CN108807582A - 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，包括电池芯片单元，该电池芯片单元包括导热基板及固定于导热基板上的多个纳米柱结构，该纳米柱结构包括自下而上依次设置的金属电极、p型氮化镓层和多量子阱层，所述多量子阱层的上方设有n型氮化镓层；其制备步骤为：在衬底上外延源区结构；制备透明电极；在金属电极上刻出圆形图形，利用干法刻蚀技术刻蚀出纳米柱结构，把金属电极焊接在导热基板上，剥离掉衬底；制备n面电极，并光刻出图形；集成封装。采用本发明的方法制备得到的太阳能电池芯片可以大大增加光吸收面积及光电效率，且同时可以吸收多个太阳能光谱。
Description
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。
目前普遍采用的硅基太阳能电池主要包括硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池和有机材料太阳能电池，但上述现有硅基太阳能电池的光电转换效率较低(20％左右)，新型结构的太阳能电池，例如量子点太阳能电池，级联结构的太阳能电池等等，虽然光电转换效率增加，但是其制备工艺相对复杂，距离产业化还存在一定距离。另外现有太阳能电池对于太阳光光谱的吸收也只能利用其中的一部分，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硅基太阳能电池的光电转换效率及对太阳光的利用率相对较低的不足，提供了一种太阳能电池芯片的制备方法。采用本发明的方法制备得到的太阳能电池芯片可以大大增加光吸收面积及光电效率，且同时可以吸收多个太阳能光谱。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种太阳能电池芯片，包括电池芯片单元，该电池芯片单元包括导热基板及固定于导热基板上的多个纳米柱结构，所述的纳米柱结构包括自下而上依次设置的金属电极、p型氮化镓层和多量子阱层，所述多量子阱层的上方设有n型氮化镓层。
更进一步的，所述的导热基板固定于散热金属基板上。
更进一步的，所述的散热金属基板上集成有多个不同禁带宽度的纳米柱电池芯片单元。
更进一步的，所述n型氮化镓层的上方设有导电电极和增透膜，且导电电极和增透膜为二氧化硅/氮化硅薄膜的周期结构；所述的多量子阱层为至少3组量子阱-垒结构InGaN/GaN。
更进一步的，所述的纳米柱结构为圆柱形结构，其圆柱直径为100nm～4000nm，且同一电池芯片单元上纳米柱结构之间的间隔100nm～4000nm。
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、电池芯片单元的制备：
a1、选取衬底，在衬底向上外延源区结构，该源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层、多量子阱层和p型氮化镓层；
a2、采用等离子溅射技术在p型氮化镓层上制备金属电极；
a3、在金属电极上旋涂光刻胶，利用光刻工艺刻出圆形图形，然后利用干法刻蚀技术，刻蚀出纳米柱结构；
a4、将金属电极焊接固定于导热基板上，并利用激光剥离技术，去除掉衬底；
a5、在n型氮化镓层上依次制备导电电极和增透膜，即得纳米柱电池芯片单元；
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纳米柱电池芯片单元，并将不同芯片单元集成至同一散热金属基板上，从而实现多禁带宽度的p朝下封装结构的纳米柱太阳能电池芯片的集成。
更进一步的，所述的衬底为蓝宝石或氮化镓，步骤a4中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底，激光脉冲辐照的脉宽为20～100ns，激光辐照波长为240～360nm。
更进一步的，所述步骤a5中利用PECVD技术制备增透膜，且PECVD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；所述步骤a3中光刻胶的烘烤温度为85-90℃，烘烤时间为35-42秒。
更进一步的，所述的多量子阱层包括3组量子阱-垒结构InGaN/GaN，且量子阱In组分渐变，第一组In组分5％～15％，第二组In组分15％～35％，第三组In组分35％～65％。
本发明的一种太阳能电池，该太阳能电池包括上述太阳能电池芯片。
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，包括电池芯片单元，该电池芯片单元包括导热基板及固定于导热基板上的多个纳米柱结构，纳米结构可以大大增加对太阳光吸收的面积，从而提高了光生电流的效率。
(2)本发明的一种太阳能电池芯片，所述的散热金属基板上集成有多个不同禁带宽度的纳米柱电池芯片单元，从而可以实现从蓝光到黄光等不同波段太阳能光波的吸收，实现多禁带宽度的太阳能电池的集成，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，适合吸收多个太阳能光谱。
(3)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法，采用激光剥离技术，利用氮化镓(GaN)基量子阱结构太阳能电池实现GaN基太阳能电池的2英寸完整剥离，p面电极朝下的集成封装形式，以散热非导电陶瓷为衬底，实现纳米结构的太阳能电池的制备，而且该方法可以大大增加吸收太阳光的面积，而且禁带宽度可以实现从蓝光到黄光的吸收，适合吸收多个太阳能光谱。
(4)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法，利用传统干法刻蚀工艺及利用激光剥离技术实现上下电极结构，其p型电极朝下共晶焊接在导电及导热基板上，从而大大优化了太阳能电池的散热特性，提高了太阳能电池的稳定性及寿命。
(5)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法，通过采用激光剥离技术，并对激光辐照的工艺参数进行优化设计，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。
(6)本发明的一种太阳能电池芯片的制备方法，其n型氮化镓电极利用等离子体辅助化学气相淀积(PECVD)技术，制备增透膜，从而可以有效减少光的反射。同时，通过对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。
(7)本发明的一种太阳能电池，通过对其太阳能电池芯片的结构及制备工艺进行优化设计，可以制备得到纳米结构的太阳能电池，有效增加对太阳光吸收的面积，同时还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的结构示意图。
图2-图4为本发明步骤a2和a3的结构示意图。
图5、图6为本发明步骤a4的结构示意图。
图7为本发明步骤a5的结构示意图。
图8为本发明所得太阳能电池芯片的结构示意图。
附图中的标号说明：
1、衬底；2、n型氮化镓层；3、多量子阱层；4、p型氮化镓层；5、金属电极；6、光刻胶；7、散热金属基板；8、银胶；9、导热基板；10、导电电极；11、增透膜。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，现结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种太阳能电池芯片，包括电池芯片单元，该电池芯片单元包括导热基板9及固定于导热基板9上的多个纳米柱结构，所述的纳米柱结构包括自下而上依次设置的金属电极5、p型氮化镓层4和多量子阱层3，所述多量子阱层3的上方设有n型氮化镓层2，上述导热基板9固定于散热金属基板7上。本实施例通过纳米柱结构的制备可以大大增加对太阳光吸收的面积，从而提高了光生电流的效率。
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：本实施例中所述的散热金属基板7上集成有多个不同禁带宽度的纳米柱电池芯片单元。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电池芯片单元集成到同一基板上，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n型氮化镓层2的上方设有导电电极10和增透膜11，且导电电极10和增透膜11为二氧化硅/氮化硅薄膜的周期结构，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。所述的多量子阱层3为至少3组量子阱-垒结构InGaN/GaN，本实施例中包括3组量子阱-垒结构InGaN/GaN，且量子阱In组分渐变，第一组In组分5％，第二组In组分15％，第三组In组分35％。本实施例的纳米柱结构为圆柱形结构，其圆柱直径为100nm，且同一电池芯片单元上纳米柱结构之间的间隔4000nm。
结合图1-图8所示，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、电池芯片单元的制备：
a1、选取衬底1，在衬底1向上外延源区结构，该源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4；本实施例的衬底1为蓝宝石。
a2、采用等离子溅射技术在p型氮化镓层4上制备金属电极5，从而在p面金属电极上端形成欧姆接触；
a3、在金属电极5上旋涂光刻胶6，利用光刻工艺刻出圆形图形，然后利用干法刻蚀技术，刻蚀出纳米柱结构，光刻胶的烘烤温度为85℃，烘烤时间为42秒；
a4、将金属电极5焊接固定于导热基板9上，并利用激光剥离技术，去除掉衬底1，具体的，采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1，激光脉冲辐照的脉宽为75ns，激光辐照波长为295nm，本实施例的导热基板9由铝或铜金属材料制成。
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单元集成到同一基板上，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。由于蓝宝石和氮化镓衬底生长氮化镓基材料的晶体质量相对较高，且衬底价格相对低廉，适用于工业化产品的设计与开发，因此本申请选用蓝宝石和氮化镓作为衬底材料，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衬底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。
a5、在n型氮化镓层2上依次制备导电电极10和增透膜11，即得纳米柱电池芯片单元；其中利用PECVD技术制备增透膜11，且PECVD的生长温度控制在200℃，反应腔压力控制在0.4个大气压。
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纳米柱电池芯片单元，并将不同芯片单元集成至同一散热金属基板7上，从而实现多禁带宽度的p朝下封装结构的纳米柱太阳能电池芯片的集成。
本实施例的一种太阳能电池，将多纳米柱的太阳能芯片封装制备成太阳能电池组件，即实现高稳定性、长寿命、宽带系吸收的太阳能电池。
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：本实施例中的多量子阱层3包括3组量子阱-垒结构InGaN/GaN，第一组In组分9％，第二组In组分25％，第三组In组分48％。本实施例中纳米柱结构的圆柱直径为560nm，且同一电池芯片单元上纳米柱结构之间的间隔800nm。
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、电池芯片单元的制备：
a1、选取衬底1，在衬底1向上外延源区结构，该源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4；本实施例的衬底1为氮化镓。
a2、采用等离子溅射技术在p型氮化镓层4上制备金属电极5；
a3、在金属电极5上旋涂光刻胶6，利用光刻工艺刻出圆形图形，然后利用干法刻蚀技术，刻蚀出纳米柱结构，光刻胶的烘烤温度为90℃，烘烤时间为35秒；
a4、将金属电极5焊接固定于导热基板上9，并利用激光剥离技术，去除掉衬底1，具体的，采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1，激光脉冲辐照的脉宽为100ns，激光辐照波长为240nm。
a5、在n型氮化镓层2上依次制备导电电极10和增透膜11，即得纳米柱电池芯片单元；其中利用PECVD技术制备增透膜11，且PECVD的生长温度控制在580℃，反应腔压力控制在1个大气压。
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纳米柱电池芯片单元，并将不同芯片单元集成至同一散热金属基板7上，从而实现多禁带宽度的p朝下封装结构的纳米柱太阳能电池芯片的集成。
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：本实施例中的多量子阱层3包括3组量子阱-垒结构InGaN/GaN，第一组In组分15％，第二组In组分35％，第三组In组分65％。本实施例中纳米柱结构的圆柱直径为4000nm，且同一电池芯片单元上纳米柱结构之间的间隔100nm。
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、电池芯片单元的制备：
a1、选取衬底1，在衬底1向上外延源区结构，该源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层2、多量子阱层3和p型氮化镓层4；本实施例的衬底1为蓝宝石。
a2、采用等离子溅射技术在p型氮化镓层4上制备金属电极5；
a3、在金属电极5上旋涂光刻胶6，利用光刻工艺刻出圆形图形，然后利用干法刻蚀技术，刻蚀出纳米柱结构，光刻胶的烘烤温度为87℃，烘烤时间为39秒；
a4、将金属电极5焊接固定于导热基板上9，并利用激光剥离技术，去除掉衬底1，具体的，采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底1，激光脉冲辐照的脉宽为20ns，激光辐照波长为360nm。
a5、在n型氮化镓层2上依次制备导电电极10和增透膜11，即得纳米柱电池芯片单元；其中利用PECVD技术制备增透膜11，且PECVD的生长温度控制在350℃，反应腔压力控制在0.7个大气压。
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纳米柱电池芯片单元，并将不同芯片单元集成至同一散热金属基板7上，从而实现多禁带宽度的p朝下封装结构的纳米柱太阳能电池芯片的集成。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池芯片，其特征在于：包括电池芯片单元，该电池芯片单元包括导热基板(9)及固定于导热基板(9)上的多个纳米柱结构，所述的纳米柱结构包括自下而上依次设置的金属电极(5)、p型氮化镓层(4)和多量子阱层(3)，所述多量子阱层(3)的上方设有n型氮化镓层(2)。
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：所述的导热基板(9)固定于散热金属基板(7)上。
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：所述的散热金属基板(7)上集成有多个不同禁带宽度的纳米柱电池芯片单元。
4.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n型氮化镓层(2)的上方设有导电电极(10)和增透膜(11)，且导电电极(10)和增透膜(11)为二氧化硅/氮化硅薄膜的周期结构；所述的多量子阱层(3)为至少3组量子阱-垒结构InGaN/GaN。
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：所述的纳米柱结构为圆柱形结构，其圆柱直径为100nm～4000nm，且同一电池芯片单元上纳米柱结构之间的间隔100nm～4000nm。
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、电池芯片单元的制备：
a1、选取衬底(1)，在衬底(1)向上外延源区结构，该源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层(2)、多量子阱层(3)和p型氮化镓层(4)；
a2、采用等离子溅射技术在p型氮化镓层(4)上制备金属电极(5)；
a3、在金属电极(5)上旋涂光刻胶(6)，利用光刻工艺刻出圆形图形，然后利用干法刻蚀技术，刻蚀出纳米柱结构；
a4、将金属电极(5)焊接固定于导热基板上(9)，并利用激光剥离技术，去除掉衬底(1)；
a5、在n型氮化镓层(2)上依次制备导电电极(10)和增透膜(11)，即得纳米柱电池芯片单元；
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纳米柱电池芯片单元，并将不同芯片单元集成至同一散热金属基板(7)上，从而实现多禁带宽度的p朝下封装结构的纳米柱太阳能电池芯片的集成。
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)为蓝宝石或氮化镓，步骤a4中采用脉冲激光进行辐照来剥离衬底(1)，激光脉冲辐照的脉宽为20～100ns，激光辐照波长为240～360nm。
8.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：所述步骤a5中利用PECVD技术制备增透膜(11)，且PECVD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；所述步骤a3中光刻胶的烘烤温度为85-90℃，烘烤时间为35-42秒。
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：所述的多量子阱层(3)包括3组量子阱-垒结构InGaN/GaN，且量子阱In组分渐变，第一组In组分5％～15％，第二组In组分15％～35％，第三组In组分35％～65％。
10.一种太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池包括权利要求1-5中任一项所述的太阳能电池芯片。
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|---|---|---|---|---|
| US20110204317A1 (en) * | 2010-02-19 | 2011-08-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electric energy generator |
| CN102185043A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-09-14 | 苏州纳维科技有限公司 | 发光二极管及其制备方法、太阳能电池及其制备方法 |
| CN103151416A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-12 | 厦门大学 | 垂直结构InGaN太阳能电池及其制备方法 |
| CN107785355A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 中国科学院金属研究所 | 透明柔性GaN纳米棒阵列发光二极管器件及其制备方法 |
| CN108091712A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-29 | 安徽银欣新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法 |
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2018
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110204317A1 (en) * | 2010-02-19 | 2011-08-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electric energy generator |
| CN102185043A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-09-14 | 苏州纳维科技有限公司 | 发光二极管及其制备方法、太阳能电池及其制备方法 |
| CN103151416A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-12 | 厦门大学 | 垂直结构InGaN太阳能电池及其制备方法 |
| CN107785355A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 中国科学院金属研究所 | 透明柔性GaN纳米棒阵列发光二极管器件及其制备方法 |
| CN108091712A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-29 | 安徽银欣新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池及其芯片和该芯片的制备方法 |
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