CN112713201A - 一种柔性砷化镓太阳能电池芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性砷化镓太阳能电池芯片及其制作方法，柔性砷化镓太阳能电池芯片包括：外延层；依次层叠设置于所述外延层下表面的第一电极、铜衬底及碳纳米管薄膜；覆盖于所述外延层上表面的减反射膜与接触层；第二电极，设置于所述接触层上表面。通过在铜衬底表面制备了一层碳纳米管薄膜，利用碳纳米管薄膜的材料特性，既保证了铜衬底的导电性，同时提升了铜的抗氧化能力，并对柔性芯片翘曲度有一定改善。

Description

一种柔性砷化镓太阳能电池芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种柔性砷化镓太阳能电池芯片及其制作方法。
背景技术
目前砷化镓太阳能电池芯片采用的工艺路线主要分为两种，一种为PI衬底，但受良率影响无法实现量产。另外一种为铜衬底，已经实现大批量产，但因铜衬底在高温高湿与盐雾环境下极易被氧化腐蚀，导致电性能大幅下降；同时因铜衬底与外延层之间存在的应力失配，使柔性芯片存在较大翘曲，在冷热冲击时形变更大，进一步影响电性能。
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，本发明提出一种柔性砷化镓太阳能电池芯片及其制作方法，能够克服铜衬底的氧化腐蚀和翘曲问题。
根据本发明第一方面实施例的一种柔性砷化镓太阳能电池芯片，包括：外延层；依次层叠设置于所述外延层下表面的第一电极、铜衬底及碳纳米管薄膜；覆盖于所述外延层上表面的减反射膜与接触层；第二电极，设置于所述接触层上表面。
根据本发明第一方面实施例的柔性砷化镓太阳能电池芯片，至少具有如下有益效果：通过在铜衬底表面制备了一层碳纳米管薄膜，利用碳纳米管薄膜的材料特性，既保证了铜衬底的导电性，同时提升了铜的抗氧化能力，并对柔性芯片翘曲度有一定改善。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述外延层包括自上而下依次设置的GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、缓冲层、InGaAs底电池。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一电极由Pd面电极、Zn面电极、Cu面电极组成，其中，Pd面电极厚度为100nm，Zn面电极厚度为200nm，Cu面电极厚度为2000nm。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述铜衬底厚度为30-50um。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述碳纳米管薄膜由超声辅助电沉积镀液电沉积而成，所述电沉积碳纳米管厚度为10um。
根据本发明第二方面实施例的一种柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，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依次层叠设置的第一电极、铜衬底及碳纳米管薄膜；S300、剥离去除所述砷化镓衬底；S400、在所述外延层去除所述砷化镓衬底的一面制作第二电极与减反射膜。
根据本发明第二方面实施例的柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，至少具有如下有益效果：通过在铜衬底表面通过超声辅助电沉积手段，制备了一层碳纳米管薄膜，利用碳纳米管薄膜的材料特性，既保证了铜衬底的导电性，同时提升了铜的抗氧化能力，并对柔性芯片翘曲度有一定改善。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述S100的外延层为在所述砷化镓衬底上依次生长剥离层、接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、缓冲层、InGaAs底电池。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述S300通过腐蚀液对所述剥离层进行腐蚀，从而剥离去除所述砷化镓衬底，并裸漏出所述接触层。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述S400包括：S401、在所述接触层上制作第二电极；S402、以第二电极作为掩膜对所述接触层进行腐蚀，裸露出未被第二电极覆盖的部分GaInP顶电池；S403、在所述未被第二电极覆盖的部分GaInP顶电池表面制作减反射膜。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述碳纳米管薄膜由超声辅助电沉积镀液电沉积而成，超声辅助电沉积镀液成分为CuSO4、H2SO4、十八烷基三甲基溴化铵、盐酸、多壁碳纳米管；所述电沉积碳纳米管厚度为10um，镀液PH值0.5-4.0，电沉积电流5-35A/dm2。
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为本发明第一方面实施例的柔性砷化镓太阳能电池芯片结构示意图；
图2为本发明第二方面实施例的柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法流程图；
图3为本发明第二方面实施例的砷化镓衬底生长外延层示意图；
图4为本发明第二方面实施例的制备第一电极、铜衬底及碳纳米管薄膜示意图；
图5为本发明第二方面实施例剥离砷化镓衬底后的结构状态图；
图6为本发明第二方面实施例制作第二电极与减反射膜的方法流程图。
附图标记：
外延层100、GaInP顶电池110、第一隧穿结120、GaAs中电池130、第二隧穿结140、缓冲层150、InGaAs底电池160、剥离层170、接触层180
第一电极200、铜衬底300、碳纳米管薄膜400、减反射膜500、第二电极600、砷化镓衬底700。
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。
参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的一种柔性砷化镓太阳能电池芯片，包括：外延层100；依次层叠设置于所述外延层100下表面的第一电极200、铜衬底300及碳纳米管薄膜400；覆盖于所述外延层100上表面的减反射膜500与接触层180；第二电极600，设置于所述接触层180上表面。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述外延层100包括自上而下依次设置的GaInP顶电池110、第一隧穿结120、GaAs中电池130、第二隧穿结140、缓冲层150、InGaAs底电池160，构成柔性砷化镓太阳能电池芯片主要光伏发电功能层。具体的，本实施例提供的第一隧道结为GaAs材料，第二隧道结为GaInAs，缓冲层150为AlGaInAs；当然，本实施例提供的剥离层170的材质还可以为其它材质，对此本实施例不做具体限制；需要指出的是，此结构仅作为本实施例优选方案，也可以采用其他层状结构的柔性砷化镓太阳能电池光伏发电功能层组合。
进一步，在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一电极200由Pd面电极、Zn面电极、Cu面电极组成，其中，Pd面电极厚度为100nm，Zn面电极厚度为200nm，Cu面电极厚度为2000nm。Pd面电极作用为粘附与参与一点欧姆接触的作用，100nm为最优厚度值，如果偏薄其粘附性不好，反之偏厚则欧姆接触不好；Zn面电极是欧姆接触的主要材料，200nm为最优厚度值，太薄无法保证足够的Zn扩散到外延表面形成欧姆接触，太厚对电极的牢固度有影响，Cu面电极作为常规导电层，太薄导电性会变差，厚一点只是增加成本，不影响性能，综合考虑2000nm为最优厚度值。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述铜衬底300厚度为30-50um，优选40um，厚度太厚无法体现柔性和功重比高的特点，太薄则支撑性不好，应力引起的翘曲也大。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述碳纳米管薄膜400由超声辅助电沉积镀液电沉积而成，所述电沉积碳纳米管厚度为10um，可以辅助克服铜衬底300与外延层100之间存在的应力失配问题，满足防止柔性芯片翘曲的要求。
如上所述，本实施例通过在铜衬底300表面制备了一层碳纳米管薄膜400，利用碳纳米管薄膜400的材料特性(耐腐蚀、导电性和力学性能)，既保证了铜衬底300的导电性，同时提升了铜的抗氧化能力，并对柔性芯片翘曲度有一定改善。
如图2至6所示，为本技术方案第二方面实施例的一种柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，包括以下步骤：S100、在砷化镓衬底700上生长一外延层100；S200、在所述外延层100上制备依次层叠设置的第一电极200、铜衬底300及碳纳米管薄膜400；S300、剥离去除所述砷化镓衬底700；S400、在所述外延层100去除所述砷化镓衬底700的一面制作第二电极600与减反射膜500。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述S100的外延层100为在所述砷化镓衬底700上依次生长剥离层170、接触层180、GaInP顶电池110、第一隧穿结120、GaAs中电池130、第二隧穿结140、缓冲层150、InGaAs底电池160，构成柔性砷化镓太阳能电池芯片主要光伏发电功能层。具体的，本实施例提供的剥离层170为AlAs，接触层180为GaInAs，第一隧道结为GaAs材料，第二隧道结为GaInAs，缓冲层150为AlGaInAs；剥离层170一方面便于后续步骤去除砷化镓衬底700，另一方面保护接触层180；接触层180便于第二电极600与GaInP顶电池110形成良好接触。当然，本实施例提供的剥离层170的材质还可以为其它材质，对此本实施例不做具体限制；需要指出的是，此结构仅作为本实施例优选方案，也可以采用其他层状结构的柔性砷化镓太阳能电池光伏发电功能层组合。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述S300通过腐蚀液对所述剥离层170进行腐蚀，从而剥离去除所述砷化镓衬底700，并裸漏出所述接触层180。其中，剥离层170为AlAs层，进一步的，剥离层170腐蚀液为HF溶液，HF溶液对AlAs具有良好的腐蚀效果。
进一步，如图6所示，在本发明第二方面的一些实施例中，所述S400包括：
S401、在所述接触层180上制作第二电极600；其中，第二电极600为细栅线结构，进一步的，第二电极600为Pd/Ge/Cu/Au；进一步的，第二电极600Pd厚度为100nm，Ge厚度为200nm，Cu厚度为2000nm，Au厚度为500nm；
S402、以第二电极600作为掩膜对所述接触层180进行腐蚀，裸露出未被第二电极600覆盖的部分GaInP顶电池110；其中，腐蚀溶液为NH4OH/H2O2溶液，对GaInAs具有良好的腐蚀效果；
S403、在所述未被第二电极600覆盖的部分GaInP顶电池110表面制作减反射膜500。其中，减反膜为TiO2/SiO2膜层；进一步的，TiO2膜层厚度为40-100nm，SiO2膜层厚度为60-120nm，进一步的，减反膜镀膜方式为等离子体辅助沉积，减反射膜500可以对柔性砷化镓太阳能电池芯片侧壁起到钝化绝缘效果，保证光电转换效率。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述碳纳米管薄膜400由超声辅助电沉积镀液电沉积而成，超声辅助电沉积镀液成分为CuSO4、H2SO4、十八烷基三甲基溴化铵、盐酸、多壁碳纳米管；所述电沉积碳纳米管厚度为10um，镀液PH值0.5-4.0，电沉积电流5-35A/dm2。
如上所述，本实施例通过在铜衬底300表面通过超声辅助电沉积手段，制备了一层碳纳米管薄膜400，利用碳纳米管薄膜400的材料特性，既保证了铜衬底300的导电性，同时提升了铜的抗氧化能力，并对柔性芯片翘曲度有一定改善。
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 (10)

1.一种柔性砷化镓太阳能电池芯片，其特征在于，包括：
外延层；
依次层叠设置于所述外延层下表面的第一电极、铜衬底及碳纳米管薄膜；
覆盖于所述外延层上表面的减反射膜与接触层；
第二电极，设置于所述接触层上表面。
2.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片，其特征在于：所述外延层包括自上而下依次设置的GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、缓冲层、InGaAs底电池。
3.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片，其特征在于：所述第一电极由Pd面电极、Zn面电极、Cu面电极组成，其中，Pd面电极厚度为100nm，Zn面电极厚度为200nm，Cu面电极厚度为2000nm。
4.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片，其特征在于：所述铜衬底厚度为30-50um。
5.根据权利要求1所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片，其特征在于：所述碳纳米管薄膜由超声辅助电沉积镀液电沉积而成，所述电沉积碳纳米管厚度为10um。
6.一种柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，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依次层叠设置的第一电极、铜衬底及碳纳米管薄膜；
S300、剥离去除所述砷化镓衬底；
S400、在所述外延层去除所述砷化镓衬底的一面制作第二电极与减反射膜。
7.根据权利要求6所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，其特征在于：所述S100的外延层为在所述砷化镓衬底上依次生长剥离层、接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、缓冲层、InGaAs底电池。
8.根据权利要求7所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，其特征在于：所述S300通过腐蚀液对所述剥离层进行腐蚀，从而剥离去除所述砷化镓衬底，并裸漏出所述接触层。
9.根据权利要求8所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，其特征在于，所述S400包括：
S401、在所述接触层上制作第二电极；
S402、以第二电极作为掩膜对所述接触层进行腐蚀，裸露出未被第二电极覆盖的部分GaInP顶电池；
S403、在所述未被第二电极覆盖的部分GaInP顶电池表面制作减反射膜。
10.根据权利要求6所述的柔性砷化镓太阳能电池芯片制作方法，其特征在于：所述碳纳米管薄膜由超声辅助电沉积镀液电沉积而成，超声辅助电沉积镀液成分为CuSO4、H2SO4、十八烷基三甲基溴化铵、盐酸、多壁碳纳米管；所述电沉积碳纳米管厚度为10um，镀液PH值0.5-4.0，电沉积电流5-35A/dm2。
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