CN105390566A - 一种倒装太阳能电池芯片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种倒装太阳能电池芯片制造方法，包括以下步骤：形成一倒装太阳能电池外延层和一支撑衬底；在倒装太阳能电池外延层和支撑衬底表面分别蒸镀一键合金属层并进行键合；腐蚀外延层衬底直至露出n型GaAs欧姆接触层；将n型GaAs欧姆接触层表面划分为多个子单元；根据一设定的腐蚀图形，在每一子单元表面分别逐层腐蚀直至露出倒装太阳能电池外延层上的键合金属层；在每一子单元表面分别制作正电极和负电极，其中，负电极包括两个相互平行的主栅和多个副栅；去除每一子单元中多个副栅之间的n型GaAs欧姆接触层；在每一子单元的表面淀积减反射层；腐蚀掉每一子单元中正电极表面和主栅表面的减反射层；将每一子单元分离，得到多个倒装太阳能电池芯片。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制作技术领域，具体而言，涉及一种倒装太阳能电池芯片制造方法。
背景技术
由于化石燃料的不可再生性及其引发的环境问题，开发可再生能源已成为全球性的课题。太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，这在很大程度上减少了人们对化石燃料的依赖，因此发展太阳能电池具有深远的战略意义。近些年来，随着聚光光伏技术的发展，多结Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳能电池因其高光电转换效率而越来越受到关注。
相比于晶格匹配艺术级的GaInP/Ga(In)As/Ge常规三结电池，倒装异质生长的多结电池具有各节子电池电流匹配的优点，且具备更高的转换效率，已成为空间应用以及民用的另一种选择。然而倒装太阳能电池相比于常规三结电池而言其芯片制程更加的复杂，成本也相对较高，因此如何简化制程、降低成本已成为提升其市场竞争力的关键所在。
发明内容
本发明提供一种倒装太阳能电池芯片制造方法，用以简化倒装太阳能电池芯片的制作过程，以及降低其制作成本。
为达到上述目的，本发明提供了一种倒装太阳能电池芯片制造方法，包括以下步骤：
S1：在一电池本体衬底上方依次淀积一腐蚀截止层、一n型GaAs欧姆接触层、一带隙递减的多结电池以及一p型GaAs欧姆接触层，以形成一倒装太阳能电池外延层；
S2：提供一支撑衬底；
S3：在倒装太阳能电池外延层和支撑衬底表面分别蒸镀一键合金属层；
S4：采用金属键合工艺，将上一步骤中的两个键合金属层进行键合；
S5：去除电池本体衬底和腐蚀截止层，露出n型GaAs欧姆接触层；
S6：在n型GaAs欧姆接触层表面进行划分，将其表面划分为多个形状为矩形的子单元；
S7：根据一设定的腐蚀图形，运用光刻工艺在每一子单元表面分别逐层腐蚀掉n型GaAs欧姆接触层、带隙递减的多结电池以及p型GaAs欧姆接触层，露出倒装太阳能电池外延层上的键合金属层；
S8：在每一子单元表面分别制作正电极和负电极，其中，在未经S7步骤腐蚀过的位置制作负电极，在经S7步骤腐蚀过的位置制作正电极，其中，负电极包括两个相互平行的主栅和多个与主栅垂直的副栅；
S9：去除每一子单元中多个副栅之间的n型GaAs欧姆接触层；
S10：在每一子单元的表面淀积减反射层；
S11：腐蚀掉每一子单元中正电极表面和主栅表面的减反射层；
S12：将每一子单元分离，得到多个倒装太阳能电池芯片。
可选的，电池本体衬底为一n型GaAs衬底。
可选的，多结电池为三结电池或四结电池。
可选的，支撑衬底的材质为玻璃、硅或金属。
可选的，键合金属层的材质为金。
可选的，步骤S7中的腐蚀过程为采用湿法腐蚀工艺进行。
可选的，正电极、主栅和副栅的剖面均为等腰梯形。
可选的，腐蚀图形为矩形。
可选的，减反射层包括多层氧化物，氧化物为以下任意一种：Al2O3、Ti3O5和SiO2。
可选的，在步骤S11之后S12之前，还包括一将经S1～S11步骤制作的结构置于退火炉中进行熔合的步骤。
本发明的提供的倒装太阳能电池芯片制造方法可以一次性同时制备电池芯片的正电极和负电极，且支撑衬底的可选性增强，可有效地简化制程工艺，提高生产效率，缩减生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的倒装太阳能电池芯片制造方法流程图；
图2为两个键合金属层键合之后的剖面图；
图3为将n型GaAs欧姆接触层表面划分为多个子单元的示意图；
图4为经S7步骤中腐蚀过程后的子单元剖面图；
图5为制作正电极和负电极之后的子单元的平面示意图；
图6为制作正电极和负电极之后的子单元中副栅位置处的剖面图；
图7为制作正电极和负电极之后的子单元中主栅位置处的剖面图；
图8为去除子单元中多个副栅之间的n型GaAs欧姆接触层后副栅位置处的剖面图；
图9为腐蚀掉减反射层后的副栅位置处的剖面图；
图10为腐蚀掉减反射层后的子单元平面示意图。
附图标记说明：11-子单元；12-负电极；1201-主栅；1202-副栅；13-正电极；14-正电极边缘的减反射层；15-主栅边缘的减反射层；16-副栅表面的减反射层；17-电极之外的减反射层；201-n型GaAs衬底；202-腐蚀截止层；203-n型GaAs欧姆接触层；204-光电转换区；205-p型GaAs欧姆接触层；206-倒装太阳能电池外延层上的键合金属层；207-支撑衬底上的键合金属层；208-支撑衬底；S1～S12-步骤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一个实施例的倒装太阳能电池芯片制造方法流程图；如图所示，该倒装太阳能电池芯片制造方法包括以下步骤：
S1：在一电池本体衬底上方依次淀积一腐蚀截止层、一n型GaAs欧姆接触层、一带隙递减的多结电池以及一p型GaAs欧姆接触层，以形成一倒装太阳能电池外延层；
其中，本实施例中，电池本体衬底采用n型GaAs衬底，带隙递减的多结电池可以为三结电池或四结电池，还可以是更多结电池，同时，带隙递减的多结电池构成一光电转换区。另外，本领域中多采用形状为圆形的衬底，本实施例中的电池本体衬底也为圆形，在该圆形电池本体衬底上淀积其他各层。
S2：提供一支撑衬底；
其中，支撑衬底起到支撑作用，其可选性较强，材质可以为玻璃、硅或金属等。
S3：在倒装太阳能电池外延层和支撑衬底表面分别蒸镀一键合金属层；
其中，键合金属层的材质可以为金或其他可以用于键合的金属。
S4：采用金属键合工艺，将上一步骤中的两个键合金属层进行键合；
如图2所示为两个键合金属层键合之后的剖面图，如图所示，201为n型GaAs衬底，202为腐蚀截止层，203为n型GaAs欧姆接触层，204为光电转换区，205为p型GaAs欧姆接触层，206为倒装太阳能电池外延层上的键合金属层，207为支撑衬底上的键合金属层，208为支撑衬底，倒装太阳能电池外延层上的键合金属层206与支撑衬底上的键合金属层207键合在一起，二者紧密接触。
S5：去除电池本体衬底和腐蚀截止层，露出n型GaAs欧姆接触层；
本步骤中去除掉了图2中的n型GaAs衬底201和腐蚀截止层202，露出了n型GaAs欧姆接触层203。
S6：在n型GaAs欧姆接触层表面进行划分，将其表面划分为多个形状为矩形的子单元；
其中，划分多个子单元一方面是为了实现芯片的太阳能电池芯片的功能分离，另一方面是为了后续过程中分离每颗芯片，每一子单元均对应一颗芯片，这里划分的多个形状为矩形的子单元的长度和宽度根据所要制作的芯片的长度和宽度进行确定，当芯片的长度和宽度相等即芯片的形状为正方形时，划分的每一子单元也应为正方形。
如图3所示为将n型GaAs欧姆接触层203表面划分为多个子单元11的示意图，在形状为圆形的n型GaAs欧姆接触层203表面划分出多个大小一致、形状为正方形的子单元11，每一子单元11对应一颗芯片。
S7：根据一设定的腐蚀图形，运用光刻工艺在每一子单元表面分别逐层腐蚀掉n型GaAs欧姆接触层、带隙递减的多结电池以及p型GaAs欧姆接触层，露出倒装太阳能电池外延层上的键合金属层；
其中，这一过程可采用湿法腐蚀工艺进行，腐蚀图形的形状与所要制作的芯片上的正电极的形状相匹配，因为下一步骤将在本步骤中腐蚀位置处制作正电极，因正电极一般为矩形，故此处的腐蚀图形一般也为矩形。
如图4所示为经S7步骤中腐蚀过程后的子单元剖面图，如图所示，子单元中右侧部分的n型GaAs欧姆接触层203，光电转换区204和p型GaAs欧姆接触层205均已被腐蚀掉。
S8：在每一子单元表面分别制作正电极和负电极，其中，在未经S7步骤腐蚀过的位置制作负电极，在经S7步骤腐蚀过的位置制作正电极，其中，负电极包括两个相互平行的主栅和多个与主栅垂直的副栅；
如图5所示为制作正电极和负电极之后的子单元的平面示意图，负电极12包括两个相互平行的主栅1201和多个相互平行的副栅1202，且主栅1201与副栅1202相互垂直，图中包含5个副栅1202，但副栅的个数不以此为限，其具体个数应视芯片制作需要而定。
其中，在每一子单元表面，未经S7步骤腐蚀过的位置中的最上层为n型GaAs欧姆接触层203，经S7步骤腐蚀过的位置中的最上层为倒装太阳能电池外延层上的键合金属层206。也即负电极12位于n型GaAs欧姆接触层203之上，正电极13位于倒装太阳能电池外延层上的键合金属层206之上。
如图6所示为制作正电极和负电极之后的子单元中副栅位置处的剖面图，如图7所示为制作正电极和负电极之后的子单元中主栅位置处的剖面图。如图所示，主栅1201、副栅1202和正电极13的剖面均为等腰梯形，负电极12中的主栅1201、副栅1202均位于n型GaAs欧姆接触层203之上，正电极13位于倒装太阳能电池外延层上的键合金属层206之上。
S9：去除每一子单元中多个副栅之间的n型GaAs欧姆接触层；
如图8所示为去除子单元中多个副栅之间的n型GaAs欧姆接触层后副栅位置处的剖面图，如图所示，多个副栅1202之间的n型GaAs欧姆接触层已被去除。
S10：在每一子单元的表面淀积减反射层；
其中，减反射层包括多层氧化物，氧化物可以为以下任意一种：Al2O3、Ti3O5和SiO2，相应的，氧化物层为Al2O3层、Ti3O5层和SiO2层，也即，每一氧化物层仅包含上述一种氧化物，减反射层由多个上述氧化物层构成。
S11：腐蚀掉每一子单元中正电极表面和主栅表面的减反射层；
其中，在本步骤之后S12之前，还可以包括一将经S1～S11步骤制作的结构置于退火炉中进行熔合的步骤，以使正电极和负电极被更牢固的固定在与其连接的结构上。
图9为腐蚀掉减反射层后的副栅位置处的剖面图，图10为腐蚀掉减反射层后的子单元平面示意图。如图所示，正电极13表面和主栅1201表面的减反射层均被去除，其余位置均覆盖上了减反射层，如图所示，包括正电极边缘的减反射层14、主栅边缘的减反射层15、副栅表面的减反射层16以及电极之外的减反射层17。
S12：将每一子单元分离，得到多个倒装太阳能电池芯片。
本步骤中将每一子单元对应的芯片进行切割为独立的芯片，得到多个倒装太阳能电池芯片。
本发明的提供的倒装太阳能电池芯片制造方法可以一次性同时制备电池芯片的正电极和负电极，且支撑衬底的可选性增强，可有效地简化制程工艺，提高生产效率，缩减生产成本。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在一电池本体衬底上方依次淀积一腐蚀截止层、一n型GaAs欧姆接触层、一带隙递减的多结电池以及一p型GaAs欧姆接触层，以形成一倒装太阳能电池外延层；
S2：提供一支撑衬底；
S3：在所述倒装太阳能电池外延层和所述支撑衬底表面分别蒸镀一键合金属层；
S4：采用金属键合工艺，将上一步骤中的两个所述键合金属层进行键合；
S5：去除所述电池本体衬底和所述腐蚀截止层，露出所述n型GaAs欧姆接触层；
S6：在所述n型GaAs欧姆接触层表面进行划分，将其表面划分为多个形状为矩形的子单元；
S7：根据一设定的腐蚀图形，运用光刻工艺在每一子单元表面分别逐层腐蚀掉所述n型GaAs欧姆接触层、所述带隙递减的多结电池以及所述p型GaAs欧姆接触层，露出所述倒装太阳能电池外延层上的键合金属层；
S8：在每一子单元表面分别制作正电极和负电极，其中，在未经S7步骤腐蚀过的位置制作负电极，在经S7步骤腐蚀过的位置制作正电极，其中，所述负电极包括两个相互平行的主栅和多个与所述主栅垂直的副栅；
S9：去除每一子单元中多个所述副栅之间的n型GaAs欧姆接触层；
S10：在每一子单元的表面淀积减反射层；
S11：腐蚀掉每一子单元中正电极表面和主栅表面的减反射层；
S12：将每一子单元分离，得到多个倒装太阳能电池芯片。
2.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述电池本体衬底为一n型GaAs衬底。
3.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述多结电池为三结电池或四结电池。
4.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述支撑衬底的材质为玻璃、硅或金属。
5.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述键合金属层的材质为金。
6.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，步骤S7中的腐蚀过程为采用湿法腐蚀工艺进行。
7.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述正电极、所述主栅和所述副栅的剖面均为等腰梯形。
8.据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述腐蚀图形为矩形。
9.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，所述减反射层包括多层氧化物，所述氧化物为以下任意一种：Al2O3、Ti3O5和SiO2。
10.根据权利要求1所述的倒装太阳能电池芯片制造方法，其特征在于，在步骤S11之后S12之前，还包括一将经S1～S11步骤制作的结构置于退火炉中进行熔合的步骤。
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