CN108269864A - 一种柔性太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种柔性太阳能电池及其制备方法，所述柔性太阳能电池的制备方法无需利用键合工艺实现柔性衬底和支撑衬底的固定贴合，降低了由于键合金属与柔性衬底之间的热膨胀系数差异较大而出现翘曲的程度，改善了制备的柔性太阳能电池的整体性能。另外，通过旋涂的方式在柔性衬底和支撑衬底上设置粘接剂可以去除粘接剂中的气泡，并且获得厚度均匀的粘接剂层，避免粘接剂中的气泡在后续的高温工艺中溢出而对外延结构产生不良影响的情况。

Description

一种柔性太阳能电池及其制备方法
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法。
背景技术
柔性太阳能电池，是薄膜太阳能电池的一种，在BIPV(Building IntegratedPhotovoltaic，光伏建筑一体化)领域应用广泛。
柔性太阳能电池通常由柔性衬底、外延结构以及电极结构构成，对于砷化镓系柔性太阳能电池而言，由于柔性衬底的耐高温性普遍较差，并且与外延结构的晶格失配问题严重等问题，在制备过程中需要首先在一半导体衬底上反向制备外延结构，将柔性衬底和支撑衬底键合，然后将柔性衬底背离支撑衬底一侧与外延结构背离半导体衬底一侧键合，最后去除半导体衬底，并完成后续制程，形成电极结构。
在这种传统的柔性太阳能电池的制备工艺中，由于柔性衬底的上下表面均需要制备键合金属以进行与支撑衬底和外延结构的键合，而由于柔性衬底的热膨胀系数与金属材料的热膨胀系数差异较大，柔性衬底表面蒸镀键合金属后，会出现翘曲，且应力无法释放，导致制作的砷化镓柔性太阳能电池芯片不平整，给太阳能电池的整体性能带来不良影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种柔性太阳能电池及其制备方法，以实现降低由于键合金属与柔性衬底之间的热膨胀系数差异较大而出现翘曲的程度，改善制备的柔性太阳能电池的整体性能。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种柔性太阳能电池的制备方法，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上设置有反向层叠设置的外延结构；
提供柔性衬底和支撑衬底；
分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂粘接剂；
将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合；
对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理；
在所述柔性衬底背离所述支撑衬底一侧形成第一键合金属层；
在所述外延结构背离所述半导体衬底一侧形成第二键合金属层；
利用所述第一键合金属层和第二键合金属层，键合所述柔性衬底与所述外延结构；
去除所述半导体衬底，并完成后续制程。
可选的，所述分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂粘接剂包括：
提供硅氧烷胶水；
对所述硅氧烷胶水进行搅拌和真空脱泡处理；
利用搅拌和真空脱泡处理后的硅氧烷胶水分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂，以在所述柔性衬底和支撑衬底一侧表面形成硅氧烷胶水层。
可选的，所述利用搅拌和真空脱泡处理后的硅氧烷胶水分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂的旋涂的具体参数包括：
旋涂转速大于或等于2000转每分钟，旋涂时间大于或等于10秒。
可选的，所述将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合包括：
将所述支撑衬底设置于一固定平面；
将所述柔性衬底与所述支撑衬底对齐，并沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合。
可选的，所述沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合的速率小于或等于2cm/s。
可选的，所述半导体衬底为砷化镓衬底。
可选的，所述反向层叠设置的外延结构的形成过程包括：
在所述砷化镓衬底上依次形成N型砷化镓缓冲层、镓铟磷腐蚀截止层、N型砷化镓欧姆接触层、镓铟磷顶电池、第一隧穿结、砷化镓中电池、第二隧穿结、铟镓砷底电池和P型铟镓砷接触层。
可选的，所述去除所述半导体衬底，并完成后续制程包括：
使用第一腐蚀液腐蚀所述砷化镓衬底，暴露出所述镓铟磷腐蚀截止层；
使用第二腐蚀液去除所述镓铟磷腐蚀截止层；
在所述N型砷化镓欧姆接触层上形成栅线和主电极；
在剩余的外延结构上形成切割道和背电极；
使用第三腐蚀液刻蚀N型砷化镓欧姆接触层，将所述栅线和主电极覆盖的N型砷化镓欧姆接触层以外的部分去除；
在剩余的外延结构上形成减反射膜，并将主电极和背电极表面的减反射膜去除；
去除所述支撑衬底，并完成划片工艺。
可选的，所述对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理包括：
使用键合机对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底在真空环境下压合；
对压合后的支撑衬底和柔性衬底在400℃±100℃的环境下进行固化处理预设时间，所述预设时间的取值范围为24h±12h，包括端点值。
一种柔性太阳能电池，由上述任一项所述的柔性太阳能电池的制备方法制备获得。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种柔性太阳能电池及其制备方法，其中，所述柔性太阳能电池的制备方法在进行外延结构的转移之前，首先在柔性衬底和支撑衬底表面分别旋涂粘接剂，然后利用旋涂在柔性衬底和支撑衬底表面的粘接剂将柔性衬底和支撑衬底贴合，并且还对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理，以排出粘接剂中的气泡，最后将外延结构与柔性衬底进行键合完成外延结构的转移，以及后续支撑。所述柔性太阳能电池的制备方法无需利用键合工艺实现柔性衬底和支撑衬底的固定贴合，降低了由于键合金属与柔性衬底之间的热膨胀系数差异较大而出现翘曲的程度，改善了制备的柔性太阳能电池的整体性能。
另外，通过旋涂的方式在柔性衬底和支撑衬底上设置粘接剂可以去除粘接剂中的气泡，并且获得厚度均匀的粘接剂层，避免粘接剂中的气泡在后续的高温工艺中溢出而对外延结构产生不良影响的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种柔性太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图2、图3(a)、图3(b)、图3(c)-图6为本申请的一个实施例提供的柔性太阳能电池的制备流程示意图；
图7为本申请的另一个实施例提供的一种柔性太阳能电池的制备方法的流程示意图；
图8为本申请的又一个实施例提供的一种柔性太阳能电池的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种柔性太阳能电池的制备方法，参考图1，包括：
S101：提供半导体衬底，所述半导体衬底上设置有反向层叠设置的外延结构；
经过步骤S101后的半导体衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图2，图2中的标号10表示所述半导体衬底，20表示所述外延结构；
可选的，所述半导体衬底为砷化镓衬底。
S102：提供柔性衬底和支撑衬底；
S103：分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂粘接剂；
S104：将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合；
经过步骤S104后的柔性衬底及支撑衬底的剖面结构示意图参考图3(a)和图3(b)；
S105：对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理；
经过步骤S105后的柔性衬底及其表面解雇的剖面结构的结构示意图参考图3(c)，在图3(a)、图3(b)和图3(c)中，标号30表示所述柔性衬底，40表示所述支撑衬底，paste1表示形成在柔性衬底上的粘接剂层，paste2表示形成在支撑衬底上的粘接剂层；
可选的，所述对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理包括：
使用键合机对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底在真空环境下压合；
对压合后的支撑衬底和柔性衬底在400℃±100℃的环境下进行固化处理预设时间，所述预设时间的取值范围为24h±12h，包括端点值。
通常情况下，压合处理可以利用键合机完成，在利用键合机对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理时，通常需要在400℃左右的环境中进行，高温和压合过程有利于进一步排出粘接剂中的气泡。
S106：在所述柔性衬底背离所述支撑衬底一侧形成第一键合金属层；
经过步骤S106后的柔性衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图4，图4中的标号metal1表示所述第一键合金属层；
S107：在所述外延结构背离所述半导体衬底一侧形成第二键合金属层；
经过步骤S107后的半导体衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图5，图5中的标号metal2表示所述第二键合金属层；
S108：利用所述第一键合金属层和第二键合金属层，键合所述柔性衬底与所述外延结构；
经过步骤S108后的柔性衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图6；
S109：去除所述半导体衬底，并完成后续制程。
在本实施例中，所述柔性太阳能电池的制备方法在进行外延结构的转移之前，首先在柔性衬底和支撑衬底表面分别旋涂粘接剂，然后利用旋涂在柔性衬底和支撑衬底表面的粘接剂将柔性衬底和支撑衬底贴合，并且还对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理，以排出粘接剂中的气泡，最后将外延结构与柔性衬底进行键合完成外延结构的转移，以及后续支撑。所述柔性太阳能电池的制备方法无需利用键合工艺实现柔性衬底和支撑衬底的固定贴合，降低了由于键合金属与柔性衬底之间的热膨胀系数差异较大而出现翘曲的程度，改善了制备的柔性太阳能电池的整体性能。
另外，通过旋涂的方式在柔性衬底和支撑衬底上设置粘接剂可以去除粘接剂中的气泡，并且获得厚度均匀的粘接剂层，避免粘接剂中的气泡在后续的高温工艺中溢出而对外延结构产生不良影响的情况。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图7所示，所述柔性太阳能电池的制备方法包括：
S201：提供半导体衬底，所述半导体衬底上设置有反向层叠设置的外延结构；
S202：提供柔性衬底和支撑衬底；
S203：提供硅氧烷胶水；
S204：对所述硅氧烷胶水进行搅拌和真空脱泡处理；
S205：利用搅拌和真空脱泡处理后的硅氧烷胶水分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂，以在所述柔性衬底和支撑衬底一侧表面形成硅氧烷胶水层；
S206：将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合；
S207：对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理；
S208：在所述柔性衬底背离所述支撑衬底一侧形成第一键合金属层；
S209：在所述外延结构背离所述半导体衬底一侧形成第二键合金属层；
S210：利用所述第一键合金属层和第二键合金属层，键合所述柔性衬底与所述外延结构；
S211：去除所述半导体衬底，并完成后续制程。
在本实施例中，采用硅氧烷胶水作为粘接剂的原因是由于硅氧烷胶水具有性能稳定、成本低廉和可去除的优点。
并且在本实施例中，在利用硅氧烷胶水进行旋涂之前，还对其进行了搅拌和真空脱泡处理，以进一步降低硅氧烷胶水中的气泡。
优选的，所述利用搅拌和真空脱泡处理后的硅氧烷胶水分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂的旋涂的具体参数包括：
旋涂转速大于或等于2000转每分钟(Revolutions Per Minute，RPM)，旋涂时间大于或等于10秒(Second)。
发明人研究发现，将硅氧烷胶水的旋涂转速设置为2000RPM及以上，旋涂时间设置为10秒及以上，可以对硅氧烷胶水中的气泡起到进一步排出的作用。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图8所示，所述将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合包括：
S301：提供半导体衬底，所述半导体衬底上设置有反向层叠设置的外延结构；
S302：提供柔性衬底和支撑衬底；
S303：分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂粘接剂；
S304：将所述支撑衬底设置于一固定平面；
S305：将所述柔性衬底与所述支撑衬底对齐，并沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合；
S306：对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理；
S307：在所述柔性衬底背离所述支撑衬底一侧形成第一键合金属层；
S308：在所述外延结构背离所述半导体衬底一侧形成第二键合金属层；
S309：利用所述第一键合金属层和第二键合金属层，键合所述柔性衬底与所述外延结构；
S310：去除所述半导体衬底，并完成后续制程。
为了更好的说明将所述柔性衬底与所述支撑衬底对齐，并沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合的过程，利用柔性衬底可弯曲的特性，在对其了柔性衬底和支撑衬底之后，弯折柔性衬底，一边(优选为柔性衬底的长边)与支撑衬底对应的边贴合，从支撑衬底的这一条边开始贴合，逐渐并缓慢的向支撑衬底的另一侧贴合，这样贴合的过程可以避免直接贴合造成的大量气泡，更通俗地说，将柔性衬底与支撑衬底进行贴合的过程类似于向手机等电子设备的显示屏上贴保护膜的过程。
优选的，所述沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合的速率小于或等于2cm/s。较低的贴合速率可以进一步降低在贴合过程中产生的气泡。
在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，所述反向层叠设置的外延结构的形成过程包括：
在所述砷化镓衬底上依次形成N型砷化镓缓冲层、镓铟磷腐蚀截止层、N型砷化镓欧姆接触层、镓铟磷顶电池、第一隧穿结、砷化镓中电池、第二隧穿结、铟镓砷底电池和P型铟镓砷接触层。
由于外延结构中各层结构的制备过程已为本领域技术人员所熟知，本申请在此不做赘述。
在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中提供了去除所述半导体衬底，并完成后续制程的具体过程，包括：
使用第一腐蚀液腐蚀所述砷化镓衬底，暴露出所述镓铟磷腐蚀截止层；
使用第二腐蚀液去除所述镓铟磷腐蚀截止层；
在所述N型砷化镓欧姆接触层上形成栅线和主电极；
在剩余的外延结构上形成切割道和背电极；
使用第三腐蚀液刻蚀N型砷化镓欧姆接触层，将所述栅线和主电极覆盖的N型砷化镓欧姆接触层以外的部分去除；
在剩余的外延结构上形成减反射膜，并将主电极和背电极表面的减反射膜去除；
去除所述支撑衬底，并完成划片工艺。
可选的，所述第一腐蚀液可以为含有双氧水的溶液；所述第二腐蚀液可以为含有氯化氢的溶液；所述第三腐蚀液可以为柠檬酸和双氧水的混合溶液。
可选的，在所述N型砷化镓欧姆接触层上形成栅线和主电极可以具体为：采用负性光刻胶经黄光涂胶、光刻、显影等流程，做出栅线和主电极图形，使用电子束和热阻真空蒸镀，在电池外延层上蒸镀Au、AuZn、AuGeNi、Ag、Pt、Pd中的一种或多种金属层，有机剥离后完成栅线和主电极制作。
可选的，在剩余的外延结构上形成切割道和背电极可以具体为：在电池片表面光刻出切割道和背电极槽图形，使用ICP干法蚀刻和溶液湿法蚀刻相结合，或者纯溶液湿法蚀刻，蚀刻掉切割道和背电极槽区域的外延层，直至蚀刻到键合层金属，即得到切割道和背电极。
可选的，使用第三腐蚀液刻蚀N型砷化镓欧姆接触层，将所述栅线和主电极覆盖的N型砷化镓欧姆接触层以外的部分去除；在剩余的外延结构上形成减反射膜，并将主电极和背电极表面的减反射膜去除可以具体为：使用柠檬酸和双氧水的混合溶液，有选择性地腐蚀栅线和主电极区域外的N型GaAs欧姆接触层。然后使用电子束或PECVD沉积方法在电池外延层上蒸镀TiO2/Al2O3多层减反射膜，再通过黄光套刻制作图形，将主电极和背电极表面的减反射膜蚀刻掉，以便于后续的测试、焊线。
可选的，去除所述支撑衬底，并完成划片工艺可以具体为：在电池片正面先涂光刻胶或石蜡，然后粘接热熔性可剥离胶带、PET薄膜或者Si片，作为正面保护。使用HF溶液腐蚀支撑衬底玻璃片，使用去胶液溶解正面保护材料及硅氧烷胶水。使用金刚石刀片切割或激光切割对芯片分割，切掉边缘的废电池区域，得到单颗完整图形的柔性电池太阳能电池。
相应的，本申请实施例还提供了一种柔性太阳能电池，由上述任一实施例所述的柔性太阳能电池的制备方法制备获得。
综上所述，本申请实施例提供了一种柔性太阳能电池及其制备方法，其中，所述柔性太阳能电池的制备方法在进行外延结构的转移之前，首先在柔性衬底和支撑衬底表面分别旋涂粘接剂，然后利用旋涂在柔性衬底和支撑衬底表面的粘接剂将柔性衬底和支撑衬底贴合，并且还对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理，以排出粘接剂中的气泡，最后将外延结构与柔性衬底进行键合完成外延结构的转移，以及后续支撑。所述柔性太阳能电池的制备方法无需利用键合工艺实现柔性衬底和支撑衬底的固定贴合，降低了由于键合金属与柔性衬底之间的热膨胀系数差异较大而出现翘曲的程度，改善了制备的柔性太阳能电池的整体性能。
另外，通过旋涂的方式在柔性衬底和支撑衬底上设置粘接剂可以去除粘接剂中的气泡，并且获得厚度均匀的粘接剂层，避免粘接剂中的气泡在后续的高温工艺中溢出而对外延结构产生不良影响的情况。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上设置有反向层叠设置的外延结构；
提供柔性衬底和支撑衬底；
分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂粘接剂；
将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合；
对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理；
在所述柔性衬底背离所述支撑衬底一侧形成第一键合金属层；
在所述外延结构背离所述半导体衬底一侧形成第二键合金属层；
利用所述第一键合金属层和第二键合金属层，键合所述柔性衬底与所述外延结构；
去除所述半导体衬底，并完成后续制程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂粘接剂包括：
提供硅氧烷胶水；
对所述硅氧烷胶水进行搅拌和真空脱泡处理；
利用搅拌和真空脱泡处理后的硅氧烷胶水分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂，以在所述柔性衬底和支撑衬底一侧表面形成硅氧烷胶水层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用搅拌和真空脱泡处理后的硅氧烷胶水分别在所述柔性衬底和支撑衬底的一侧表面旋涂的旋涂的具体参数包括：
旋涂转速大于或等于2000转每分钟，旋涂时间大于或等于10秒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述柔性衬底旋涂粘接剂的表面与所述支撑衬底旋涂粘接剂的表面贴合包括：
将所述支撑衬底设置于一固定平面；
将所述柔性衬底与所述支撑衬底对齐，并沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述沿所述支撑衬底的一边逐渐贴合的速率小于或等于2cm/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底为砷化镓衬底。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反向层叠设置的外延结构的形成过程包括：
在所述砷化镓衬底上依次形成N型砷化镓缓冲层、镓铟磷腐蚀截止层、N型砷化镓欧姆接触层、镓铟磷顶电池、第一隧穿结、砷化镓中电池、第二隧穿结、铟镓砷底电池和P型铟镓砷接触层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述去除所述半导体衬底，并完成后续制程包括：
使用第一腐蚀液腐蚀所述砷化镓衬底，暴露出所述镓铟磷腐蚀截止层；
使用第二腐蚀液去除所述镓铟磷腐蚀截止层；
在所述N型砷化镓欧姆接触层上形成栅线和主电极；
在剩余的外延结构上形成切割道和背电极；
使用第三腐蚀液刻蚀N型砷化镓欧姆接触层，将所述栅线和主电极覆盖的N型砷化镓欧姆接触层以外的部分去除；
在剩余的外延结构上形成减反射膜，并将主电极和背电极表面的减反射膜去除；
去除所述支撑衬底，并完成划片工艺。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底进行压合处理包括：
使用键合机对贴合完成后的支撑衬底和柔性衬底在真空环境下压合；
对压合后的支撑衬底和柔性衬底在400℃±100℃的环境下进行固化处理预设时间，所述预设时间的取值范围为24h±12h，包括端点值。
10.一种柔性太阳能电池，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的柔性太阳能电池的制备方法制备获得。
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