CN104393115A - 一种多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源以及空间电源领域，涉及一种多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，可利用单一腐蚀液一次腐蚀制备隔离槽及划片槽。该发明公开了一种隔离槽/划片槽一次腐蚀制备工艺，包含了光刻胶保护工艺、一次腐蚀工艺，其中隔离槽腐蚀是制备集成旁路二极管的关键工序。其特征在于：该工艺通过光刻胶掩蔽工艺制备图形，通过单一腐蚀液一次腐蚀至衬底层；一次腐蚀可同时腐蚀正面外延层及背面衬底材料；一次腐蚀可同时制得隔离槽及划片槽；通过一次腐蚀、电极蒸镀、合金等工序制得的旁路二极管可保护太阳电池免受“热斑”等空间损害；通过一次腐蚀制得划片槽，直接切割划片槽可避免边缘机械损伤，影响电池电性能。
Description
技术领域
本发明属于新能源以及空间电源领域，涉及隔离槽/划片槽的一次腐蚀工艺方法，具体涉及一种多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法。
背景技术
太阳电池阵在空间工作时，单片电池若被阴影遮挡或异常损伤时，会受到正常工作电池反向偏置而发热，影响太阳电池阵的输出功率甚至造成永久性损坏。旁路二极管是与一片或多片电池并联的二极管，它可以保护这些电池免于因局部阴影、电池坏片造成整串电池失效或受损，对保护太阳电池阵的正常工作有重要的作用。带集成旁路二极管的太阳电池因焊接损失小、组装效率及空间应用可靠性高、制备简单而被广泛应用。
高效太阳电池新型圆角集成旁路二极管的制造方法（申请号CN20081020434.7）采用多种腐蚀液分布腐蚀GaInP材料、GaAs材料、Ge衬底（三结砷化镓太阳电池结构及外延材料如图1、2所示），很难避免测向钻蚀的问题，不利于腐蚀的精确控制。最后通过机械切割获得特定尺寸的带集成旁路二极管太阳电池，对边缘损伤较大，需通过光刻胶保护正面，并且切割结束后需通过边缘腐蚀去除边缘损伤层，腐蚀步骤繁琐。
发明内容
本发明解决多结砷化镓太阳电池湿法腐蚀步骤繁琐的问题，采用一种多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺，一次腐蚀制得隔离槽及划片槽，可提高隔离槽腐蚀精度，并可优化划片工艺，去除去边缘腐蚀等工步，制得的带集成旁路二极管太阳电池可靠性增强。
本发明多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法包含了光刻胶保护工艺，一次腐蚀工艺，包括以下步骤：
1）涂布光刻胶掩蔽
在外延片上涂布正性光刻胶；
2）烘焙
涂胶后放入烘箱烘焙；
3）曝光
烘焙后，将覆有光刻胶的外延片置于光刻机上应用掩模版曝光；
4）显影
曝光后浸入碱性显影液显影；
5）坚膜
显影后，将外延片置入烘箱后烘，后烘坚膜温度为120℃～150℃；
6）一次腐蚀、去胶清洗、甩干
将覆有光刻胶掩蔽层的外延片，浸入含硝酸/氢溴酸/缓冲剂的一次腐蚀液中，腐蚀一定时间后取出放入去胶液中去除保护胶，最后通过清洗甩干；
在一次腐蚀基础上进行光刻制备二极管电极图形，并应用电子束蒸发AuGeNi/Au/Ag/Au电极可制得集成旁路二极管。
本发明的优点：采用一次腐蚀工艺方法可以通过单一腐蚀液一次腐蚀至衬底层，减少腐蚀液的测向钻蚀，。一次腐蚀可在腐蚀隔离槽的同时腐蚀划片槽，通过划片槽切割获得太阳电池，可有效避免边缘机械损伤，并可除去光刻胶保护、边缘腐蚀等工艺步骤。在一次腐蚀工艺基础上制成的旁路二极管与太阳电池直接集成，由于侧向钻蚀的有效控制，隔离槽边缘平整，增强了二极管和砷化镓太阳电池的可靠性。
附图说明
图1.A为太阳电池、二极管制作区域示意图
图1.B为图1A椭圆标注区域的放大图
图2为带集成旁路二极管砷化镓太阳电池主要材料示意图
图3为多结砷化镓一次腐蚀工艺流程图；
图4为采用常规湿法腐蚀和一次腐蚀制备的隔离槽边缘显微照片。
具体实施方式
本发明的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法流程如图3所示，各流程中工艺依次是：涂布光刻胶掩蔽、烘焙、曝光、显影、坚膜、一次腐蚀隔离槽/划片槽、去胶清洗、甩干。
本发明多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工作原理：硝酸和氢溴酸会发生反应，生成Br2与腐蚀液中过量的Br-络合，形成较为稳定的腐蚀液。腐蚀过程通过Br2、HBr的氧化络合作用腐蚀GaInP、GaAs、Ge等材料，在腐蚀液中加入缓冲剂或者改变腐蚀液各组分的比例可以调控腐蚀速率。
本发明实施例多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法的具体工艺流程如下：在外延片上涂布正性光刻胶，正性光刻胶涂布的厚度为10μm～20μm。涂胶后放入烘箱烘焙，烘焙温度100℃～120℃，烘焙时间为15min～25min。烘焙后，将覆有光刻胶的外延片置于光刻机上应用掩模版曝光，曝光时间为1min～2min。曝光后浸入碱性显影液显影，时间为1min～2min。显影后，将外延片置入烘箱后烘，后烘坚膜温度为120℃～150℃，时间为15min～20min。将覆有光刻胶掩蔽层的外延片，浸入含硝酸/氢溴酸/缓冲剂的一次腐蚀液中，腐蚀一定时间后取出放入去胶液中去除保护胶，最后通过清洗甩干。在一次腐蚀基础上进行光刻制备二极管电极图形，并应用电子束蒸发AuGeNi/Au/Ag/Au电极可制得集成旁路二极管。
在一次腐蚀过程中，选用的腐蚀液包含硝酸、氢溴酸及一种缓冲试剂，可一次腐蚀至衬底层，可同时刻蚀正面外延层及背面衬底材料，通过一次腐蚀工艺可同时制得隔离槽及划片槽。通过一次腐蚀、电极蒸镀、合金等工序制得的旁路二极管保护太阳电池免受“热斑”等空间损害。通过一次腐蚀制得划片槽，直接切割划片槽可避免边缘机械损伤，影响电池电性能。
采用常规湿法腐蚀方法和一次腐蚀方法制备的隔离槽显微照片如图4所示，可以看出采用一次腐蚀工艺后，测向钻蚀得到了有效控制，隔离槽边缘质量得到了大幅提高，缓冲剂的加入使腐蚀可控性大为增强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
Claims (9)
1.一种多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）涂布光刻胶掩蔽
在外延片上涂布正性光刻胶；
2）烘焙
涂胶后放入烘箱烘焙；
3）曝光
烘焙后，将覆有光刻胶的外延片置于光刻机上应用掩模版曝光；
4）显影
曝光后浸入碱性显影液显影；
5）坚膜
显影后，将外延片置入烘箱后烘，后烘坚膜温度为120℃～150℃；
6）一次腐蚀、去胶清洗、甩干
将覆有光刻胶掩蔽层的外延片，浸入含硝酸/氢溴酸/缓冲剂的一次腐蚀液中，腐蚀一定时间后取出放入去胶液中去除保护胶，最后通过清洗甩干；
在一次腐蚀基础上进行光刻制备二极管电极图形，并应用电子束蒸发AuGeNi/Au/Ag/Au电极可制得集成旁路二极管。
2.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤1）中正性光刻胶涂布的厚度为10μm～20μm。
3.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤2）中，烘焙温度100℃～120℃，烘焙时间为15min～25min。
4.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤3）中曝光时间为1min～2min。
5.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤4）中显影的时间为1min～2min。
6.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤5）中后烘坚膜时间为15min～20min。
7.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤6）中腐蚀液包含硝酸、氢溴酸及缓冲试剂。
8.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤6）中一次腐蚀操作可同时刻蚀正面外延层及背面衬底材料。
9.如权利要求1所述的多结砷化镓太阳电池一次腐蚀工艺方法，其特征在于，步骤6）中通过一次腐蚀工艺可同时制得隔离槽及划片槽。
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