CN106653947A - 一种三结砷化镓太阳电池钝化方法及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三结砷化镓太阳电池钝化方法及制备方法，包括对划片后的半成品太阳电池进行以下步骤：a.GaInP子电池边缘湿法腐蚀钝化；b.Cap层腐蚀及GaInAs子电池边缘湿法腐蚀钝化；c.蒸镀减反射膜同时对太阳电池的侧截面进行介质膜沉积钝化。该钝化工艺可有效解决ⅢⅤ族多结太阳电池划片后边缘引入大量缺陷造成的光生电流复合损失，提高三结砷化镓太阳电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及ⅢⅤ族多结太阳电池工艺技术领域，尤其是涉及一种三结砷化镓太阳电池钝化方法及制备方法。
背景技术
ⅢⅤ族多结太阳电池由圆片按图形尺寸进行切割后，由金刚石砂轮切割的断面存在大量的晶格损伤缺陷，由晶格缺陷形成的少子复合中心暴露出严重的边缘缺陷漏电问题，尤其对于尺寸较小的电池影响更为明显：实际的生产表明，30mm×40mm尺寸的GaInP/GaInAs/Ge太阳电池较40mm×60mm尺寸的GaInP/GaInAs/Ge太阳电池效率绝对值低0.5％(AM0)。目前中、外大多数厂家采用光刻开槽、湿法腐蚀台阶的工艺进行边缘钝化，但这种方法工艺复杂，不仅需要精准的光刻工艺保障，还要多种选择性的腐蚀液交替进行精准腐蚀，对工艺窗口的控制、操作人员的要求比较苛刻，同时延长了工艺流程时间，提高了原材料的消耗，增加了成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种三结砷化镓太阳电池钝化方法及制备方法，解决ⅢⅤ族多结太阳电池划片后边缘引入大量缺陷造成的光生电流复合损失的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三结砷化镓太阳电池钝化方法，包括对划片后的半成品太阳电池进行以下步骤：
a.GaInP子电池边缘湿法腐蚀钝化；
b.Cap层腐蚀及GaInAs子电池边缘湿法腐蚀钝化；
c.蒸镀减反射膜同时对太阳电池的侧截面进行介质膜沉积钝化。
技术方案中，优选的，步骤a中的钝化方法为将划片后的半成品太阳电池浸入浓HCl中20-50s，然后经去离子水多次冲洗。
技术方案中，优选的，步骤b中的钝化方法为将步骤a所得半成品太阳电池浸入酸性H2O2腐蚀液中1.5-2.0min。
技术方案中，优选的，酸性H2O2腐蚀液为C6H8O7、H2O与H2O2的混合溶液。
技术方案中，优选的，C6H8O7、H2O与H2O2的混合溶液中C6H8O7：H2O：H2O2的质量比为3：3：1-8：8：1。
技术方案中，优选的，步骤c为蒸镀Ti2O3/Al2O3双层减反射膜，使介质膜蒸汽沉积在太阳电池的受光面同时在划开的太阳电池单体侧截面也形成有效的沉积，双层减反射膜厚度为100nm-150nm。
技术方案中，优选的，还包括在步骤a之前进行步骤a1，步骤a1为清洗切片后半成品太阳电池表面的可溶性油污、部分金属离子和氧化物。
技术方案中，优选的，步骤a1为使用乙醇、NaOH溶液和HCl溶液中的一种或多种对切片后半成品太阳电池表面进行清洗。
技术方案中，优选的，NaOH溶液为5％NaOH去离子水溶液，HCl溶液为H2O：HCl体积比为2:1的溶液。
一种三结砷化镓太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
1).外延；
2).光刻；
3).上电极蒸镀；
4).下电极蒸镀；
5).烧结；
6).划片；
7).对由步骤6)得到的太阳电池半成品进行钝化，钝化采用上述钝化方法。
本发明具有的优点和积极效果是：对划片后的三结砷化镓太阳电池进行边缘钝化工艺，可以有效解决ⅢⅤ族多结太阳电池划片后边缘引入大量缺陷造成的光生电流复合损失，提高三结砷化镓太阳电池的光电转换效率。且该钝化工艺合理简便，不需经过精准复杂的光刻开槽等步骤，工艺流程时间减短，减少了生产成本和原材料消耗。
附图说明
图1是本发明三结砷化镓太阳电池制备方法流程图
图2是本发明中三结砷化镓太阳电池结构示意图
图3是本发明中湿法钝化前后截面SEM对比图(左：未钝化截面；右：钝化后截面)
图4是本发明中三结砷化镓太阳电池介质膜钝化后的结构示意图
图中：
1、上电极 2、Cap层 3、窗口层
4、顶电池 5、顶隧穿结 6、中间电池
7、底隧穿结 8、缓冲层 9、衬底(底电池)
10、下电极 11、减反射膜/钝化层
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步描述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本实施例所述的一种三结砷化镓太阳电池制备方法包括以下步骤，其中步骤二与步骤三为本实施例所述的一种三结砷化镓太阳电池钝化方法：
步骤一、外延；光刻；上电极蒸镀；下电极蒸镀；烧结和划片。
1)外延：GaInP/GaInAs/Ge太阳电池电极制备。采用低压MOCVD工艺，在免清洗Ge衬底片上，按图2所示结构依次外延GaAs缓冲层、底隧道结P+AlGaAs/N+GaAs、GaAs中间电池np结构、顶隧穿结P+AlGaAs/N+AlInP结构、GaInP顶电池np结构、AlInP窗口层、GaAs材料Cap层；
2)光刻：太阳电池外延片经过光刻工艺在外延片表面形成光刻掩膜电极图形；
3)上电极蒸镀：然后经过真空电子枪蒸镀，制备AuGeAgAu上电极；
4)下电极蒸镀：然后蒸镀AuGeAg下电极；
5)烧结：经过上、下电极蒸镀的晶片，金半接触已经完成，但多层金属体系之间、金属和半导体之间的接触并不十分牢固，需要300℃～400℃高温的烧结工艺才更加可靠；
6)划片：按事先设计电池尺寸设置划片机的X、Y方向参数，设置划片厚度及划片刀进刀走速、划片刀旋转速率，通过移测显微镜进行对准，可以完成划片工艺。
步骤二、湿法腐蚀钝化，去Cap层同时钝化。
1)GaInP/Ga(In)As/Ge太阳电池半成品表面清洗：将太阳电池半成品分别经过乙醇、NaOH、HCl清洗，去掉表面的可溶性油污、部分金属离子、氧化物，可将太阳电池半成品浸入5％NaOH去离子水溶液中浸泡1min，可以对晶片表面残存的光刻胶、油污等去除；经去离子水反复冲洗再浸入H2O：HCl体积比为2：1的溶液中0.5min，对晶片表面的半导体氧化物进行去除，同时可以去除部分可溶性金属离子沾污；用去离子水反复清洗获得清洁晶体界面；
2)GaInP子电池边缘湿法腐蚀钝化：将GaInP/GaInAs/Ge太阳电池半成品浸入浓HCl20s～50s，并不断抖动，可以对GaInP子电池粗糙截面进行钝化处理，然后经去离子水反复冲洗，该步钝化工艺选用选择性腐蚀液浓HCl，因为浓HCl仅对GaInP子电池的材料产生快速腐蚀，而不会对其它ⅢⅤ族材料、Ge衬底、多层电极体系造成破坏，无需对电池的其它位置进行保护，不必担心GaAs材料制备的Cap层产生破坏作用；
3)Cap层腐蚀及GaInAs子电池边缘湿法腐蚀钝化：采用对GaAs材料具有选择性腐蚀的酸性双氧水腐蚀液，在快速腐蚀GaAs材料形成的Cap的同时，对GaInAs子电池的边缘截面进行与GaInP子电池边缘钝化一样的湿法腐蚀钝化作用。由于Cap层腐工艺过程中可以直观地目视表面颜色的变化，批次腐蚀依靠秒表精确控制时间，腐蚀液不会对Cap层下面的AlInP窗口造成破坏，也不会对其它有源层的ⅢⅤ族材料进行破坏，同时巧妙地对边缘截面进行了腐蚀钝化。最优方案为使用C6H8O7、H2O和H2O2的混合溶液进行腐蚀，将太阳电池半成品浸入C6H8O7：H2O：H2O2质量比为3：3：1～8：8：1的溶液中，依据颜色的变化判定腐蚀是否彻底，一般1.5～2.0min可以完成。经过上述步骤后的太阳电池侧截面不再像刚划片后那样粗糙，粗糙界面上的凸起与凹坑变得比较圆润，消除了隐藏在内部的大量杂质、减少了界面的缺陷，使边缘的间接复合中心密度下降，起到了钝化作用。
步骤三：蒸镀减反射膜、对太阳电池的侧截面进行介质膜沉积钝化。
采用电子枪真空蒸镀技术，将电池样品装入真空室工件盘上，当真空室的真空度和温度达到预设值后，打开介质膜膜料挡板，以此真空蒸镀Ti2O3/Al2O3双层减反射膜，厚度100nm～150nm，由于电子枪真空蒸镀法介质膜膜料以蒸汽形式沉积到产品表面，各个方向差异很小，因此介质膜料可以象沉积在太阳电池受光面一样均匀地沉积在产品的侧面，致密的介质膜很好地阻断了半导体表面大量悬挂键与外界水、氧的化合，起到了钝化效果。产品的介质膜沉积效果如图4所示。
步骤四：测试。
采用氙灯光源太阳模拟器，用标准电池校准光源，对制备的太阳电池进行测试。
在一具体实施例中，对经过外延、光刻、上电极蒸镀、下电极蒸镀、烧结和划片后得到的三结太阳电池半成品进行钝化，钝化过程为：将划片后的太阳电池半成品浸入乙醇浸泡清洗5min，再将其浸入5％NaOH去离子水溶液中浸泡并抖动清洗0.5min，经去离子水反复冲洗再浸入2：1(体积比)的H2O：HCl溶液中抖动清洗0.5min，用去离子水反复清洗；将GaInP/GaInAs/Ge太阳电池半成品浸入浓HCl 20s，并不断抖动，然后经去离子水反复冲洗；将得到的太阳电池半成品浸入C6H8O7：H2O：H2O2为6：6：1(质量比)溶液中1.5min；采用电子枪真空蒸镀技术，对太阳电池半成品进行真空蒸镀Ti2O3/Al2O3双层减反射膜，厚度为150nm。
对此实施例条件下钝化后得到的GaInP/GaInAs/Ge太阳电池和未钝化的太阳电池进行测试，测试条件为：AMO光谱，测试温度24℃，湿度为0.6，得到的太阳电池性能对比如下表：
| 评价指标 | Isc(A) | Voc(V) | eff(％) | Im(A) | Vm(V) | ff |
| 钝化 | 0.2111 | 2.711 | 29.91 | 0.2054 | 2.439 | 87.49％ |
| 未钝化 | 0.2099 | 2.708 | 29.61 | 0.2042 | 2.428 | 87.23％ |
由测试结果可以看出，GaInP/GaInAs/Ge太阳电池的光电转换效率由未钝化的29.61％提高至29.91％，有效解决了ⅢⅤ族多结太阳电池划片后边缘引入大量缺陷造成的光生电流复合损失，提高了三结砷化镓太阳电池的光电转换效率。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征是包括对划片后的半成品太阳电池进行以下步骤：
a.GaInP子电池边缘湿法腐蚀钝化；
b.Cap层腐蚀及GaInAs子电池边缘湿法腐蚀钝化；
c.蒸镀减反射膜同时对太阳电池的侧截面进行介质膜沉积钝化。
2.根据权利要求1所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述步骤a中的钝化方法为将所述划片后的半成品太阳电池浸入浓HCl中20-50s，然后经去离子水多次冲洗。
3.根据权利要求1所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述步骤b中的钝化方法为将所述步骤a所得半成品太阳电池浸入酸性H2O2腐蚀液中1.5-2.0min。
4.根据权利要求3所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述酸性H2O2腐蚀液为C6H8O7、H2O与H2O2的混合溶液。
5.根据权利要求4所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述C6H8O7、H2O与H2O2的混合溶液中C6H8O7：H2O：H2O2的质量比为3：3：1-8：8：1。
6.根据权利要求1所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述步骤c为蒸镀Ti2O3/Al2O3双层减反射膜，使介质膜蒸汽沉积在太阳电池的受光面同时在划开的太阳电池单体侧截面也形成有效的沉积，所述双层减反射膜厚度为100nm-150nm。
7.根据权利要求1所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：还包括在所述步骤a之前进行步骤a1，所述步骤a1为清洗所述切片后半成品太阳电池表面的可溶性油污、部分金属离子和氧化物。
8.根据权利要求7所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述步骤a1为使用乙醇、NaOH溶液和HCl溶液中的一种或多种对所述切片后半成品太阳电池表面进行清洗。
9.根据权利要求8所述的三结砷化镓太阳电池钝化方法，其特征在于：所述NaOH溶液为5％NaOH去离子水溶液，所述HCl溶液为H2O：HCl体积比为2:1的溶液。
10.一种三结砷化镓太阳电池的制备方法，其特征是包括以下步骤：
1).外延；
2).光刻；
3).上电极蒸镀；
4).下电极蒸镀；
5).烧结；
6).划片；
7).对由步骤6)得到的太阳电池半成品进行钝化，所述钝化采用如权利要求1-9任一所述的钝化方法。
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