CN102244151A - 一种太阳能电池的制作方法 - Google Patents

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林素慧
梁兆暄
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池的制作方法，其在生长完太阳能电池材料层后，紧接着生长一层GaAs盖帽层，在该GaAs盖帽层上生长一层GaInP牺牲层，在做第一电极前湿法蚀刻掉牺牲层GaInP，停止在GaAs层表面，因为该蚀刻GaInP的溶液不会蚀刻GaAs层，所以GaAs接触层可以保持原子级的平整度，提高光电转化效率。

Description

一种太阳能电池的制作方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制作方法，更具体地涉及一种Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池的制作方法。
背景技术
用于高倍聚光型光伏发电系统所用光电池一般为高效化合物半导体太阳电池，如III-V族单结、多结太阳电池。化合物半导体太阳电池一般采用气相外延技术或者液相外延技术在Ge、Si或GaAs等衬底上依次外延太阳电池各层结构，然后利用外延好结构的太阳电池外延片制备成太阳电池芯片。
太阳电池已有50多年的发展历史，在上个世纪七十年代引发的能源危机的刺激下，在空间飞行器能源系统需求的牵引下，这一技术领域内不断取得重要技术突破。多结化合物太阳能电池是一种性能优良的化合物半导体光电转换器件。相对于硅太阳能电池，多结太阳能电池具有更高的光电转换效率、更强的抗辐射能力、更好的耐高温性能。在过去的十年里，多结III-V族电池在太阳能转换效率上进展显著，实现高转换效率布置在理论上，在现实中也 已经实现，唤起人们对多结III-V族电池的研究和商业兴趣。
图1～图2为III-V族太阳能电池的一种传统的制作工艺，以GaInP/GaInAs/Ge多结太阳能电池为例，其制作工艺一般如下：在MOCVD系统中，生长完GaInP/GaInAs/Ge多结太阳能电池中的GaInP顶电池发射极后，紧接着生长一层GaAs盖帽层。GaAs接触层为外延最外层，在做n电极前先要蚀刻一部分GaAs以露出新鲜的GaAs表面，保证金属电极与GaAs接触的黏附性和欧姆接触性质。所以GaAs一般生长比较厚，大于0.5微米；另外，蚀刻GaAs接触层，会使表面较为不平，粗糙，影响光电转化效率。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种太阳能电池的制作方法。
本发明解决上述问题的上述问题的技术方案为：一种太阳能电池的制作方法，其包括：提供一生长衬底；在所述生长衬底上层叠半导体材料层序列，其依次包括Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池材料层、接触层和牺牲层；采用湿法蚀刻法完全蚀刻牺牲层，蚀刻停止在接触层的表面，露出接触层的表面；在接触层表面上蒸镀一第一电极，定义电极图形，蚀刻掉电极之外的接触层；制作一第二电极。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1～图2为III-V族太阳能电池的一种传统的制作工艺的示意图。
图3～图7为本发明优选实施例的一种太阳能电池的制作过程的示意图。
图中部件符号说明：
01：生长衬底；                  02：太阳能电池材料层；
03：GaAs接触层  ；           04：第一电极；
05：GaInP牺牲层；           06：减反射膜。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。 
一种太阳能电池的制作方法,其包括如下步骤：
    首先，如图3所示，选择一生长衬底01，进入MOCVD系统中，在该生长衬底01的表面上外延生长Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池材料层02、接触层03和牺牲层05。
生长衬底优选为锗（Ge），但也可以为砷化镓（GaAs）或其它合适的材料。
Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池可为单结或多结太阳能电池。单结电池其电池材料层02可为由砷化镓(GaAs)、磷化铟镓(GaInP)、砷化铟镓(GaInAs)、磷砷化铟镓(GaInAsP)或任何其它合适的III-V族化合物形成。多结太阳能电池的材料层02可由周期表中所列举的III～V族元素的符合晶格常数和能带隙要求的任何合适组合形成，各子电池间通过遂穿结连结。
接触层03为盖帽层，实现与电极的良好的欧姆接触，材料可为Ga(In)As，厚度在50～150nm间。牺牲层05用于保护接触层，其厚度可为100～1000nm，其材料根据接触层的材料进行选择，实现选择性蚀刻掉牺牲层，停止在接触层表面。
在本优选实施中，选择GaInP/GaInAs/Ge多结太阳能电池作为Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池，选择砷化镓(GaAs)作为接触层03，磷化铟镓(GaInP)作为牺牲层05。GaAs接触层03的厚度为100nm，GaInP接触层05的厚度为500nm。
下一步，如图4所示，采用湿法蚀刻法完全蚀刻牺牲层05，蚀刻停止在接触层03的表面，露出接触层03的表面。蚀刻液的选择应是针对牺牲层进行蚀刻，而无法蚀刻接触层。在本优选实施中，采用HCl蚀刻GaInP接触层05，停止在GaAs接触层03的表面。
下一步，如图5～图6，先在上一步骤中露出的接触层03的表面上蒸镀一层AuGe作为第一电极04，接着定义电极图形，采用光罩、蚀刻去除电极之外的接触层，露出太阳能电池材料层02的部分表面。在本优选实施中，可采用柠檬酸和双氧水的混合液进行选择性蚀刻GaAs接触层03。
下一步，如图6所示，在露出的太阳能电池材料层02的表面上蒸镀一减反射膜06。其具体方法如下：先在在露出的太阳能电池材料层02的表面和第一电极04的表面上蒸镀一层减反射膜，接着用光刻胶盖住电极外的部分，用浓氢氟酸溶液蚀刻电极上方的减反射膜，最后去掉光刻胶。
最后，根据具体Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池的结构，制作第二电极。
在本实施例中，生长完Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池材料层后，紧接着生长一层GaAs盖帽层，在该GaAs盖帽层上生长一层GaInP牺牲层，在做第一电极前湿法蚀刻掉牺牲层GaInP，停止在GaAs层表面，因为该蚀刻GaInP的溶液不会蚀刻GaAs层，所以GaAs接触层可以保持原子级的平整度，提高光电转化效率。
另外，因为GaAs接触层会吸光，所以在做完第一电极后需要把GaAs接触层去除掉，而本发明中由于有GaInP牺牲层的保护，GaAs接触层可以生长得很薄，使得在去除GaAs接触层时，侧向蚀刻较小，在保证第一电极的可靠性的同时，使得AuGe线宽可以做得更小，减少遮光面积，提高光电转化效率。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的制作方法，其包括如下步骤：
提供一生长衬底；
在所述生长衬底上层叠半导体材料层序列，其依次包括Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池材料层、接触层和牺牲层；
采用湿法蚀刻法完全蚀刻牺牲层，蚀刻停止在接触层的表面，露出接触层的表面；
在接触层表面上蒸镀一第一电极，定义电极图形，蚀刻掉电极之外的接触层；
制作第二电极。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述太阳能电池为单结太阳能电池或多结太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池为GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述衬底的材料为Ge或者GaAs。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述接触层的材料为GaAs。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述接触层的厚度为50～150nm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述牺牲层的材料为GaInP。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述牺牲层的厚度为100~1000nm。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，还包括：在被蚀刻掉接触层的太阳能电池材料层表面上蒸镀一减反射膜。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于：采用HCl蚀刻牺牲层。
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