CN104393065B - 太阳能电池芯片、采用该芯片的太阳能电池模组以及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种太阳能电池芯片、应用该芯片的超薄聚光太阳能电池模组及其制作方法，其中电池芯片直接倒装焊接至聚光透镜下表面，实现聚光型太阳能电池模组的超薄化，并省去了电池芯片的封装及其支撑基板，大幅降低发电成本。
Description
技术领域
本发明涉及应用于超薄聚光太阳能电池模组的太阳能电池芯片，属半导体光电子器件与技术领域。
背景技术
聚光太阳能电池被称为第三代光伏电池，其采用高效率、热稳定性好的多结化合物太阳电池，并通过聚光透镜将太阳光聚集到电池芯片上，从而大幅减少电池芯片的使用量，而采用低成本的透镜来替代。然而，由于现有太阳电池由于芯片尺寸较大，相应的单个透镜尺寸也就较大，因此透镜的焦距较长，必须将电池模组制作的很厚，如对应一颗1×1cm2电池芯片，1000倍聚光则要求透镜尺寸为33×33cm2，则其最小焦距将达到50cm左右。较长的透镜焦距要求将电池模组制作推得很厚，一方面增加了模组壳体用材的耗量，一方面使得模组体积大、重量大，不利于制作、运输及安装，这都将增加成本。因此，制作超薄化的电池模组是降低发电成本的必然趋势。
发明内容
本发明提出了一种太阳能电池芯片、应用该芯片的超薄聚光太阳能电池模组及其制作方法，其中电池芯片直接倒装焊接至聚光透镜下表面，实现聚光型太阳能电池模组的超薄化，并省去了电池芯片的封装及其支撑基板，大幅降低发电成本。
根据本发明的第一个方面，太阳能电池芯片，包括：太阳能电池外延结构，具有正、背两个相对的表面，其中正面具有电极区和光接受区；正面电极，位于所述太阳能电池外延结构正面的电极区；背面电极，位于所述太阳能电池外延结构的背面，并延伸至所述太阳能电池外延结构外，通过一金属焊盘引至正面；支撑基板，位于所述背面电极的下方，并通过一第一粘接层与所述太阳能电池外延结构粘接；第二粘接层，位于所述太阳能电池外延结构正面的光接受区，其上表面高于所述正面电极及背面电极的金属焊盘。
具体的，所述太阳能电池芯片通过衬底剥离、键合等技术手段将电池外延结构从生长衬底上转移至支撑基板获得；所述支撑基板为临时基板，将太阳能电池芯片焊接至聚光透镜后将被去除，优选地，支撑基板选用玻璃；所述第一粘接层用于临时粘接支撑基板与电池芯片，可以采用化学腐蚀、热分解、紫外光分解等方式去除，优选地，选择低熔点封接玻璃、BCB、硅树脂等；所述第二粘接层为永久粘接，优选地采用低熔点透明玻璃浆料烧结固化。
优选地，所述背面电极的金属焊盘上表面与正面电极上表面处于同一水平面。
优选地，所述第二粘接层的上表面高于所述正面电极及背面电极的金属焊盘，其高低差10~50微米。
优选地，所述第二粘接层边缘与正面电极及背面电极金属焊盘具有间隙，其间隙为50~100微米。
优选地，所述第二粘接层的厚度为10~20微米。
根据本发明的第二个方面，聚光太阳能电池模组，包括聚光透镜和太阳能电池芯片，其中所述聚光透镜的下表面设有电路，至少包括正、负电极外接焊盘，所述太阳能电池芯片包含：太阳能电池外延结构，具有正、背两个相对的表面，其中正面具有电极区和光接受区，正面电极，位于所述太阳能电池外延结构正面的电极区，与所述聚光透镜下表面的正电极外接焊盘连接；背面电极，位于所述太阳能电池外延结构的背面，并延伸至所述太阳能电池外延结构外，通过一金属焊盘引至正面，与所述聚光透镜下表面的负电极外接焊盘连接；第二粘接层，位于所述太阳能电池外延结构正面的光接受区，其上表面高于所述正面电极及背面电极的金属焊盘，粘接所述聚光透镜和太阳能电池芯片。
优选地，所述第二粘接层填充所述太阳能电池芯片与聚光透镜之间的间隙，并确保所述太阳能电池芯片的正、负电极与聚光透镜上的电路实现电连接。
根据本发明的第三个方面，聚光太阳能电池模组的制作方法，包括步骤：1）提供本发明第一个方面所述任一种太阳能电池芯片；2）提供一聚光透镜，其下表面设有至少包括正、负电极外接焊盘的电路；3）将所述太阳能电池芯片倒装粘接至所述聚光透镜的下表面，其中所述第二粘接层实现粘接所述电池芯片和聚光透镜，所述电池芯片的正、背面电极分别与所述聚光透镜的正、负电极外接焊盘连接；4）去除支撑基板和第一粘接层。
优选地，所述步骤1）中第二粘接层采用低熔点透明玻璃浆料烧结固化，其熔点为320-400℃。
优选地，所述步骤3）中电池芯片通过热压焊接至所述聚光透镜，所述第二粘接层在焊接过程中熔化为液态，在一定压力下填充电池芯片与聚光透镜之间的间隙，并确保正负电极与聚光透镜上预设的电路实现电连接。
本发明的优点在于：所述电池芯片可直接倒装焊接至聚光透镜下表面，实现聚光型太阳能电池模组的超薄化，并省去了电池芯片的封装及其支撑基板，大幅降低发电成本；第二粘接层将在倒装焊接过程中加温熔化，从而在一定压力下填充电池芯片与聚光透镜阵列之间的空气间隙，避免了太阳光在聚光透镜阵列下表面及芯片上表面的两次反射；本发明允许去除芯片支撑基板，形成薄膜电池，大幅提高芯片的散热，无需散热器。
附图说明
图1示意了根据本发明实施的一种应用于超薄聚光太阳能电池模组的太阳能电池芯片。
图2至图3示意了图1所示太阳能电池芯片应用于超薄聚光太阳能电池模组的具体应用方法，其中，图2示意了将太阳能电池芯片倒转热压焊接到聚光透镜下表面，并实现电池芯片与聚光透镜上预先形成的电路的电连接；图2示意了将电池芯片临时支撑基板及第一粘接层去除。
图中各标号表示如下：
001：背面电极金属焊盘 002：背面电极
003：第一粘接层 004：支撑基板
005：太阳能电池外延结构 006：正面电极
007：第二粘接层 008：聚光透镜正电极外接焊盘
009：聚光透镜负电极外接焊盘 010：聚光透镜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参看附图1，一种应用于超薄聚光太阳能电池模组的太阳能电池芯片，包括太阳能电池外延结构005、正面电极006、背面电极002、第一粘接层003、支撑基板004和第二粘接层007。具体的，太阳能电池外延结构005可以为单结或多结结构，在本实施例中以倒置生长的InGaAs/GaAs/GaInP三结太阳能电池为例，通过外延键合、外延生长衬底去除等技术手段转移至临时支撑基板004上。支撑基板004采用玻璃，第一粘附层003采用BCB，由于BCB可在HF溶液中溶胀脱落，方便后续支撑基板004及BCB自身的去除。太阳能电池外延结构005正面具有电极区和光接受区，其中电极区位于边缘区域，正面电极006位于电极区，背面电极002位于太阳能电池外延结构005的背面，其一端边缘延伸至太阳能电池外延结构005外（即背面电极002边缘超过太阳能电池外延结构的边缘），通过金属焊盘001引至正面，在本实施例中，正面电极006与背电极002厚度均取3微米，背面电极金属焊盘001厚度为13微米。较佳的，正面电极006及背面电极金属焊盘001表面均蒸镀有AuSn合金焊料。第二粘接层007位于太阳能电池外延结构正面的光接受区，采用低熔点透明封接玻璃浆料烧结而成，其厚度为10~20微米，边缘与正面电极006及背面电极金属焊盘001之间的间隙宽度为50~100微米。
图2至图3示意了图1所示太阳能电池芯片应用于超薄聚光太阳能电池模组的具体方法，主要包括将太阳能电池芯片倒转热压焊接到聚光透镜下表面，并实现电池芯片与聚光透镜上预先形成的电路的电连接，最后将电池芯片临时支撑基板004及第一粘接层003去除。
如图2所示，采用热压法将电池芯片倒装焊接至聚光透镜010下表面，加热温度大于350℃，确保第二粘接层007及电极表面AuSn焊料熔化，并在一定压力作用下，第二粘接层007溶液填充电池芯片与聚光透镜010之间的空隙，而又不覆盖至电极表面，同时AuSn焊料与聚光透镜010上预先形成的电路形成电连接。
如图3所示，采用HF溶液浸泡，去除电池芯片玻璃支撑基板004及第一粘接层003，最终获得如图3所示的超薄聚光太阳能电池模组，其实现聚光型太阳能电池模组的超薄化，并省去了电池芯片的封装及其支撑基板。进一步地，第二粘接层将在倒装焊接过程中加温熔化，从而在一定压力下填充电池芯片与聚光透镜阵列之间的空气间隙，避免了太阳光在聚光透镜阵列下表面及芯片上表面的两次反射。
Claims (5)
1.聚光太阳能电池模组，包括聚光透镜和太阳能电池芯片，其中所述聚光透镜的下表面设有电路，至少包括正、负电极外接焊盘，所述太阳能电池芯片包含：
太阳能电池外延结构，具有正、背两个相对的表面，其中正面具有电极区和光接受区，
正面电极，位于所述太阳能电池外延结构正面的电极区，与所述聚光透镜下表面的正电极外接焊盘连接；
背面电极，位于所述太阳能电池外延结构的背面，并延伸至所述太阳能电池外延结构外，通过一金属焊盘引至正面，与所述聚光透镜下表面的负电极外接焊盘连接；
第二粘接层，位于所述太阳能电池外延结构正面的光接受区，其上表面高于所述正面电极及背面电极的金属焊盘，粘接所述聚光透镜和太阳能电池芯片，填充电池芯片与聚光透镜阵列之间的空气间隙，避免太阳光在聚光透镜阵列下表面及芯片上表面的两次反射。
2.根据权利要求1所述的聚光太阳能电池模组，其特征在于：所述第二粘接层填充所述太阳能电池芯片与聚光透镜之间的间隙，并确保所述太阳能电池芯片的正、负电极与聚光透镜上的电路实现电连接。
3.聚光太阳能电池模组的制作方法，包括步骤：
1）提供一种太阳能电池芯片，其包括太阳能电池外延结构，具有正、背两个相对的表面，其中正面具有电极区和光接受区；正面电极，位于所述太阳能电池外延结构正面的电极区；背面电极，位于所述太阳能电池外延结构的背面，并延伸至所述太阳能电池外延结构外，通过一金属焊盘引至正面；支撑基板，位于所述背面电极的下方，并通过一第一粘接层与所述太阳能电池外延结构粘接；第二粘接层，位于所述太阳能电池外延结构正面的光接受区，其上表面高于所述正面电极及背面电极的金属焊盘；
2）提供一聚光透镜，其下表面设有至少包括正、负电极外接焊盘的电路；
3）将所述太阳能电池芯片倒装粘接至所述聚光透镜的下表面，其中所述第二粘接层实现粘接所述电池芯片和聚光透镜，所述电池芯片的正、背面电极分别与所述聚光透镜的正、负电极外接焊盘连接；
4）去除支撑基板和第一粘接层。
4.根据权利要求3所述的聚光太阳能电池模组的制作方法，其特征在于：步骤3）中所述电池芯片通过热压焊接至所述聚光透镜，所述第二粘接层在焊接过程中熔化为液态，在一定压力下填充电池芯片与聚光透镜之间的间隙，并确保正负电极与聚光透镜上预设的电路实现电连接。
5.根据权利要求3所述的聚光太阳能电池模组的制作方法，其特征在于：步骤1）中所述第二粘接层采用低熔点透明玻璃浆料烧结固化，其熔点为320~400℃。
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