CN112510122B - 一种免切割的柔性砷化镓太阳电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免切割的柔性砷化镓太阳电池及其制作方法，制作方法包括以下步骤：在砷化镓衬底上生长一外延层；在外延层上制备作为正电极的柔性衬底；剥离去除砷化镓衬底；在柔性衬底上贴合临时刚性衬底；制备至少两个间隔设置的负电极；在负电极的周围制备减反射膜，且相邻两个负电极周围的减反射膜之间预留有未覆盖减反射膜的分割区；覆盖光刻胶；根据芯片尺寸要求将分割区的外延层及柔性衬底腐蚀，并去除光刻胶；去除临时刚性衬底，制得柔性砷化镓太阳电池。通过在制备负电极及减反射膜时预留分割区，结合蚀刻工艺将分割区的外延层及柔性衬底腐蚀，从而无需切割即可得到各种不同规格尺寸的芯片，进而降低了芯片制作成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种免切割的柔性砷化镓太阳电池及其制作方法。
背景技术
砷化镓太阳电池作为第三代太阳电池，具有转化效率高、温度特性好、耐辐照性能强和重量轻等优点，而柔性砷化镓电池除以上优点外，还具有具有超薄、可弯曲的优点。
传统的柔性砷化镓电池的制备方法为：砷化镓衬底上生长外延层；在外延层上制备作为正电极的柔性衬底；剥离砷化镓衬底；临时刚性衬底贴合；负电极制备与帽层腐蚀；减反膜制备；刚性衬底去除；机械或激光切割成独立的芯片。需要使用切割工艺的芯片具有以下缺点：
（1）量产过程需要切割成本的投入；
（2）切割时间长；
（3）切割后会有芯片侧壁衬底金属与外延层连通，有漏电风险，造成良率损失；
（4）为提高芯片性能，切割后需要对芯片侧壁进行钝化处理，增加了工艺难度与成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种免切割的柔性砷化镓太阳电池及其制作方法，能够避免传统切割工艺的诸多弊端。
根据本发明第一方面实施例的一种免切割的柔性砷化镓太阳电池制作方法，包括以下步骤：S100、在砷化镓衬底上生长一外延层；S200、在所述外延层上制备作为正电极的柔性衬底；S300、剥离去除所述砷化镓衬底，得到带有所述柔性衬底的外延层薄膜；S400、在所述柔性衬底上背向所述外延层的一面贴合一临时刚性衬底；S500、在所述外延层薄膜剥离所述砷化镓衬底的一面制备至少两个间隔设置的负电极；S600、在所述负电极的周围制备减反射膜，且相邻两个所述负电极周围的减反射膜之间预留有未覆盖减反射膜的分割区，所述分割区与芯片尺寸要求一致；S700、在所述负电极及减反射膜上覆盖光刻胶；S800、根据芯片尺寸要求将分割区的外延层及柔性衬底腐蚀，并去除光刻胶；S900、去除所述临时刚性衬底，制得柔性砷化镓太阳电池。
根据本发明第一方面实施例的柔性砷化镓太阳电池制作方法，至少具有如下有益效果：通过在制备负电极及减反射膜时预留分割区，结合蚀刻工艺将分割区的外延层及柔性衬底腐蚀，从而无需切割即可得到各种不同规格尺寸的芯片，进而降低了芯片制作成本，提高了生产效率，并且还降低了芯片漏电风险，提高生产良率，相比传统切割后的钝化工艺，降低了工艺难度与成本。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S100中的外延层为依次生长在所述砷化镓衬底上的AlAs牺牲层、GaInP顶电池、中顶隧穿结、GaAs中电池、中底隧穿结、InGaAs底电池。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S200中的柔性衬底为位于所述InGaAs底电池上的金属衬底，该金属衬底由Pd、Cu组成。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S300中剥离去除所述砷化镓衬底通过浸入HF溶液中，将所述AlAs牺牲层腐蚀掉，以使所述砷化镓衬底脱落。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S800中分别采用由盐酸、氢溴酸、重铬酸钾、乙酸组成的混合溶液将所述分割区的GaInP顶电池、中顶隧穿结、GaAs中电池、中底隧穿结、InGaAs底电池腐蚀掉，以及采用王水和Cu蚀刻液浸泡将所述分割区的柔性衬底腐蚀掉。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S400中贴合所述临时刚性衬底是通过耐酸碱的双面热解胶，双面热解胶的两面分别贴合柔性衬底和所述临时刚性衬底。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S900中通过加热所述临时刚性衬底使所述柔性衬底从所述双面热解胶上脱落。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S500中的负电极采用光刻、金属蒸镀、撕金去胶的方法制作而成。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述步骤S600中的减反射膜采用光刻、TiO2/Al2O3 蒸镀、去胶的方法制作而成。
根据本发明第二方面实施例的一种免切割的柔性砷化镓太阳电池，通过上述柔性砷化镓太阳电池制作方法制备而成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的砷化镓衬底生长外延层以及制备柔性衬底示意图；
图2为本发明实施例的剥离砷化镓衬底后的外延层薄膜状态图；
图3为本发明实施例的外延层薄膜制备负电极、减反射膜及临时刚性衬底示意图；
图4为本发明实施例的负电极与减反射膜上涂覆光刻胶状态图；
图5为本发明实施例分割区的外延层及柔性衬底腐蚀后示意图；
图6为本发明实施例去除临时刚性衬底后的示意图。
附图标记：
砷化镓衬底1、AlAs牺牲层2、GaInP顶电池3、中顶隧穿结4、GaAs中电池5、中底隧穿结6、InGaAs底电池7、柔性衬底8、临时刚性衬底9、双面热解胶10、负电极11、减反射膜12、光刻胶13、分割区14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参考图1至图6所示，为本技术方案本发明第一方面实施例的一种免切割的柔性砷化镓太阳电池制作方法，包括以下步骤：
S100、用MOCVD在砷化镓衬底1上生长一外延层；在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S100中的外延层为依次生长在所述砷化镓衬底1上的AlAs牺牲层2、GaInP顶电池3、中顶隧穿结4、GaAs中电池5、中底隧穿结6、InGaAs底电池7。
S200、在所述外延层上制备作为正电极的柔性衬底8；在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S200中的柔性衬底8为位于所述InGaAs底电池7上的金属衬底，该金属衬底由Pd、Cu组成，厚度为20μm，如图1所示。该金属层厚度可以在20-100μm之间，20μm仅作为其中一个实施例，对此本申请不做具体限制。
S300、剥离去除所述砷化镓衬底1，得到带有所述柔性衬底8的外延层薄膜；在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S300中剥离去除所述砷化镓衬底1通过浸入HF溶液中，将所述AlAs牺牲层2腐蚀掉，以使所述砷化镓衬底1脱落，得到带有所述柔性衬底8的外延层薄膜，如图2所示。
S400、在所述柔性衬底8上背向所述外延层的一面贴合一临时刚性衬底9；在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S400中贴合所述临时刚性衬底9是通过耐酸碱的双面热解胶10，双面热解胶10的两面分别贴合柔性衬底8和所述临时刚性衬底9，如图3所示。
S500、在所述外延层薄膜剥离所述砷化镓衬底1的一面制备至少两个间隔设置的负电极11；在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S500中的负电极11为金属负电极11，采用光刻、金属蒸镀、撕金去胶的方法制作而成，如图3所示。
S600、在所述负电极11的周围制备减反射膜12，且相邻两个所述负电极11周围的减反射膜12之间预留有未覆盖减反射膜12的分割区14，确保负电极11的焊接区域以及分隔开多颗电池的分割区14没有减反射膜12，如图4所示，所述分割区14与芯片尺寸要求一致。在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S600中的减反射膜12采用光刻、TiO2/Al2O3蒸镀、去胶的方法制作而成。
S700、在所述负电极11及减反射膜12上覆盖光刻胶13；即采用光刻的方法，使电池有效区域覆盖光刻胶13，分割区14无光刻胶13，如图4所示；
S800、根据芯片尺寸要求将分割区14的外延层及柔性衬底8腐蚀，并去除光刻胶13；在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S800中先采用由盐酸、氢溴酸、重铬酸钾、乙酸组成的混合溶液将所述分割区14的GaInP顶电池3、中顶隧穿结4、GaAs中电池5、中底隧穿结6、InGaAs底电池7腐蚀掉，再采用王水和Cu蚀刻液浸泡将所述分割区14的柔性衬底8（Pd和Cu）腐蚀掉，并去除光刻胶13，使多颗电池相互独立，如图5所示。
S900、去除所述临时刚性衬底9，制得柔性砷化镓太阳电池。在本发明第一方面的一些实施例中，所述步骤S900中通过加热所述临时刚性衬底9使所述柔性衬底8从所述双面热解胶10上脱落，得到相互独立的柔性砷化镓太阳电池，如图6所示。
可以看出，本技术方案通过在制备负电极11及减反射膜12时预留分割区14，结合蚀刻工艺将分割区14的外延层及柔性衬底8腐蚀，从而无需切割即可得到各种不同规格尺寸的芯片，进而降低了芯片制作成本，提高了生产效率，并且还降低了芯片漏电风险，提高生产良率，相比传统切割后的钝化工艺，降低了工艺难度与成本。
本技术方案还包括与上述柔性砷化镓太阳电池制作方法同一发明构思的柔性砷化镓太阳电池，该通过柔性砷化镓太阳电池上述柔性砷化镓太阳电池制作方法制备而成。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种免切割的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、在砷化镓衬底上生长一外延层；
S200、在所述外延层上制备作为正电极的柔性衬底；
S300、剥离去除所述砷化镓衬底，得到带有所述柔性衬底的外延层薄膜；
S400、在所述柔性衬底上背向所述外延层的一面贴合一临时刚性衬底；
S500、在所述外延层薄膜剥离所述砷化镓衬底的一面制备至少两个间隔设置的负电极；
S600、在所述负电极的周围制备减反射膜，且相邻两个所述负电极周围的减反射膜之间预留有未覆盖减反射膜的分割区，所述分割区与芯片尺寸要求一致；
S700、在所述负电极及减反射膜上覆盖光刻胶；
S800、根据芯片尺寸要求将分割区的外延层及柔性衬底腐蚀，并去除光刻胶;
S900、去除所述临时刚性衬底，制得柔性砷化镓太阳电池。
2.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S100中的外延层为依次生长在所述砷化镓衬底上的AlAs牺牲层、GaInP顶电池、中顶隧穿结、GaAs中电池、中底隧穿结、InGaAs底电池。
3.根据权利要求2所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S200中的柔性衬底为位于所述InGaAs底电池上的金属衬底，该金属衬底由Pd、Cu组成。
4.根据权利要求2所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S300中剥离去除所述砷化镓衬底通过浸入HF溶液中，将所述AlAs牺牲层腐蚀掉，以使所述砷化镓衬底脱落。
5.根据权利要求2所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S800中分别采用由盐酸、氢溴酸、重铬酸钾、乙酸组成的混合溶液将所述分割区的GaInP顶电池、中顶隧穿结、GaAs中电池、中底隧穿结、InGaAs底电池腐蚀掉，以及采用王水和Cu蚀刻液浸泡将所述分割区的柔性衬底腐蚀掉。
6.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S400中贴合所述临时刚性衬底是通过耐酸碱的双面热解胶，双面热解胶的两面分别贴合柔性衬底和所述临时刚性衬底。
7.根据权利要求6所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S900中通过加热所述临时刚性衬底使所述柔性衬底从所述双面热解胶上脱落。
8.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S500中的负电极采用光刻、金属蒸镀、撕金去胶的方法制作而成。
9.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳电池制作方法，其特征在于：所述步骤S600中的减反射膜采用光刻、TiO2/Al2O3 蒸镀、去胶的方法制作而成。
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