CN106340564A - 一种用于光谱校准的多结电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光谱校准的多结电池及其制作方法。该多结电池包括从上到下包括顶电极、具备多个子电池的外延结构和底电极，所述具备多个子电池的外延层结构与待测多结电池外延层结构相同，所述外延结构的其中一子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池，所述各个所述非校准电池设有短路电路结构，当外部电源接通所述顶电极和底电极时，所述非校准电池处于短路状态，只有所述校准电池正常导通，处理工作状态。该多结电池只有某一单层外延正常工作，使用该多结电池进行光谱浇筑，确保了校准光谱用单结电池同使用该光谱测试的多结电池外延的一致性，从而避免光谱偏差导致的多结电池测试误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光谱校准的多结电池及其制作方法，属于半导体器件与工艺技术领域。
背景技术
为了解决能源危机，太阳电池得到迅猛发展。这对于太阳电池的测试表征系统也提出了新的要求，目前常见的太阳能电池测试系统主要有光源、源表、探针台及数据处理软件构成。光源是指太阳光谱模拟器，对于目前常见的多结电池测试系统，需要准确的模拟从300nm到2000nm的太阳光谱，所以需要有不同波长吸收的单结电池来标定模拟器的太阳光谱与所测多结电池的光谱吻合性。
目前校准光谱用的电池主要是ISOtype单结子电池，其电池外延结构往往将其上或其下的外延层采用相似厚度的N掺或P掺外延层结构代替。这种方法制作的校准光谱用单结电池，需要更改该单结电池其上或其下电池的外延生长条件，重新编写程序或者换用生长衬底，这给外延端及芯片端都带来不便；更重要的是，这种方法生长的单结电池，存在光子循环效应，从而使单结电池的光谱跟多结电池中该结电池的光谱有所差异，导致测试光谱不够匹配，影响测试的准确性。
中国专利文献CN102435926A公开了一种用于确定光伏器件的参数的方法，其采用将非光谱校准结电池的p-i-n结中的i层转变为导电层，这种方法即是isotype型校准电池的一种，该导电层不可避免会有辐射复合产生的光子循环效应，从而使单结电池的光谱跟多结电池中该结电池的光谱有所差异。
发明内容
本发明提供了一种用于光谱校准的多结电池及其制作方法。该多结电池采用多结电池外延制作而成，只能有某一层外延层单结电池正常工作，其余外延层处于短路状态。
一种用于光谱校准的多结电池，从上到下包括顶电极、具备多个子电池的外延结构和底电极，其特征在于：所述具备多个子电池的外延层结构与待测多结电池外延层结构相同，所述外延结构的其中一子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池，所述各个所述非校准电池设有短路电路结构，当外部电源接通所述顶电极和底电极时，所述非校准电池处于短路状态，只有所述校准电池正常导通，处理工作状态。
优选地，所述非校准子电池的侧壁及上、下表面的设有金属结构，电性连接所述非校准电池的上、下表面，并与所述顶电极或底电极连接，构成所述短路电路结构。
优选地，所述外延结构的各个子电池之间通过隧穿结连接，所述短路电路结构通过所述隧穿结与所述非校准电池的上表面或下表面形成电性连接。
优选地，所述隧穿结的掺杂浓度足够高，使其与所述短路电路结构形成欧姆接触。
优选地，所述外延结构的顶面具有欧姆接触层，各个子电池之间具有隧穿结，各个子电池包括发射区和基区。
优选地，所述外延结构具有台阶，所述台阶包含多个子结电池中的至少一个子电池的发射区与基区，台阶的上表面为该子电池的外延层上的欧姆接触层或隧穿结，台阶的下表面为该子电池下的隧穿结或衬底。
优选地，所述台阶表面与侧壁上覆盖有金属结构作为短路电路结构，该金属结构与台阶表面的外延层形成欧姆接触，将所述台阶中所包含的子电池上、下表面形成电性连接，使该结子电池处于短路状态。
在一个具体实施例中，所述外延结构的各子电池之间具有隧穿结外延结构，各结子电池外延结构具有台阶状侧壁结构，且该侧壁上包覆一层能形成欧姆接触的金属结构，包覆的金属结构能够将多结电池其中一结电池的之外的外延层进行短路，形成了多结电池其中一结外延层的单结电池，该多结电池工作时只有某一单层外延正常工作，可以用来进行光谱标定。
一种用于光谱校准的多结电池的制作方法，包含如下步骤：提供一与待测多结电池外延层结构相同的外延结构，其具备多个子电池；确定所述外延结构的其中一结子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池；在所述外延结构上制作顶电极、底电极及短路电路结构，当外部电源接通所述顶电极和底电极时，所述非校准电池处于短路状态，只有所述校准电池正常导通，处理工作状态。
在本发明的一个实施例中，用于光谱校准的多结电池的制作方法，包括如下步骤：（1）提供衬底，在其上形成一与待测多结电池外延层结构相同的外延结构，其包括多结子电池及各结子电池之间的隧穿结；（2）确定所述外延结构的其中一结子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池；（3）对所述外延层顶部的第一结子电池进行选区腐蚀，制作出第一结子电池台阶，露出其下的隧穿结外延层；接着在该台阶上再次进行选区腐蚀，同样地，制作出下一结子电池的台阶，露出其下的隧穿结外延层；依次将多结电池的所有子电池制作出台阶，最后截止在所述衬底表面；（4）在所述外延结构的顶面制作顶电极、在所述外延结构的底面制作底电极，在所述非校准电池的对应的台阶制作短路电路结构。
优选地，所述步骤（1）中，在所述隧穿结外延层与子电池外延层之间制备一层或多层腐蚀截止层，该腐蚀截止层不会被用于腐蚀子电池外延层和隧穿结外延层的溶液腐蚀，同时腐蚀该截止层的溶液不会腐蚀子电池外延层和隧穿结外延层。
优选地，所述步骤（4）中，在所述非校准电池的台阶侧壁制作金属结构，同时与该非校准电池的顶面和底面形成电性连接，将所述金属结构与顶电极或底电极连接，作为短路电路结构。
优选地，所述步骤（4）中，所述金属结构与所述台阶两侧保留的隧穿结形成欧姆接触，其材料可以选择与顶电极或底电极相同的材料，也可采用其它不同材料金属。
优选地，所述金属结构可包覆在台阶上，也可只包覆台阶结构的两个台阶面。
优选地，还在可步骤（4）后在外延结构的表面上制作减反射膜结构，其材料为Ti3O5、Al2O3 、MgF2、SiO2中的一层或多层组合，从外延层表面开始，要求膜材料的折射率依次降低。
本发明的创新点及优点在于：直接采用多结电池外延，免去重新生长其中一结单层电池外延结构的步骤，避免该步骤需要更换衬底或者转换掺杂性质带来的不便；采用将多结电池外延层结构中非校准结电池短路，只保留其中一结子电池正常工作的方法，避免光子循环效益的产生，该结子电池的光谱跟多结电池的光谱完全匹配，能够提高光谱标定的准确性，从而提高多结电池测试系统的准确性。
附图说明：
本附图说明以Ge衬底三结电池外延片，制作用于光谱校准的多结电池为例，该多结电池用于校准Ge衬底三结电池中中电池的光谱波段，但不应以此局限本发明的保护范围。
图1为Ge衬底三结电池外延结构示意图。
图2为用于中电池光谱波段校准的Ge衬底三结电池结构示意图。
图3为将Ge衬底三结电池腐蚀掉顶电池后形成第一个台阶示意图。
图4为将Ge衬底三结电池腐蚀掉中电池后形成第二个台阶示意图。
图5为将Ge衬底三结电池腐蚀掉底电池后形成第三个台阶示意图。
图6为阴极电极结构和侧壁金属结构示意图。
图7为用于底电池光谱波段校准的Ge衬底三结电池结构示意图。
图8为将Ge衬底三结电池腐蚀掉顶中电池后形成底电池台阶示意图。
图9为区别于实施例2的，用于底电池光谱波段校准的Ge衬底三结电池结构示意图。
图中：
001 阳极电极结构
002 Ge衬底
003 Ge底电池外延层结构
004 中底电池隧穿结外延层结构
005 中电池外延层结构
006 中顶电池隧穿结外延层结构
007 顶电池外延层结构
008 接触层外延层结构
009 减反射膜
010 阴极电极结构及侧壁金属结构
011 侧壁金属结构。
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。
实施例1
本实施例以Ge衬底三结电池外延片，制作用于校准Ge衬底三结电池的中电池的光谱波段的校准电池为例，电池结构如图2所示。下面结合制作方法对该用于光谱校准的多结电池进行详细说明。
首先，提供与待测多结电池外延层结构相同的多结电池外延片，该外延片具有多结子电池结构，各个子电池之间具有隧穿结结构，隧穿结掺杂浓度可调，如图1所示。
接着，在外延片的各结子电池制作台阶，具体如下：
（1）采用正性光刻胶进行光刻掩膜，对多结电池外延进行选区腐蚀；采用H3PO4：H2O2选区腐蚀掉欧姆接触层；再采用HCl：H3PO4作为腐蚀液，腐蚀掉顶电池外延层结构，截止在AlGaAs:C隧穿结结构的外延层上，制作出第一个台阶，也即顶电池台阶，如图3所示；
（2）使用丙酮、异丙醇去除光刻胶涂层；然后，同样地采用正性光刻胶进行光刻掩膜，在已经暴露出的第一个台阶上，对多结电池外延进行选区腐蚀；采用H3PO4：H2O2选区腐蚀掉第一层隧穿结和中电池外延层，截止在AlGaAs:C外延层结构上，制作出第二个台阶，也即中电池台阶，如图4所示；
（3）使用丙酮、异丙醇去除光刻胶涂层；然后，同样地采用正性光刻胶进行光刻掩膜，在已经暴露出的第二个台阶上，对多结电池外延进行选区腐蚀；采用HCl：HF：CH3COOH腐蚀掉中底隧穿结结构和Ge底电池，截止在Ge衬底，制作出第三个台阶，也即底电池台阶，如图5所示；然后使用丙酮、异丙醇去除光刻胶涂层。
接着，制作电极及短路电路连接。具体如下：
（1）在具有选区台阶状结构的外延层上，采用负性光刻胶光罩掩膜，制作出电极蒸镀掩膜区域；本实例需短路顶电池和底电池外延结构，即掩膜区域需暴露欧姆接触层、顶电池外延结构、一部分中顶隧穿结结构和一部分中底隧穿结结构、底电池外延结构、Ge衬底；
（2）进行极阴极电极、侧壁上的金属结构蒸镀，采用电子束方式蒸镀正面pad电极结构和侧壁金属结构，金属电极结构为AuGeNi/Au/Ag/Au，厚度为200nm/80nm/6000nm/200nm；同样地，电子束方式蒸镀侧壁金属结构，金属电极结构为Pd/Ag/Au，厚度为200nm/3000nm/200nm；如图6所示。
接着，进行减反膜蒸镀，采用电子束方式蒸镀镀层结构为Ti3O5/Al2O3的减反膜，厚度为45nm/75nm，然后进行退火处理，处理温度为380℃。
最后，采用正性光刻胶进行保护，将电池进行分割，切割成单颗芯粒，然后使用柠檬酸和双氧水混合溶液，腐蚀掉切割刀痕残渣，进行化学腐蚀钝化，防止边缘漏电。即形成如图2所示电池结构。
实施例2
本实施例以Ge衬底三结电池外延片，制作用于校准Ge衬底三结电池的锗底电池的光谱波段的校准电池为例，电池结构如图7所示。下面结合制作方法对该用于光谱校准的多结电池进行详细说明。
首先，提供与待测多结电池外延层结构相同的多结电池外延片，该外延片具有多结子电池结构，各个子电池之间具有隧穿结结构，隧穿结掺杂浓度可调，如图1所示。
接着，在外延片的各结子电池制作台阶，具体如下：
（1）采用正性光刻胶进行光刻掩膜，对多结电池外延进行选区腐蚀；采用H3PO4：H2O2选区腐蚀掉欧姆接触层；再采用HCl：H3PO4作为腐蚀液，腐蚀掉顶电池外延层结构，再采用H3PO4：H2O2选区腐蚀掉第一层隧穿结和中电池外延层；然后采用HCl：HF：CH3COOH腐蚀掉中底隧穿结结构和Ge底电池，截止在Ge衬底，制作出该底电池个台阶，如图8所示；然后使用丙酮、异丙醇去除光刻胶涂层；
（4）然后，在具有选区台阶状结构的外延层上，采用负性光刻胶光罩掩膜，制作出电极蒸镀掩膜区域；本实例需短路顶电池和底电池外延结构，即掩膜区域需暴露欧姆接触层、顶电池外延结构、一部分中顶隧穿结结构和一部分中底隧穿结结构、底电池外延结构、Ge衬底；
（5）进行极阴极电极、侧壁上的金属结构蒸镀，采用电子束方式蒸镀正面pad电极结构和侧壁金属结构，金属电极结构为AuGeNi/Au/Ag/Au，厚度为200nm/80nm/6000nm/200nm；同样地，电子束方式蒸镀侧壁金属结构，金属电极结构为Pd/Ag/Au，厚度为200nm/3000nm/200nm；如图6所示；
（6）进行减反膜蒸镀，采用电子束方式蒸镀镀层结构为Ti3O5/Al2O3的减反膜，厚度为45nm/75nm，然后进行退火处理，处理温度为380℃；
（7）采用正性光刻胶进行保护，将电池进行分割，切割成单颗芯粒，然后使用柠檬酸和双氧水混合溶液，腐蚀掉切割刀痕残渣，进行化学腐蚀钝化，防止边缘漏电。即形成如图7所示电池结构。
特别的，对于底电池波段校准用电池，同样可以采用图9所示的电池结构方式。该方式的台阶腐蚀方式与实施例1相同，但是阴极电池蒸镀和侧壁的金属结构需要选区蒸镀，这一点区别于实施例1，两种方式的共同点为，都采用侧壁的金属结构将顶中电池短路，只有底电池工作，从而进行校准。
Claims (12)
1.一种用于光谱校准的多结电池，从上到下包括顶电极、具备多个子电池的外延结构和底电极，其特征在于：所述具备多个子电池的外延层结构与待测多结电池外延层结构相同，所述外延结构的其中一子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池，所述各个所述非校准电池设有短路电路结构，当外部电源接通所述顶电极和底电极时，所述非校准电池处于短路状态，只有所述校准电池正常导通，处理工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于光谱校准的多结电池，其特征在于：所述非校准子电池的侧壁及上、下表面的设有金属结构，电性连接所述非校准电池的上、下表面，并与所述顶电极或底电极连接，构成所述短路电路结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于光谱校准的多结电池，其特征在于：所述外延结构的各个子电池之间通过隧穿结连接，所述短路电路结构通过所述隧穿结与所述非校准电池的上表面或下表面形成电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于光谱校准的多结电池，其特征在于：所述隧穿结的掺杂浓度足够高，使其与所述短路电路结构形成欧姆接触。
5.根据权利要求1所述的一种用于光谱校准的多结电池，其特征在于：所述外延结构的顶面具有欧姆接触层，各个子电池之间具有隧穿结，各个子电池包括发射区和基区。
6.根据权利要求5所述的一种用于光谱校准的多结电池，其特征在于：所述外延结构具有台阶，所述台阶包含多个子结电池中的至少一个子电池的发射区与基区，台阶的上表面为该子电池的外延层上的欧姆接触层或隧穿结，台阶的下表面为该子电池下的隧穿结或衬底。
7.根据权利要求6所述的一种用于光谱校准的多结电池，其特征在于：所述台阶表面与侧壁上覆盖有金属结构作为短路电路结构，该金属结构与台阶表面的外延层形成欧姆接触，将所述台阶中所包含的子电池上、下表面形成电性连接，使该结子电池处于短路状态。
8.一种用于光谱校准的多结电池的制作方法，包含如下步骤：
提供一与待测多结电池外延层结构相同的外延结构，其具备多个子电池；
确定所述外延结构的其中一结子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池；
在所述外延结构上制作顶电极、底电极及短路电路结构，当外部电源接通所述顶电极和底电极时，所述非校准电池处于短路状态，只有所述校准电池正常导通，处理工作状态。
9.根据权利要求8所述的用于光谱校准的多结电池的制作方法，包括如下步骤：
（1）提供衬底，在其上形成一与待测多结电池外延层结构相同的外延结构，其包括多结子电池及各结子电池之间的隧穿结；
（2）确定所述外延结构的其中一结子电池作为校准电池，其余子电池作为非校准电池；
（3）对所述外延层顶部的第一结子电池进行选区腐蚀，制作出第一结子电池台阶，露出其下的隧穿结外延层；接着在该台阶上再次进行选区腐蚀，同样地，制作出下一结子电池的台阶，露出其下的隧穿结外延层；依次将多结电池的所有子电池制作出台阶，最后截止在所述衬底表面；
（4）在所述外延结构的顶面制作顶电极、在所述外延结构的底面制作底电极，在所述非校准电池的对应的台阶制作短路电路结构。
10.根据权利要求9所述的用于光谱校准的多结电池的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中，在所述隧穿结外延层与子电池外延层之间制备一层或多层腐蚀截止层，该腐蚀截止层不会被用于腐蚀子电池外延层和隧穿结外延层的溶液腐蚀，同时腐蚀该截止层的溶液不会腐蚀子电池外延层和隧穿结外延层。
11.根据权利要求9所述的用于光谱校准的多结电池的制作方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在所述非校准电池的台阶侧壁制作金属结构，同时与该非校准电池的顶面和底面形成电性连接，将所述金属结构与顶电极或底电极连接，作为短路电路结构。
12.根据权利要求11所述的用于光谱校准的多结电池的制作方法，其特征在于：所述金属结构与所述台阶两侧保留的隧穿结形成欧姆接触。
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| CN112614915B (zh) * | 2020-12-29 | 2022-03-08 | 江苏宜兴德融科技有限公司 | 太阳能电池测试方法和太阳能电池测试中间结构 |
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