CN108091712A - 一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法,属于太阳能电池技术领域。本发明的太阳能电池芯片包括导热基板以及集成于导热基板上的多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片,所述的太阳能电池芯片包括非导电散热陶瓷基板及固定于非导电散热陶瓷基板上的源区结构。其制备方法为:在衬底表面向上外延源区结构,在源区结构表面依次制备透明电极、增透膜、光刻胶和金属片,利用激光剥离工艺剥离出衬底,将芯片焊接到非导电陶瓷基板上,然后去除光刻胶和金属片,并将不同禁带宽度的芯片集成至同一导热基板上。采用本发明的方法制备所得太阳能电池芯片可以对多段太阳能光谱进行吸收,从而能够有效提高太阳光的利用率及太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域,更具体地说,涉及一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法。
背景技术
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时,越来越多的国家开始实行“阳光计划”,开发太阳能资源,寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下,各国的太阳能电池制造业争相投入巨资,扩大生产,以争一席之地。
太阳能电池是一种将太阳光转换为电能的半导体光电器件,其基本原理是利用半导体技术制造出PN结,大于半导体禁带宽度的太阳光被电池吸收,激发光生载流子,在PN结的内建势场作用下,光生电子和空穴分离,向相反方向分别运动到N型侧及P型侧,形成光生电压,经过电极引出后在负载电路上形成光生电流。
目前,在太阳能电池领域主要是以硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池、有机材料太阳能电池等为主。但目前硅基太阳能电池的光电效率普遍较低(20%左右),薄膜太阳能电池的光电效率虽然较高(>30%),但是其在实现产业化方面还存在一定的距离。特别是量子点的太阳能电池,虽然大大增加了光电效率,但其在寿命以及稳定性方面还存在一定的问题。另外,由于直接带隙半导体的禁带宽度可调节范围很少,因此一种材料系的太阳能电池仅能吸收太阳光光谱中很少的一部分,从而导致太阳光的利用率较低。
中国专利申请号为:200810226677.1,申请日为:2008年11月19日的申请案公开了一种半导体p-i-n结太阳能电池外延片及其制备方法,该申请案的半导体p-i-n结太阳能电池外延片,包括:一衬底,该衬底用于在其上进行InxGa1-xN材料外延生长;一InxGa1-xN材料模板,该InxGa1-xN材料模板外延生长在衬底上;一纳米柱阵列,该纳米柱阵列加工形成于InxGa1-xN材料模板上;一半导体太阳能电池p-i-n结构,该p-i-n结构外延生长在纳米柱阵列的侧壁、顶部及纳米柱之间的材料模板表面。该申请案通过将太阳能电池结构引入到纳米柱阵列中,在纳米柱阵列表面外延生长太阳能电池结构,即用纳米加工技术先制作纳米柱阵列,然后在纳米柱的侧面、顶部及纳米柱之间的材料模板表面上外延生长太阳能电池的p-i-n结构,从而在一定程度可以增加单位芯片上光电转换区的面积,提高太阳能电池的光电转换效率。但采用该申请案的方法制备所得太阳能电池仍然受可吸收太阳光波段的限制,从而导致其光电转换效率仍有待进一步提高。
综上所述,研究制备出一种可吸收不同波段太阳光,光电效率高,且可进行产业化应用的太阳能电池芯片具有重要的意义,也是太阳能电池制备中的一个重要难点。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有太阳能电池芯片对太阳光的利用率较低,从而导致其光电转换效率较低的不足,提供了一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法。采用本发明的方法制备所得太阳能电池芯片可以对多段太阳能光谱进行吸收,从而能够有效提高太阳光的利用率及太阳能电池的光电转换效率。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
其一,本发明的一种太阳能电池芯片,包括导热基板以及集成于导热基板上的多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片,所述的太阳能电池芯片包括非导电散热陶瓷基板及固定于非导电散热陶瓷基板上的源区结构。
更进一步的,所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层。
更进一步的,所述源区结构的上方还依次设有透明电极和增透膜,且所述增透膜为二氧化硅/氮化硅薄膜的周期结构。
更进一步的,所述n型氮化镓层的厚度为1~5μm,多量子阱层的材料为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中0≤x≤1,0≤y≤1,且阱层InxGa1-xN的厚度2~5nm,垒层InyGa1-yN的厚度为4~10nm,量子阱周期为3~6,厚度为18nm~90nm;
更进一步的,所述源区结构与非导电散热陶瓷基板之间,以及非导电散热陶瓷基板与导热基板之间均通过焊接固定相连;所述的导热基板由铝或铜金属材料制成,其宽度为1~20毫米,其厚度为200~550μm。
其二、本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、太阳能电池芯片的制备
a1、选取衬底,在衬底表面向上外延源区结构;
a2、在源区结构表面制备透明电极和增透膜,形成p面透明电极,并在p面透明电极上刻上电极图形;
a3、在p面透明电极上旋涂一层光刻胶,并盖上金属片,然后烘干;
a4、在衬底背面,利用激光剥离工艺,剥离出衬底;
a5、利用共晶焊工艺将剥离掉衬底的太阳能电池芯片焊接到具有电极图形的非导电陶瓷基板上;
a6、利用有机溶液清洗太阳能芯片,去除光刻胶和金属片,即得太阳能电池芯片;
步骤二、太阳能电池芯片的集成
采用步骤一中的方法制备不同禁带宽度的太阳能电池芯片,并将不同芯片集成至同一导热基板上,从而实现多禁带宽度太阳能电池芯片的制备。
更进一步的,所述的衬底为蓝宝石,所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层,步骤a2中先利用腐蚀工艺刻蚀p型氮化镓层表面,然后利用PECVD技术在p型氮化镓层表面制备透明电极和增透膜。
更进一步的,所述步骤a2中采用高浓度氢氧化钾或浓磷酸对p型氮化镓层表面进行刻蚀,高浓度氢氧化钾及浓磷酸的质量浓度为90~98%,刻蚀时间为10~60秒,刻蚀温度为180~400℃;所述PECVD技术的生长温度控制在200~580℃,反应腔压力控制在0.4~1个大气压;
更进一步的,所述步骤a4中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底,脉冲辐照激光的脉宽为20~100ns,激光波长为240~360nm;步骤a6中采用丙酮清洗去除光刻胶和金属片。
其三,本发明的一种太阳能电池,将本发明的多带隙宽度的太阳能电池芯片进行封装即得太阳能电池组件,该电池为上下电极结构。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
(1)本发明的一种太阳能电池芯片,包括导热基板以及集成于导热基板上的多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片,通过多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片的集成,从而可以对不同波段的太阳能光波进行吸收,大大提高了太阳光的利用率,进而提高了太阳能电池芯片的光电转换效率。
(2)本发明的一种太阳能电池芯片,源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层,氮化镓基材料抗高温、抗辐射性能优异,从而有助于增加太阳能电池的寿命及稳定性。上述源区结构的上方设有增透膜,从而能够有效减少光的反射,有利于进一步提高电池的光电转换效率。
(3)本发明的一种太阳能电池芯片,其n型氮化镓层的厚度为1~5μm,多量子阱层的材料为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中0≤x≤1,0≤y≤1,且阱层InxGa1-xN的厚度2~5nm,垒层InyGa1-yN的厚度为4~10nm,从而可以增强太阳能电池芯片对太阳光的吸收,进一步提高光电转换效率。
(4)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法,利用激光剥离工艺可以将太阳能电池芯片的衬底进行有效剥离,然后将不同禁带宽度的太阳能电池芯片集成到同一基板上,从而可以同时对不同波段的太阳能光谱进行吸收,大大提高了太阳能的利用率及太阳能电池芯片光生电流的效率。
(5)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法,在太阳能电池芯片制备过程中,在增透膜上旋涂光刻胶,并盖上金属片,从而能够起到良好的支撑和保护作用,当衬底剥离后,再将太阳能电池芯片表面的光刻胶和金属片清洗掉,保证太阳能电池的正常工作。
(6)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法,采用高浓度氢氧化钾或浓磷酸对p型氮化镓层表面进行刻蚀,从而对p型氮化镓层表面进行粗糙化处理,通过对高浓度氢氧化钾和浓磷酸的质量浓度以及刻蚀温度、刻蚀时间和PECVD技术的生长温度、反应腔压力大小进行优化设计,从而可以减少太阳光在太阳能电池芯片表面的漫反射,增加太阳能电池芯片吸收太阳光光谱的能力,并增强p面透明电极与p型氮化镓层的结合强度。
(7)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法,采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底,并对脉冲辐照激光的脉宽及波长进行严格控制,从而一方面能够有效保证衬底的剥离效果,实现衬底与太阳能电池芯片的大面积完整剥离,另一方面还能够有效避免对太阳能芯片的伤害。
(8)本发明的一种太阳能电池,其芯片为多带隙宽度的太阳能电池芯片,从而可以实现多波谱范围太阳光的吸收,因此其光电转换效率相对于现有太阳能电池显著提高。
附图说明
图1为本发明步骤a1中所得芯片的结构示意图。
图2为本发明步骤a2中制备透明电极后所得芯片的结构示意图。
图3为本发明步骤a2中制备增透膜后所得芯片的结构示意图。
图4为本发明步骤a3中所得芯片的结构示意图。
图5为本发明步骤a5中所得芯片的结构示意图。
图6为本发明制备所得太阳能电池芯片的结构示意图。
图中的标号说明:1、衬底;2、n型氮化镓层;3、多量子阱层;4、p型氮化镓层;5、透明电极;6、增透膜;7、光刻胶;8、金属片;9、非导电散热陶瓷基板;10、导热基板。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,现结合具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图6所示,本实施例的一种太阳能电池芯片,包括导热基板10以及集成于导热基板10上的多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片,所述的太阳能电池芯片包括非导电散热陶瓷基板9及固定于非导电散热陶瓷基板9上的源区结构。现有一种材料系的太阳能电池芯片通常只能对某一波段的太阳光光谱进行吸收,因此其对太阳光的利用率特别低,本实施例通过将多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片集成到同一基板上,从而同时对多个太阳能光谱进行吸收,大大提高了太阳光的利用率,进而提高了太阳能电池芯片的光电转换效率。
实施例2
本实施例的一种太阳能电池芯片,其结构基本同实施例1,其区别主要在于:本实施例的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4,且源区结构的上方还依次设有透明电极5和增透膜6,且所述增透膜为二氧化硅/氮化硅薄膜的周期结构。本实施例的源区结构选择氮化镓基材料,其抗高温、抗辐射性能优异,从而有助于增加太阳能电池的寿命及稳定性。同时,通过增透膜6的设置能够有效减少光的反射,有利于进一步提高电池的光电转换效率。
实施例3
本实施例的一种太阳能电池芯片,其结构基本同实施例2,其区别主要在于:本实施例中同一导热基板10上集成有两列太阳能电池芯片,每列芯片中n型氮化镓层2的厚度均为1μm,多量子阱层3的材料均为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中阱层InxGa1-xN的厚度2nm,垒层InyGa1-yN的厚度为4nm,且量子阱周期为3。本实施例的第一列芯片中x取0.4,y取0.6,第二列芯片中x取0.2,y取0.8,从而可以增强太阳能电池芯片对太阳光的吸收,进一步提高光电转换效率。本实施例中源区结构与非导电散热陶瓷基板9之间,以及非导电散热陶瓷基板9与导热基板10之间均通过焊接固定相连;所述的导热基板10由铝金属材料制成,其宽度为20毫米,其厚度为200μm。
本实施例的太阳能电池芯片的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、太阳能电池芯片的制备
a1、选取衬底1,在衬底1表面向上外延源区结构;本实施例的衬底1为蓝宝石,所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4。
a2、在源区结构表面制备透明电极5和增透膜6,具体的,先采用质量浓度为98%浓磷酸对p型氮化镓层4表面进行刻蚀,形成粗糙的表面见图2,刻蚀时间为60秒,刻蚀温度为330℃;然后利用PECVD技术在p型氮化镓层4表面制备透明电极5和增透膜6,形成p面透明电极,如图3所示,PECVD技术的生长温度控制在470℃,反应腔压力控制在0.6个大气压。通过对刻蚀及PECVD工艺的工艺参数进行优化设计,从而可以减少太阳光在太阳能电池芯片表面的漫反射,增加太阳能电池芯片吸收太阳光光谱的能力,并能够增强p面透明电极与p型氮化镓层的结合强度。
a3、在p面透明电极上旋涂光刻胶7,并盖上金属片8,如图4所示,然后置于40℃下烘烤60s,使光刻胶固化,从而对芯片进行支撑和保护。
a4、在衬底1背面,利用激光剥离工艺,在衬底1背面进行辐照,从而实现太阳能芯片与衬底1的剥离。本实施例中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1,脉冲辐照激光的脉宽为43ns,激光波长为275nm。
a5、利用共晶焊工艺将剥离掉衬底1的太阳能电池芯片焊接到具有电极图形的非导电陶瓷基板上9,如图5所示。
a6、利用有机溶液清洗太阳能芯片,去除光刻胶7和金属片8,即得太阳能电池芯片;
步骤二、太阳能电池芯片的集成
采用步骤一中的方法制备两列不同禁带宽度的太阳能电池芯片,并将两列芯片分别焊接至导热基板上10,从而实现多禁带宽度的太阳能电池芯片的集成,所得太阳能电池芯片结构如图6所示。本实施例利用激光剥离工艺可以将太阳能电池芯片的衬底进行有效剥离,然后将不同禁带宽度的太阳能电池芯片集成到同一基板上,从而可以同时对不同波段的太阳能光谱进行吸收,大大提高了太阳能的利用率及太阳能电池芯片光生电流的效率。
由于蓝宝石衬底生长氮化镓基材料的晶体质量相对较高,且蓝宝石衬底价格相对低廉,适用于工业化产品的设计与开发,因此本实施例选用蓝宝石作为衬底材料,但需要说明的是,本发明中多禁带宽度太阳能电池芯片制备技术的核心是实现太阳能电池芯片与蓝宝石衬底之间的剥离,这也是本发明的主要难点。发明人通过大量的实验,最终发现,通过采用激光剥离工艺可以将太阳能电池芯片的衬底进行有效剥离,从而为多禁带宽度太阳能电池芯片的制备提供了基础。其中,激光剥离工艺的参数控制对于衬底的剥离效果至关重要。当激光辐照工艺参数选择不恰当时,难以实现衬底与芯片间的完整剥离或者会对太阳能电池芯片的结构和性能造成伤害。发明人通过大量实验,对激光剥离工艺参数,尤其是对脉冲辐照激光的脉宽及波长进行优化设计,从而一方面可以实现蓝宝石衬底1与芯片间的大面积完整剥离,尤其是可以实现对2英寸以上大面积芯片与衬底之间的完整剥离,另一方面可以有效避免对太阳能电池芯片造成的伤害,保证了太阳能芯片的正常使用和光电效率。
将本实施例制备所得多带隙宽度的太阳能电池芯片进行封装即得本实施例的太阳能电池组件,该太阳能电池组件为上下电极结构,可以实现多波谱范围太阳光的吸收其光电转换效率相对于现有太阳能电池得到显著提高。
实施例4
本实施例的一种太阳能电池芯片,其结构基本同实施例3,其区别主要在于:本实施例中同一导热基板10上集成有四列太阳能电池芯片,每列芯片中n型氮化镓层2的厚度均为3μm,多量子阱层3的材料均为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中阱层InxGa1-xN的厚度5nm,垒层InyGa1-yN的厚度为10nm,且量子阱周期为6。本实施例的第一列芯片中x取0.1,y取0.6,第二列芯片中x取0.5,y取0.1,第三列芯片中x取1.0,y取0.8,导热基板10由铜金属材料制成,其宽度为17毫米,其厚度为300μm,第四列芯片中x取0.4,y取1.0。
本实施例的太阳能电池芯片的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、太阳能电池芯片的制备
a1、选取衬底1,在衬底1表面向上外延源区结构;本实施例的衬底1为蓝宝石,所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4。
a2、在源区结构表面制备透明电极5和增透膜6,具体的,先采用质量浓度为95%的氢氧化钾对p型氮化镓层4表面进行刻蚀,刻蚀时间为50秒,刻蚀温度为400℃;然后利用PECVD技术在p型氮化镓层4表面制备透明电极5和增透膜6,形成p面透明电极,PECVD技术的生长温度控制在580℃,反应腔压力控制在1个大气压。
a3、在p面透明电极上旋涂光刻胶7,并盖上金属片8,然后置于80℃下烘烤30s;
a4、在衬底1背面,利用激光剥离工艺,剥离出衬底1,本实施例中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1,脉冲辐照激光的脉宽为75ns,激光波长为360nm。
a5、利用共晶焊工艺将剥离掉衬底1的太阳能电池芯片焊接到具有电极图形的非导电陶瓷基板上9。
a6、利用有机溶液清洗太阳能芯片,去除光刻胶7和金属片8,即得太阳能电池芯片;
步骤二、太阳能电池芯片的集成
采用步骤一中的方法制备四种不同禁带宽度的太阳能电池芯片,并将不同芯片分别焊接至导热基板上10,从而实现多禁带宽度的太阳能电池芯片的集成。
将本实施例制备所得多带隙宽度的太阳能电池芯片进行封装即得太阳能电池组件。
实施例5
本实施例的一种太阳能电池芯片,其结构基本同实施例3,其区别主要在于:本实施例中同一导热基板10上集成有三列太阳能电池芯片,每列芯片中n型氮化镓层2的厚度均为5μm,多量子阱层3的材料均为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中阱层InxGa1-xN的厚度3nm,垒层InyGa1-yN的厚度为7nm,且量子阱周期为5。本实施例的第一列芯片中x取0.3,y取0.5,第二列芯片中x取0.5,y取0.7,第三列芯片中x取0.8,y取0.9,导热基板10由铜金属材料制成,其宽度为8毫米,其厚度为350μm。
本实施例的太阳能电池芯片的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、太阳能电池芯片的制备
a1、选取衬底1,在衬底1表面向上外延源区结构;本实施例的衬底1为蓝宝石,所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4。
a2、在源区结构表面制备透明电极5和增透膜6,具体的,先采用质量浓度为93%的浓磷酸对p型氮化镓层4表面进行刻蚀,刻蚀时间为35秒,刻蚀温度为180℃;然后利用PECVD技术在p型氮化镓层4表面制备透明电极5和增透膜6,形成p面透明电极,PECVD技术的生长温度控制在200℃,反应腔压力控制在0.8个大气压。
a3、在p面透明电极上旋涂光刻胶7,并盖上金属片8,然后置于55℃下烘烤40s;
a4、在衬底1背面,利用激光剥离工艺,剥离出衬底1,本实施例中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1,脉冲辐照激光的脉宽为100ns,激光波长为320nm。
a5、利用共晶焊工艺将剥离掉衬底1的太阳能电池芯片焊接到具有电极图形的非导电陶瓷基板上9。
a6、利用有机溶液清洗太阳能芯片,去除光刻胶7和金属片8,即得太阳能电池芯片;
步骤二、太阳能电池芯片的集成
采用步骤一中的方法制备三种不同禁带宽度的太阳能电池芯片,并将不同芯片分别焊接至导热基板上10,从而实现多禁带宽度的太阳能电池芯片的集成。
实施例6
本实施例的一种太阳能电池芯片,其结构基本同实施例3,其区别主要在于:本实施例中同一导热基板10上集成有八列太阳能电池芯片,每列芯片中n型氮化镓层2的厚度均为2μm,多量子阱层3的材料均为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中阱层InxGa1-xN的厚度4nm,垒层InyGa1-yN的厚度为6nm,且量子阱周期为4。本实施例的第一列芯片中x取0.3,y取0.5,第二列芯片中x取0.5,y取0.7,第三列芯片中x取0.8,y取0.9,第四列芯片中x取0.2,y取0.2,第五列芯片中x取0.6,y取0.4,第六列芯片中x取0.4,y取0.6,第七列芯片中x取0.6,y取0.3,第八列芯片中x取1.0,y取0.9,导热基板10宽度为1毫米,其厚度为550μm。
本实施例的太阳能电池芯片的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、太阳能电池芯片的制备
a1、以蓝宝石为衬底1,在衬底1表面向上外延源区结构。
a2、在源区结构表面制备透明电极5和增透膜6,具体的,先采用质量浓度为90%的氢氧化钾对p型氮化镓层4表面进行刻蚀,刻蚀时间为10秒,刻蚀温度为250℃;然后利用PECVD技术在p型氮化镓层4表面制备透明电极5和增透膜6,形成p面透明电极,PECVD技术的生长温度控制在290℃,反应腔压力控制在0.4个大气压。
a3、在p面透明电极上旋涂光刻胶7,并盖上金属片8,然后置于68℃下烘烤35s。
a4、在衬底1背面,利用激光剥离工艺,剥离出衬底1,本实施例中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1,脉冲辐照激光的脉宽为20ns,激光波长为240nm。
a5、利用共晶焊工艺将剥离掉衬底1的太阳能电池芯片焊接到具有电极图形的非导电陶瓷基板上9。
a6、利用有机溶液清洗太阳能芯片,去除光刻胶7和金属片8,即得太阳能电池芯片;
步骤二、太阳能电池芯片的集成
采用步骤一中的方法制备8种不同禁带宽度的太阳能电池芯片,并将不同芯片分别焊接至导热基板上10,从而实现多禁带宽度的太阳能电池芯片的集成。将本实施例制备所得多带隙宽度的太阳能电池芯片进行封装即得本实施例的太阳能电池组件。

Claims (10)

1.一种太阳能电池芯片,其特征在于:包括导热基板(10)以及集成于导热基板(10)上的多个不同禁带宽度的太阳能电池芯片,所述的太阳能电池芯片包括非导电散热陶瓷基板(9)及固定于非导电散热陶瓷基板(9)上的源区结构。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池芯片,其特征在于:所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层(2)、多量子阱层(3)和p型氮化镓层(4)。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池芯片,其特征在于:所述源区结构的上方还依次设有透明电极(5)和增透膜(6),且所述增透膜为二氧化硅/氮化硅薄膜的周期结构。
4.根据权利要求2或3所述的一种太阳能电池芯片,其特征在于:所述n型氮化镓层(2)的厚度为1~5μm,多量子阱层(3)的材料为InxGa1-xN/InyGa1-yN复合材料,其中0≤x≤1,0≤y≤1,且阱层InxGa1-xN的厚度2~5nm,垒层InyGa1-yN的厚度为4~10nm,量子阱周期为3~6,厚度为18nm~90nm。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种太阳能电池芯片,其特征在于:所述源区结构与非导电散热陶瓷基板(9)之间,以及非导电散热陶瓷基板(9)与导热基板(10)之间均通过焊接固定相连;所述的导热基板(10)由铝或铜金属材料制成,其宽度为1~20毫米,其厚度为200~550μm。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的太阳能电池芯片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、太阳能电池芯片的制备
a1、选取衬底(1),在衬底(1)表面向上外延源区结构;
a2、在源区结构表面制备透明电极(5)和增透膜(6),形成p面透明电极,并在p面透明电极上刻上电极图形;
a3、在p面透明电极上旋涂一层光刻胶(7),并盖上金属片(8),然后烘干;
a4、在衬底(1)背面,利用激光剥离工艺,剥离出衬底(1);
a5、利用共晶焊工艺将剥离掉衬底(1)的太阳能电池芯片焊接到具有电极图形的非导电陶瓷基板上(9);
a6、利用有机溶液清洗太阳能芯片,去除光刻胶(7)和金属片(8),即得太阳能电池芯片;
步骤二、太阳能电池芯片的集成
采用步骤一中的方法制备不同禁带宽度的太阳能电池芯片,并将不同芯片集成至同一导热基板上(10),从而实现多禁带宽度太阳能电池芯片的制备。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池芯片的制备方法,其特征在于:所述的衬底(1) 采用蓝宝石,所述的源区结构包括自下而上依次设置的n型氮化镓层(2)、多量子阱层(3)和p型氮化镓层(4),步骤a2中先利用腐蚀工艺刻蚀p型氮化镓层(4)表面,然后利用PECVD技术在p型氮化镓层(4)表面制备透明电极(5)和增透膜(6)。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能电池芯片的制备方法,其特征在于:所述步骤a2中采用高浓度氢氧化钾或浓磷酸对p型氮化镓层(4)表面进行刻蚀,高浓度氢氧化钾及浓磷酸的质量浓度为90~98%,刻蚀时间为10~60秒,刻蚀温度为180~400℃;所述PECVD技术的生长温度控制在200~580℃,反应腔压力控制在0.4~1个大气压。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的一种太阳能电池芯片的制备方法,其特征在于:所述步骤a4中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底(1),脉冲辐照激光的脉宽为20~100ns,激光波长为240~360nm;步骤a6中采用丙酮清洗去除光刻胶(7)和金属片(8)。
10.一种太阳能电池,包括太阳能电池芯片,其特征在于:所述的太阳能电池芯片采用权利要求6-9中任一项所述的方法制备得到,将上述多带隙宽度的太阳能电池芯片进行封装即得太阳能电池组件。
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