第一多结电池包括:

    在所述衬底上依次形成所述第一多结电池的第一子电池、第一隧穿结和所述第一多结电池的第二子电池;

    所述第一多结电池的第一子电池包括镓铟磷子电池,所述第一多结电池的第二子电池包括砷化镓子电池;

    所述在所述衬底上形成倒置结构的第二多结电池包括:

    在所述衬底上依次形成所述第二多结电池的第一子电池、第二隧穿结和所述第二多结电池的第二子电池;

    所述第二多结电池的第一子电池包括镓铟磷子电池,所述第二多结电池的第二子电池包括砷化镓子电池;

    所述在所述第二牺牲层背离所述衬底一侧形成倒置结构的第三多结电池包括:

    在所述第二牺牲层背离所述衬底一侧依次形成所述第三多结电池的第一子电池、第三隧穿结、所述第三多结电池的第二子电池、第四隧穿结、组分渐变缓冲层和所述第三多结电池的第三子电池;

    所述第三多结电池的第一子电池包括镓铟磷子电池;

    所述第三多结电池的第二子电池包括砷化镓子电池;

    所述第三多结电池的第三子电池包括铟镓砷子电池。

    可选的,所述在所述衬底上依次形成n个多结电池之前还包括:

    在所述衬底上依次形成变质缓冲层、腐蚀截止层和n型欧姆接触层。

    可选的,所述在所述衬底上依次形成n个多结电池之后还包括:

    形成p型欧姆接触层。

    从上述技术方案可以看出,本申请实施例提供了一种太阳能电池的制作方法,该方法在衬底上依次形成了n个多结电池,相邻所述多结电池之间包括牺牲层,且各所述牺牲层的腐蚀速率与所述牺牲层和所述衬底之间的距离正相关,这使得在n个多结电池制备完成之后,可通过腐蚀的方式依次剥离这n个多结电池,实现在同一个衬底上以层叠方式一次性制备n个多结电池的目的,降低了多结电池的制作过程中所需的衬底数量,从而降低了多结太阳能电池的制备成本。

    且本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法制备的n个多结电池的种类可以不相同,为利用同一个衬底实现多种多结电池制备提供了可能。

    附图说明

    为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

    图1为本申请的一个实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程示意图;

    图2为基于图1所示的方法制备获得的叠层结构的示意图;

    图3为本申请的另一个实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程示意图;

    图4为基于图3所示的方法制备获得的叠层结构的示意图;

    图5为本申请的又一个实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程示意图;

    图6为本申请的再一个实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程示意图;

    图7为本申请的一个可选实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程示意图。

    具体实施方式

    正如背景技术中所述,太阳能电池可将太阳能直接转换为电能,是一种最有效的清洁能源形式。iii-v族化合物半导体太阳能电池在目前材料体系中转换效率最高,同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强等优点,被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源,其中gainp/ingaas/ge晶格匹配结构的三结电池已在航天领域得到广泛应用。

    由于gainp/ingaas/ge三结太阳能电池基于较厚的刚性ge基板,通常刚性ge衬底厚度≥140μm,电池芯片重量较大且缺乏柔性,增加了空间飞行器太阳能电池的重量和体积,也增加了空间飞行器的发射成本。

    研制柔性薄膜型或者刚性衬底减薄型ⅲ-ⅴ族化合物太阳能电池既能满足空间飞行器对太阳能电池高效率、高可靠型的要求,又能有效减少空间飞行器太阳能电池板的重量。采用柔性薄膜电池能卷曲,同时减少太阳能电池板的体积,提升空间飞行器的搭载能力并降低发射成本。高效柔性电池薄膜电池也能满足临近空间飞行器的应用要求,比如无人机、无人飞艇等。

    在商业卫星应用领域,太阳能电池的需求量十分客观,大需求的市场下,对成本的压缩将更加明显,因此实现有效降低成本变得尤为关键。

    为了解决这一问题,本申请实施例提供了一种太阳能电池的制作方法,包括:

    提供衬底;

    在所述衬底上依次形成n个多结电池,相邻所述多结电池之间包括牺牲层,所述牺牲层的腐蚀速率与所述牺牲层和所述衬底之间的距离正相关,各所述多结电池至少包括两个子电池,n为大于1的整数。

    该方法在衬底上依次形成了n个多结电池,相邻所述多结电池之间包括牺牲层,且各所述牺牲层的腐蚀速率与所述牺牲层和所述衬底之间的距离正相关,这使得在n个多结电池制备完成之后,可通过腐蚀的方式依次剥离这n个多结电池,实现在同一个衬底上以层叠方式一次性制备n个多结电池的目的,降低了多结电池的制作过程中所需的衬底数量,从而降低了多结太阳能电池的制备成本。

    且本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法制备的n个多结电池的种类可以不相同,为利用同一个衬底实现多种多结电池制备提供了可能。

    下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

    本申请实施例提供了一种太阳能电池的制作方法,如图1所示,包括:

    s101:提供衬底;

    s102:在所述衬底上依次形成n个多结电池,相邻所述多结电池之间包括牺牲层,所述牺牲层的腐蚀速率与所述牺牲层和所述衬底之间的距离正相关,各所述多结电池至少包括两个子电池,n为大于1的整数。

    参考图2,图2示出了基于所述太阳能电池的制作方法制备获得的叠层结构的剖面结构示意图。

    在本实施例中,所述牺牲层的腐蚀速率是指所述牺牲层在刻蚀过程中的刻蚀速率,在本申请的一些实施例中,所述牺牲层的腐蚀速率特指所述牺牲层在湿法刻蚀过程中的刻蚀速率。

    通过牺牲层的腐蚀速率差异设置,在图2所示的叠层结构制备完成后,可通过刻蚀的方式首先将第n个形成的多结电池与第n-1个形成的多结电池之间的牺牲层刻蚀去除,从而实现第n个所述多结电池的剥离,相类似的,可继续进行第n-1个形成的多结电池与第n-2个形成的多结电池之间的牺牲层刻蚀去除,从而实现第n-1个所述多结电池的剥离,依次进行直至所有的多结电池彼此剥离开来,实现n个所述多结电池的制备。在图2中,10表示所述衬底,20表示所述多结电池,30表示所述牺牲层。

    各所述牺牲层之间的腐蚀速率差异可通过形成所述牺牲层的材料种类选择或者所述牺牲层中掺杂类型的选择等方式实现,本申请对此并不做限定。

    可选的,在本申请的一个实施例中,在所述衬底上形成的第n个多结电池的外延层中存在晶格失配应力,以为第n-1个形成的所述牺牲层提供张应力。

    在本实施例中,第n个形成的多结电池的外延层中存在晶格失配应力,使得第n个形成的多结电池的外延层能够为第n-1个形成的所述牺牲层提供较大的张应力,使得第n-1个牺牲层的腐蚀速率进一步加快。

    可选的,如图3所示,所述在所述衬底上依次形成n个多结电池包括:

    s1021:在所述衬底上形成倒置结构的第一多结电池;

    s1022:在所述第一多结电池背离所述衬底一侧形成第一牺牲层;

    s1023:在所述第一牺牲层背离所述衬底一侧形成倒置结构的第二多结电池;

    s1024:在所述第二多结电池背离所述衬底一侧形成第二牺牲层,所述第二牺牲层的腐蚀速率大于所述第一牺牲层的腐蚀速率;

    s1025:在所述第二牺牲层背离所述衬底一侧形成倒置结构的第三多结电池。

    经过步骤s102后获得的叠层结构的剖面结构示意图参考图4。在图4中,10表示所述衬底,21表示所述第一多结电池,22表示所述第二多结电池,23表示所述第三多结电池,31表示所述第一牺牲层,32表示所述第二牺牲层。

    在本实施例中,由于所述第一多结电池为倒置结构,在形成如图4所示的叠层结构后,第一多结电池与衬底之间无需进行剥离,可以直接进行封装成为一个完整的太阳能电池使用,而第二多结电池和第三多结电池为倒置结构,有利于第二多结电池和第三多结电池生长过程中的晶格匹配,从而形成质量较好的膜层。

    其中,参考图5,所述在所述第一多结电池背离所述衬底一侧形成第一牺牲层包括:

    s10221:在所述第一多结电池背离所述衬底一侧形成alxga1-xas层,且x的取值由a向b渐变,其中,0<a≤b,0<b≤1;

    所述在所述第二多结电池背离所述衬底一侧形成第二牺牲层包括:

    s10241:在所述第二多结电池背离所述衬底一侧形成alas层。

    在本实施例中,提供了一种具体地差异化第一牺牲层和所述第二牺牲层的腐蚀速率的方法。

    更具体地,在所述alxga1-xas层的形成过程中,x的取值由0.5向1线性渐变,即沿着所述第一牺牲层的生长方向,x的取值由b向1线性渐变,其中,0<b≤1。

    可选的,所述第一牺牲层的厚度的取值范围为5~50nm。

    相应的,为了进一步提高第二牺牲层与所述第一牺牲层之间的腐蚀速率差异,所述第三多结电池的外延层中存在晶格失配应力,以为所述第二牺牲层提供张应力。

    可选的,如图6所示,所述在所述衬底上形成倒置结构的第一多结电池包括:

    s10211:在所述衬底上依次形成所述第一多结电池的第一子电池、第一隧穿结和所述第一多结电池的第二子电池;

    所述第一多结电池的第一子电池包括镓铟磷子电池,所述第一多结电池的第二子电池包括砷化镓子电池;

    所述在所述衬底上形成倒置结构的第二多结电池包括:

    s10231:在所述衬底上依次形成所述第二多结电池的第一子电池、第二隧穿结和所述第二多结电池的第二子电池;

    所述第二多结电池的第一子电池包括镓铟磷子电池,所述第二多结电池的第二子电池包括砷化镓子电池;

    所述在所述第二牺牲层背离所述衬底一侧形成倒置结构的第三多结电池包括:

    s10251:在所述第二牺牲层背离所述衬底一侧依次形成所述第三多结电池的第一子电池、第三隧穿结、所述第三多结电池的第二子电池、第四隧穿结、组分渐变缓冲层和所述第三多结电池的第三子电池;

    所述第三多结电池的第一子电池包括镓铟磷子电池;

    所述第三多结电池的第二子电池包括砷化镓子电池;

    所述第三多结电池的第三子电池包括铟镓砷子电池。

    可选的,所述组分渐变缓冲层可以为组分渐变的铟镓砷层。

    在本实施例中,所述第三多结电池的第三子电池包括铟镓砷子电池,使得所述第三多结电池的外延层存在晶格失配应力,从而为所述第二牺牲层提供张应力,使得第二牺牲层的剥离可以更加便捷。

    可选的,参考图7,所述在所述衬底上依次形成n个多结电池之前还包括:

    s103:在所述衬底上依次形成变质缓冲层、腐蚀截止层和n型欧姆接触层。

    所述变质缓冲层的材料可以选择铝镓砷或砷化镓,所述腐蚀截止层可以为铝镓铟磷层或镓铟磷层。

    所述n型欧姆接触层可以为砷化镓层或铟镓砷层。

    相应的,仍然参考图7,所述在所述衬底上依次形成n个多结电池之后还包括:

    s104:形成p型欧姆接触层。

    所述p型欧姆接触层可以为砷化镓层。

    在本申请的一个具体实施例中,提供了第一多结电池、第二多结电池和第三多结电池中各个子电池的具体可行结构。

    可选的,所述第一多结电池的第一子电池从远离衬底一侧到靠近衬底一侧依次包括:alinp窗口层、n型掺杂algainp或gainp层发射区、p型掺杂algainp或gainp层基区、algainp背场层。

    所述第一隧穿结、第二隧穿结、第三隧穿结和第四隧穿结的n型层可以为n型砷化镓层或n型镓铟磷层,所述第一隧穿结、第二隧穿结、第三隧穿结和第四隧穿结的p型层可以为p型砷化镓层或p型铝镓砷层。n型层和p型层的掺杂分别采用硅掺杂和碳掺杂。

    所述第一多结电池的第二子电池从远离衬底一侧到靠近衬底一侧依次包括:窗口层、n型掺杂gaas层发射区、p型掺杂gaas层基区、背场层。其中背场层选取gainp或algaas材料,窗口层选取algainp或alinp材料。

    所述第二多结电池的第一子电池从靠近衬底一侧到远离衬底一侧依次包括:alinp窗口层、n型掺杂algainp或gainp层发射区、p型掺杂algainp或gainp层基区、algainp背场层。

    所述第二多结电池的第二子电池从靠近衬底一侧到远离衬底一侧依次包括:窗口层、n型掺杂gaas层发射区、p型掺杂gaas层基区、背场层。其中背场层选取gainp或algaas材料,窗口层选取algainp或alinp材料。

    所述第二牺牲层可以为砷化铝层,厚度的取值范围为5~50nm。

    所述第三多结电池的第一子电池从靠近衬底一侧到远离衬底一侧依次包括:alinp窗口层、n型掺杂algainp或gainp层发射区、p型掺杂algainp或gainp层基区、algainp背场层。

    所述第三多结电池的第二子电池从靠近衬底一侧到远离衬底一侧依次包括:窗口层、n型掺杂gaas层发射区、p型掺杂gaas层基区、背场层。其中背场层选取gainp或algaas材料,窗口层选取algainp或alinp材料。

    所述第三多结电池的第三子电池从靠近衬底一侧到远离衬底一侧依次包括:窗口层、n型掺杂ingaas层发射区、p型掺杂ingaas层基区、背场层。其中背场层选取gainp或algainas材料,窗口层选取algainp或alinp材料。

    上述第一多结电池、第二多结电池和第三多结电池的具体结构一方面有利于制备时各个子电池之间膜层的生长,另一方面有利于优化各个多结电池的发光效率等参数。

    综上所述,本申请实施例提供了一种太阳能电池的制作方法,该方法在衬底上依次形成了n个多结电池,相邻所述多结电池之间包括牺牲层,且各所述牺牲层的腐蚀速率与所述牺牲层和所述衬底之间的距离正相关,这使得在n个多结电池制备完成之后,可通过腐蚀的方式依次剥离这n个多结电池,实现在同一个衬底上以层叠方式一次性制备n个多结电池的目的,降低了多结电池的制作过程中所需的衬底数量,从而降低了多结太阳能电池的制备成本。

    且本申请实施例提供的太阳能电池的制作方法制备的n个多结电池的种类可以不相同,为利用同一个衬底实现多种多结电池制备提供了可能。

    本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

    对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

    再多了解一些
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