CN111063747A - 一种低成本欧姆接触电极的制备方法及太阳电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本欧姆接触电极的制备方法，包括：提供一基底；在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜；在所述蓝膜上表面旋涂银浆后，撕下所述蓝膜形成银浆电极，其中，所述银浆旋涂后同时覆盖所述蓝膜和所述基底；对银浆电极快速热退火处理，形成欧姆接触电极。本发明还提供了一种太阳电池。本发明在基底表面覆盖蓝膜后通过旋涂银浆形成银浆电极，可以实现在基底上制备出具有低电阻、高稳定性的欧姆接触电极，而且样品表面平整，制备工艺简单，与金属蒸镀工艺相比，电极成本骤降，未来可应用在太阳电池片上，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种低成本欧姆接触电极的制备方法及太阳电池。
背景技术
随着有限能源消耗的日益增加，人们对高效率、低成本的太阳电池的需求越发强烈，通过外延生长多结电池后进行一系列器件加工工艺形成具有光电转换的太阳电池，其中必不可少的工艺步骤是在电池片上形成图形化的金属化电极，而以GaAs为欧姆接触的接触层生长出匹配的多结电池越来越受到众人关注。
现阶段的电池片上的正面电极的形成主要还是采用电子束蒸发或磁控溅射的方法在GaAs接触层上形成AuGe/Ni/Au合金，该方法虽然可以精确控制电极的厚度和宽度，但是图形化电极操作工艺复杂，原料成本非常高昂，产业化市场前景狭窄。
因此需要提供一种既能在GaAs接触层上形成稳定的欧姆接触电极，又能使工艺简单、原料成本降低的方法。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种低成本、低电阻的欧姆接触电极的制备方法及太阳电池，突破了现有金属电极工艺复杂、成本昂贵的瓶颈，可以明显简化制作工艺，降低制作成本。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种低成本欧姆接触电极的制备方法，包括：
提供一基底；
在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜；
在所述蓝膜上表面旋涂银浆后，撕下所述蓝膜形成银浆电极，其中，所述银浆旋涂后同时覆盖所述蓝膜和所述基底；
对银浆电极快速热退火处理，形成欧姆接触电极。
作为其中一种实施方式，所述基底为掺杂浓度是1018cm-3的N型GaAs片层。
作为其中一种实施方式，在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜的步骤前，还包括步骤：对所述基底进行表面洁净处理；
所述洁净处理的步骤包括：
使用丙酮溶液浸泡所述基底，接着使用异丙醇浸泡后进行水洗，再用氮气气枪吹干；最后对所述基底进行等离子去胶机处理。
作为其中一种实施方式，在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜的步骤前、所述洁净处理的步骤后，还包括步骤：对所述基底利用无机溶液酸洗；
对所述基底利用无机溶液酸洗的步骤包括：
采用HCl溶液浸泡所述基底，使GaAs表面的部分氧化物被洗除而打开表面悬挂键。
作为其中一种实施方式，在所述蓝膜上表面旋涂银浆前，还包括：使用稀释剂松油醇稀释以调节粘稠度。
作为其中一种实施方式，所述快速热退火处理步骤中，退火气氛为氮气气氛，退火温度为300℃～500℃，退火时间为200s～300s。
作为其中一种实施方式，旋涂银浆的转速是4000rad/min，在撕下所述蓝膜前，还包括：使用60℃低温加热银浆。
作为其中一种实施方式，在撕下所述蓝膜后、对银浆电极快速热退火处理前，还包括：在鼓风干燥箱内以180℃的高温固化所述基底上的银浆30min。
本发明的另一目的在于提供一种太阳电池，包括上述的一种低成本欧姆接触电极的制备方法制作的欧姆接触电极。
本发明在基底表面覆盖蓝膜后通过旋涂银浆形成银浆电极，可以实现在基底上制备出具有低电阻、高稳定性的欧姆接触电极，而且样品表面平整，制备工艺简单，与金属蒸镀工艺相比，电极成本骤降，未来可应用在太阳电池片上，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的GaAs片上的银浆欧姆接触电极的制备流程图；
图2为不同退火条件下的高精度探针台测试I-V图；
其中，图2a、图2b、图2c、图2d分别研究了300℃/240s，400℃/240s，500℃/240s，500℃/300s不同退火温度/时间条件对I-V曲线的影响；
图3为不同退火条件下的冷场发射扫描电镜(SEM，即Scanning ElectronMicroscope)图；
图4为不同退火条件下的场发射环境扫描电镜(EDX，即Energy Dispersive X-Ray)图；
其中，图4a、4b分别为500℃/240s，500℃/300s不同退火温度/时间条件下的场发射环境扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种低成本的欧姆接触电极的制备方法，主要包括：
提供一基底；
在基底上设置一层带有电极图案的蓝膜；
在蓝膜上表面旋涂银浆后，撕下蓝膜形成银浆电极，其中，银浆旋涂后同时覆盖在蓝膜和基底的表面；
对银浆电极快速热退火处理，形成欧姆接触电极。
本实施例中，该基底为掺杂浓度是1018cm-3的N型GaAs片层。参阅图1，本实施例示出的在N型GaAs上制备欧姆接触电极的方法具体为：
S01、对基底进行表面洁净处理。
洁净处理的步骤包括：
使用丙酮溶液浸泡基底10min，接着使用异丙醇浸泡10min后，进行5-6遍水洗，再用氮气气枪吹干。
用氮气气枪吹干后，还需要对基底进行等离子去胶机处理。去胶功率设置为300W，去胶时间为3min，最后形成高洁净、高平整的基底表面。
S02、将基底利用无机溶液酸洗。
将基底利用无机溶液酸洗的步骤包括：
首先配置一定量HCl溶液，配比为HCl：H2O＝1：40，浸泡基底样片40s，保证GaAs表面的部分氧化物被洗除，以打开GaAs表面悬挂键。
S03、刻出形状规则的蓝膜图形，并粘贴在GaAs片上。
S04、使用稀释好的银浆在图形四周进行旋涂，旋涂银浆的转速设置为4000rad/min。最好是使银浆旋涂后同时覆盖在蓝膜和基底的表面。
需要注意的是，在蓝膜上表面旋涂银浆前，银浆需要进行稀释，本实施例优选使用稀释剂松油醇稀释，以调节粘稠度。
S05、旋涂银浆后，通过加热固化银浆电极。
首先，使用60℃低温加热固化部分银浆，然后可以方便地撕下蓝膜形成图形化的银浆电极。然后，在鼓风干燥箱的180℃高温环境持续30min，烘干浆料中的有机溶剂，固化基底上的银浆，从而保证银浆电极可以均匀、平整的贴附在基底GaAs片上。
S06、在快速退火设备中形成欧姆接触电极。
快速热退火处理步骤中，退火气氛为氮气气氛，退火温度为300℃～500℃，退火时间为200s～300s，进一步优选退火时间为240s～300s。
S07、再次重复步骤S01，对基底表面进行清洗处理，以保证退火后表面的洁净度，降低外界不稳定因素对基底表面的影响。
如图2～4所示，本发明研究了不同温度的退火条件的欧姆接触情况。下面将结合图2、图3、图4详细分析退火条件对在GaAs片上形成欧姆接触电极的影响。
图2的图2a、图2b、图2c、图2d分别研究了300℃/240s，400℃/240s，500℃/240s，500℃/300s不同退火条件对I-V曲线的影响。
虽然测试中I-V曲线中计算的总电阻包含了体电阻，但是在同一批样片中体电阻可以认为是一致的，所以可用总电阻大小来比较接触电阻的大小。在温度较低的400℃以下，欧姆接触电极均没有形成欧姆接触，这是由于在掺杂浓度一定的情况下，过低温度不足以降低势垒高度，形成不了欧姆接触。研究表明，当温度达到500℃后，势垒高度的降低形成了良好的线性欧姆接触，且随着退火时间的增加，接触电阻变小。这也证明了GaAs片上银浆作为金属电极具有可行性，不仅简化了工艺步骤，同时显著降低成本。
根据图3中的SEM图可以明显看出，500℃高温快速退火后，GaAs片上的银浆形成致密、相对平整的合金欧姆接触，低温退火的银浆由于有机载体尚未挥发完全而使浆料本身电阻过大，同时接触面积增大导致接触电阻变大。
根据图4中的EDX测试可以发现，500℃的高温退火可以使银浆中的银以一定的深度和广度向GaAs片扩散，且Ga、As原子向银浆的扩散程度相对较低，可以有效的保证银浆电极的完整性和纯净性。
因此，根据本实施例提供的N型GaAs上欧姆接触电极的制备方法，可得到一种低成本、低电阻的接触电极，这将为GaAs太阳电池提供崭新的工艺路径，通过将其作为太阳电池的欧姆接触电极，可以应用到无人机、航天等多向领域。
综上所述，本发明在基底表面覆盖蓝膜后通过旋涂银浆形成银浆电极，可以实现在基底上制备出具有低电阻、高稳定性的欧姆接触电极，而且样品表面平整，制备工艺简单，与金属蒸镀工艺相比，电极成本骤降，未来可应用在太阳电池片上，具有广泛的应用前景。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，包括：
提供一基底；
在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜；
在所述蓝膜上表面旋涂银浆后，撕下所述蓝膜形成银浆电极，其中，所述银浆旋涂后同时覆盖所述蓝膜和所述基底；
对银浆电极快速热退火处理，形成欧姆接触电极。
2.根据权利要求1所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，所述基底为掺杂浓度是1018cm-3的N型GaAs片层。
3.根据权利要求2所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜的步骤前，还包括步骤：对所述基底进行表面洁净处理；
所述洁净处理的步骤包括：
使用丙酮溶液浸泡所述基底，接着使用异丙醇浸泡后进行水洗，再用氮气气枪吹干；最后对所述基底进行等离子去胶机处理。
4.根据权利要求3所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，在所述基底上设置一层带有电极图案的蓝膜的步骤前、所述洁净处理的步骤后，还包括步骤：对所述基底利用无机溶液酸洗；
对所述基底利用无机溶液酸洗的步骤包括：
采用HCl溶液浸泡所述基底，使GaAs表面的部分氧化物被洗除而打开表面悬挂键。
5.根据权利要求1所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，在所述蓝膜上表面旋涂银浆前，还包括：使用稀释剂松油醇稀释以调节粘稠度。
6.根据权利要求1～5任一所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，所述快速热退火处理步骤中，退火气氛为氮气气氛，退火温度为300℃～500℃，退火时间为200s～300s。
7.根据权利要求6所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，旋涂银浆的转速是4000rad/min，在撕下所述蓝膜前，还包括：使用60℃低温加热银浆。
8.根据权利要求7所述的低成本欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，在撕下所述蓝膜后、对银浆电极快速热退火处理前，还包括：在鼓风干燥箱内以180℃的高温固化所述基底上的银浆30min。
9.一种太阳电池，其特征在于，包括根据权利要求1～8任一所述的低成本欧姆接触电极的制备方法制作的欧姆接触电极。
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