CN108321249A - 一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法 - Google Patents

一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法 Download PDF

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Abstract

一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，步骤包括S3、在所述太阳电池的上电极的表面制备可去除的正面保护层；制备所述正面保护层的具体步骤包括：在所述上电极的表面涂光刻胶并进行烘烤和在所述光刻胶胶面上粘贴热敏胶带。使用上述方法制备的太阳电池，包括相邻且组成层状结构的所述外延层和所述衬底，所述外延层在所述衬底的上方；所述外延层的上方设有所述上电极，所述上电极上表面设有可去除的所述正面保护层；所述衬底的下表面设有所述下电极。本申请的有益效果是：能够对砷化镓太阳电池进行局部减薄，降低太阳电池重量的同时又能有效降低薄型太阳电池的翘曲。

Description

一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法
技术领域
本申请属于电池制备技术领域，具体地说，涉及一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法。
背景技术
大容量通讯卫星平台，具有更强的电力供应，携带的转发器数量成倍提高。为满足该类平台功率高、重量轻的要求，高效性、轻型化是未来单体太阳电池的发展方向。
砷化镓太阳电池是目前各型号卫星选用的单体太阳电池。国内外空间用砷化镓太阳电池典型厚度为175μm和145μm，该厚度单体太阳电池已广泛应用于各个型号航天器。空间用薄型砷化镓太阳电池是提高太阳电池阵质量比功率最行之有效的手段，通过电池减薄可以大大减少发射重量，降低发射成本。
据文献报道，德国AZUR Space公司采用化学腐蚀的方式将衬底整体减薄到80μm，甚至可以减薄到50μm、20μm。国内砷化镓电池转换效率已达到国际先进水平，但最薄电池衬底厚度依然为145μm。当衬底减薄至80μm以下，衬底的强度将大大减弱，裂片严重，工艺很难实现，且制备上下电极后变形严重，后续工艺步骤很难实现。
中国专利(公开号：CN 203398124U)减薄柔性三结砷化镓太阳电池，采用化学腐蚀方法将衬底减薄至0.14mm一下，上电极采用梳状密栅结构，受光面蒸镀减反射膜。通过这种方法减轻电池重量，提高电池光电转化效率。
但该专利的技术方案无法解决前文中所提出的技术问题，主要有以下几点原因：1、当衬底减薄至80μm以下时，若不采用正面支撑极易发生裂片，无法得到完整的外延片；2、当减薄至80μm以下时，若不采用部分腐蚀，进行支撑，在化学减薄过程中外延片十分容易发生裂片，成品率很低；3、薄型电池背表面或下电极不进行图形化处理，在制备下电极后衬底会发生翘曲，不利于后续工艺步骤进行；4、采用光刻技术进行腐蚀图形制备可以精确控制图形尺寸及位置。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，能够对砷化镓太阳电池进行局部减薄，降低太阳电池重量的同时又能有效降低薄型太阳电池的翘曲。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，并采用以下技术方案来实现。
一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，步骤包括S3、在所述太阳电池的上电极的表面制备可去除的正面保护层。
进一步的，制备所述正面保护层的具体步骤包括：在所述上电极的表面涂光刻胶并进行烘烤和在所述光刻胶胶面上粘贴热敏胶带。
更进一步的，在所述上电极的表面涂光刻胶并进行烘烤的具体内容为：在所述上电极的表面涂BP218光刻胶，然后将所述电池放入烘箱中烘烤。
再进一步的，所述烘烤的具体要求是：先在80℃～90℃的温度范围内烘烤5min～15min，再在120℃～125℃的温度范围内烘烤15min～25min。
进一步的，所述热敏胶带温度敏感范围为90℃～110℃。
进一步的，在制备所述正面保护层之前，还包括步骤：
S1、将所述电池的衬底减薄至120μm以下；
S2、在外延层的上表面制备5μm～7μm厚的所述上电极。
在制备所述正面保护层之后，还包括步骤：
S4、对所述电池的衬底进行光刻，得到待腐蚀图形；
S5、按所述待腐蚀图形对所述衬底底部进行腐蚀；
S6、去除所述正面保护层及光刻胶；
S7、在进行了腐蚀的所述衬底底部制备下电极；
S8、在所述电池入光面制备减反射膜。
更进一步的，按所述待腐蚀图形对所述衬底进行腐蚀的具体要求为：所述外延片边缘处2mm-3mm范围内保留衬底，划片位置不腐蚀，所述上电极的焊点对应位置的背面不腐蚀，所述下电极焊接部位不腐蚀，在所述待腐蚀图形的中间保留若干起到支撑作用的部分不进行腐蚀。
更进一步的，采用浸泡腐蚀液的方式对所述衬底进行腐蚀，所述腐蚀液为氢氟酸、双氧水、水按(1～3)：(1～3)：(4～9)的体积比进行混合的混合液。
一种局部减薄砷化镓太阳电池，包括相邻且组成层状结构的所述外延层和所述衬底，所述外延层在所述衬底的上方；所述外延层的上方设有所述上电极，其特征在于：所述上电极上表面设有可去除的所述正面保护层；所述衬底的下表面设有所述下电极。
进一步的，所述下电极分凸部和凹部，所述电池的划片位置为所述凸部，所述上电极的焊点对应位置的背面为所述凸部，所述下电极焊接部位为所述凸部，所述下电极的中间设有若干起到支撑作用的凸部；所述下电极除了以上所述的凸部外均为所述凹部。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：能够对砷化镓太阳电池进行局部减薄，降低太阳电池重量的同时又能有效降低薄型太阳电池的翘曲；在现有工艺步骤中增加了可去除的正面保护层的步骤，将电池减薄至50μm以下时，能对整个外延片起到支撑的作用，从而有效降低薄型太阳电池的翘曲和生产不良率；采用光刻技术制备减薄图形可以准确控制图形和位置，且可以实现自动化。
当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一个实施例的太阳电池的减薄光刻版图形。
图2是本申请一个实施例的太阳电池蒸镀完下电极后电池局部区域的截面结构示意图。
其中：
1、上电极；2、外延层；3、衬底；4、下电极；5.1、第一划片线；5.2、第二划片线；5.3、第三划片线；5.4、第四划片线。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，步骤包括：
S1：机械减薄衬底；
在外延片正面，即外延层一面粘贴热敏胶带，然后将胶带一面吸附在减薄机上，衬底裸露在外面，采用研磨方式将衬底减薄至120μm以下；外延片包括外延层和衬底，外延层和衬底为紧密切合在一起的层状结构，如图2所示。
S2：制备上电极；
在外延层的入光面涂光刻胶，涂完胶后将电池放入烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min。后采用光刻机对外延层涂胶面进行曝光、显影、冲洗和干燥。
将外延层光刻面朝向蒸发源装入镀膜机中，真空蒸镀5μm～7μm厚的金属银电极，然后将蒸镀好上电极的外延层在丙酮中浸泡20min，去除光刻胶及多余金属。
S3、制备正面保护层；
采用自动涂胶机在蒸镀完上电极的一面涂BP218光刻胶，涂完胶后将电池放入烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min，再在120℃～125℃的烘箱中，烘烤20min。
将装有外延层的花篮放入避光的容器中，在氮气柜中冷却。待外延层完全冷却后，在涂胶面粘贴热敏胶带，热敏胶带温度敏感范围为90℃～110℃。
S4、对衬底进行光刻，得到待腐蚀图形；
采用自动涂胶机在外延片背面涂BP218光刻胶，即在衬底的下表面涂光刻胶，涂完胶后将电池放入烘箱中烘烤，烘烤温度范围为80℃～90℃，烘烤时间为10min。
然后采用光刻机对本次涂胶面进行曝光，曝光时间为8s～10s，光刻版图形如图1所示，图1为图2的仰视图。再将光刻好的外延层放入显影液中显影60s～90s，待显影完全后用清洗机冲洗6～8次。最后用甩干机甩干或氮气吹干。此时电池背面图形如图1所示，图1中黑色部分代表不需要腐蚀的部分。
图1设计原则为：
(1)外延层边缘处约2mm-3mm范围内保留衬底(如图1中101所示)，因为当衬底薄到80μm以下，在衬底边缘处十分容易发生裂片，将该范围保护住可以有效减少裂片。
(2)如图1中5.1-5.4为划片线，代表划片的位置，该位置设计成不需要腐蚀部分可以保证划片后电池边缘同样能够得到有效支撑，如图1中102所示，102形状为上述四个划片线组成的方形框；所有黑色部分都有支撑作用，这里主要指划片部分的支撑。
(3)电池上电极焊点对应位置的背面不腐蚀(如图1中103所示)，保证焊接时不会发生裂片。
(4)下电极焊接部位不腐蚀；如图1中104，105所示；下电极焊接部位一般位于电池背面边缘处，具体位置与具体的要求不同而会有变化；不腐蚀同样保证焊接时不发生裂片。
(5)在中间交织一些不需要腐蚀部分可以起到支撑的作用，如图1中106所示，保证减薄后外延层不会严重翘曲。
S5、腐蚀衬底；
配制氢氟酸、双氧水、水的混合液，体积比为(1～3)：(1～3)：(4～9)，将混合液放入30℃水浴中待用。将光刻好腐蚀图形的外延片放入腐蚀液中，轻轻晃动4min～10min(根据腐蚀时间不同得到不同厚度电池)。取出后用去离子水清洗6～8次，逐片吹干。
S6、去除保护层及光刻胶；
将腐蚀后的外延片在丙酮中浸泡24h，去除保护层。去离子水冲洗6～8次，逐片吹干。
S7、制备下电极；
将腐蚀面朝下即朝向蒸发源装入镀膜机中，真空蒸镀5μm～7μm厚的金属银电极；具体为对图2中的外延层下电极4那一面进行蒸镀。
S8、划片、蒸镀减反射膜；
蒸镀完下电极的外延片放入自动划片机中，上电极面朝上，对准划片标记，自动划片，将外延片划成30×40的电池。然后腐蚀CAP层(CAP层是电池外延过程中生长的一层高掺杂层，用于与上电极形成良好的欧姆接触，没有上电极的部分的CAP层需要被去掉)，在电池入光面蒸镀TiOx/Al2O3膜系。
对完成的太阳电池进行电性能测试；
测试电性能，测试条件为：AM0光谱，135.3mW/cm2。测试结果如表1所示：
表1
其中，Isc代表短路电流，Voc代表开路电压，eff代表光电转换效率，FF代表填充因子。
可知，50μm、80μm、100μm厚度的电池与145μm厚度的电池在性能上相差不多。
本申请的有益效果是：能够对砷化镓太阳电池进行局部减薄，降低太阳电池重量的同时又能有效降低薄型太阳电池的翘曲；在现有工艺步骤中增加了可去除的正面保护层的步骤，将电池减薄至50μm以下时，能对整个外延片起到支撑的作用，从而有效降低薄型太阳电池的翘曲和生产不良率；采用光刻技术制备减薄图形可以准确控制图形和位置，且可以实现自动化。
以上对本申请实施例所提供的一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，不同厂商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包含”、“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含/包括，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：步骤包括S3、在所述太阳电池的上电极的表面制备可去除的正面保护层。
2.根据权利要求1所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：制备所述正面保护层的具体步骤包括：在所述上电极的表面涂光刻胶并进行烘烤和在所述光刻胶胶面上粘贴热敏胶带。
3.根据权利要求2所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：在所述上电极的表面涂光刻胶并进行烘烤的具体内容为：在所述上电极的表面涂BP218光刻胶，然后将所述电池放入烘箱中烘烤。
4.根据权利要求3所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：所述烘烤的具体要求是：先在80℃～90℃的温度范围内烘烤5min～15min，再在120℃～125℃的温度范围内烘烤15min～25min。
5.根据权利要求2所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：所述热敏胶带温度敏感范围为90℃～110℃。
6.根据权利要求1所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：在制备所述正面保护层之前，还包括步骤：
S1、将所述电池的衬底减薄至120μm以下；
S2、在外延层的上表面制备5μm～7μm厚的所述上电极。
在制备所述正面保护层之后，还包括步骤：
S4、对所述电池的衬底进行光刻，得到待腐蚀图形；
S5、按所述待腐蚀图形对所述衬底底部进行腐蚀；
S6、去除所述正面保护层及光刻胶；
S7、在进行了腐蚀的所述衬底底部制备下电极；
S8、在所述电池入光面制备减反射膜。
7.根据权利要求6所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：按所述待腐蚀图形对所述衬底进行腐蚀的具体要求为：所述外延片边缘处2mm-3mm范围内保留衬底，划片位置不腐蚀，所述上电极的焊点对应位置的背面不腐蚀，所述下电极焊接部位不腐蚀，在所述待腐蚀图形的中间保留若干起到支撑作用的部分不进行腐蚀。
8.根据权利要求6所述局部减薄砷化镓太阳电池制备方法，其特征在于：采用浸泡腐蚀液的方式对所述衬底进行腐蚀，所述腐蚀液为氢氟酸、双氧水、水按(1～3)：(1～3)：(4～9)的体积比进行混合的混合液。
9.一种局部减薄砷化镓太阳电池，包括相邻且组成层状结构的所述外延层(2)和所述衬底(3)，所述外延层(2)在所述衬底(3)的上方；所述外延层(2)的上方设有所述上电极，其特征在于：所述上电极上表面设有可去除的所述正面保护层；所述衬底(3)的下表面设有所述下电极。
10.根据权利要求9所述局部减薄砷化镓太阳电池，其特征在于：所述下电极分凸部和凹部，所述电池的划片位置为所述凸部，所述上电极的焊点对应位置的背面为所述凸部，所述下电极焊接部位为所述凸部，所述下电极的中间设有若干起到支撑作用的凸部；所述下电极除了以上所述的凸部外均为所述凹部。
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