CN112864278A - 一种太阳能电池及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池及其制作方法，通过在衬底上设置牺牲层，进而通过湿法刻蚀工艺将牺牲层去除，达到剥离衬底的目的。同时，本发明提供的牺牲层位于第一应变层和第二应变层之间，通过应变层为牺牲层提供应力，在湿法刻蚀工艺过程中应力逐渐释放而提供一定的拉扯力，有利于腐蚀溶液对牺牲层的腐蚀效率，同时应力能够导致应力层与牺牲层之间形变弯曲而达到拓宽腐蚀通道的目的，进一步加快应力层与牺牲层之间腐蚀溶液的置换，加快对牺牲层的腐蚀速率，进而提高了衬底的剥离效率，避免出现过长时间无法剥离衬底而导致剥离失败的情况。

Description

一种太阳能电池及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更为具体地说，涉及一种太阳能电池及其制作方法。
背景技术
太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，是一种最有效的清洁能源形式。III-V族化合物半导体太阳能电池在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温、性能好、抗辐照能力强等优点，被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，其中三结电池已在航天领域得到广泛应用。由于三结太阳能电池具有较厚的刚性衬底，通常刚性衬底厚度≥140μm，使得太阳能电池重量较大且缺乏柔性，增加了空间飞行器用的太阳能电池的重量和体积，也增加了空间飞行器的发射成本。
因此，研制柔性薄膜型Ⅲ-Ⅴ族化合物的太阳能电池既能满足空间飞行器对太阳能电池高效率、高可靠型的要求，又能有效减少空间飞行器用太阳能电池的重量。其中，在柔性薄膜型Ⅲ-Ⅴ族化合物的太阳能电池的制作过程中，多结太阳能电池和衬底之间的剥离尤为关键，如何成功且高效将衬底剥离成为现今技术人员研究方向之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种太阳能电池及其制作方法，有效地解决了现有技术存在的技术问题，提高了衬底的剥离效率，避免出现过长时间无法剥离衬底而导致剥离失败的情况。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种太阳能电池的制作方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成牺牲功能层，沿所述衬底至所述牺牲功能层的方向上，所述牺牲功能层包括至少一个单位功能层，所述单位功能层包括靠近所述衬底一侧的第一应变层、位于所述第一应变层背离所述衬底一侧的牺牲层和位于所述牺牲层背离所述衬底一侧的第二应变层；
在所述牺牲功能层背离所述衬底一侧形成腐蚀截止层；
在所述腐蚀截止层背离所述衬底一侧形成多结太阳能电池；
采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层而将所述衬底剥离。
可选的，所述第一应变层和所述第二应变层的晶格常数，与所述牺牲层的晶格常数不同。
可选的，所述第一应变层和所述第二应变层的材质为AlGaInAs或AlGaInP；
所述牺牲层的材质为AlAs。
可选的，所述第一应变层和所述第二应变层的厚度范围为5-300nm，包括端点值；
所述牺牲层的厚度范围为10-100nm，包括端点值。
可选的，在所述衬底上形成所述牺牲功能层之前，还包括：
在所述衬底与所述牺牲功能层之间形成第一变质缓冲层。
可选的，所述多结太阳能电池包括：
靠近所述衬底一侧的N型欧姆接触层；
位于所述N型欧姆接触层背离所述衬底一侧的第一电池；
位于所述第一电池背离所述衬底一侧的第一隧穿结；
位于所述第一隧穿结背离所述衬底一侧的第二电池；
及位于所述第二电池背离所述衬底一侧的P型欧姆接触层。
可选的，所述多结太阳能电池还包括：
位于所述第二电池背离所述衬底一侧的第二隧穿结；
位于所述第二隧穿结背离所述衬底一侧的第三电池；
及位于所述第三电池背离所述衬底一侧的所述P型欧姆接触层。
可选的，所述多结太阳能电池还包括：
位于所述第二隧穿结与所述第三电池之间的第二变质缓冲层。
可选的，所述第一电池为GaInP电池，所述第二电池为GaAs电池，所述第三电池为InGaAs电池。
相应的，本发明还提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池采用上述的太阳能电池的制作方法制作而成。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种太阳能电池及其制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成牺牲功能层，沿所述衬底至所述牺牲功能层的方向上，所述牺牲功能层包括至少一个单位功能层，所述单位功能层包括靠近所述衬底一侧的第一应变层、位于所述第一应变层背离所述衬底一侧的牺牲层和位于所述牺牲层背离所述衬底一侧的第二应变层；在所述牺牲功能层背离所述衬底一侧形成腐蚀截止层；在所述腐蚀截止层背离所述衬底一侧形成多结太阳能电池；采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层而将所述衬底剥离。
由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过在衬底上设置牺牲层，进而通过湿法刻蚀工艺将牺牲层去除，达到剥离衬底的目的。同时，本发明提供的牺牲层位于第一应变层和第二应变层之间，通过应变层为牺牲层提供应力，在湿法刻蚀工艺过程中应力逐渐释放而提供一定的拉扯力，有利于腐蚀溶液对牺牲层的腐蚀效率，同时应力能够导致应力层与牺牲层之间形变弯曲而达到拓宽腐蚀通道的目的，进一步加快应力层与牺牲层之间腐蚀溶液的置换，加快对牺牲层的腐蚀速率，进而提高了衬底的剥离效率，避免出现过长时间无法剥离衬底而导致剥离失败的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程图；
图2至图6为图1中各步骤相应的结构示意图；
图7为图1中步骤S5相应的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，研制柔性薄膜型Ⅲ-Ⅴ族化合物的太阳能电池既能满足空间飞行器对太阳能电池高效率、高可靠型的要求，又能有效减少空间飞行器用太阳能电池的重量。其中，在柔性薄膜型Ⅲ-Ⅴ族化合物的太阳能电池的制作过程中，多结太阳能电池和衬底之间的剥离尤为关键，如何成功且高效将衬底剥离成为现今技术人员研究方向之一。
基于此，本发明实施例提供了一种太阳能电池及其制作方法，有效地解决了现有技术存在的技术问题，提高了衬底的剥离效率，避免出现过长时间无法剥离衬底而导致剥离失败的情况。
为实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图7对本发明实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本发明实施例提供的一种太阳能电池的制作方法的流程图，其中太阳能电池的制作方法包括：
S1、提供一衬底。
S2、在所述衬底上形成牺牲功能层，沿所述衬底至所述牺牲功能层的方向上，所述牺牲功能层包括至少一个单位功能层，所述单位功能层包括靠近所述衬底一侧的第一应变层、位于所述第一应变层背离所述衬底一侧的牺牲层和位于所述牺牲层背离所述衬底一侧的第二应变层。
S3、在所述牺牲功能层背离所述衬底一侧形成腐蚀截止层。
S4、在所述腐蚀截止层背离所述衬底一侧形成多结太阳能电池。
S5、采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层而将所述衬底剥离。
可以理解的，本发明实施例提供的技术方案，通过在衬底上设置牺牲功能层，进而通过湿法刻蚀工艺将牺牲功能层去除，达到剥离衬底的目的。同时，本发明实施例提供的牺牲层位于第一应变层和第二应变层之间，通过应变层为牺牲层提供应力，在湿法刻蚀工艺过程中应力逐渐释放而提供一定的拉扯力，有利于腐蚀溶液对牺牲层的腐蚀效率，同时应力能够导致应力层与牺牲层之间形变弯曲而达到拓宽腐蚀通道的目的，进一步加快应力层与牺牲层之间腐蚀溶液的置换，加快对牺牲层的腐蚀速率，进而提高了衬底的剥离效率，避免出现过长时间无法剥离衬底而导致剥离失败的情况。
下面结合图1至图7对本发明实施例提供的技术方案进行更详细的描述。其中图2至图6分别为图1中各步骤相应的结构示意图。
如图2所示，对应步骤S1，提供一衬底100。
在本发明一实施例中，本发明所提供的衬底可以为GaAs衬底，对此衬底的材质本发明不做具体限制。
如图3所示，对应步骤S2，在所述衬底100上形成牺牲功能层200，沿所述衬底100至所述牺牲功能层200的方向X上，所述牺牲功能层200包括至少一个单位功能层210，所述单位功能层210包括靠近所述衬底100一侧的第一应变层211、位于所述第一应变层211背离所述衬底100一侧的牺牲层212和位于所述牺牲层212背离所述衬底100一侧的第二应变层213。
在本发明一实施例中，本发明提供的牺牲功能层可以采用金属有机化学气相沉积工艺制作而成；其中牺牲功能层中单位功能层的数量大于或等于1，具体可以为3个，对此本发明不做限制。其中，本发明实施例提供的所述第一应变层和所述第二应变层的晶格常数，与所述牺牲层的晶格常数不同。可选的，本发明实施例提供的所述第一应变层和所述第二应变层的材质为任意组分的AlGaInAs或AlGaInP，亦即对于AlGaInAs或AlGaInP的各组成部分的组分不做限定，需要根据实际应用进行具体设计；所述牺牲层的材质为AlAs。以及，本发明实施例提供的所述第一应变层和所述第二应变层的厚度范围为5-300nm，包括端点值；所述牺牲层的厚度范围为10-100nm，包括端点值。
进一步的，本发明实施例提供的制作方法，在所述衬底上形成所述牺牲功能层之前，还包括：在所述衬底与所述牺牲功能层之间形成第一变质缓冲层，进而通过第一变质缓冲层的制备，以保证后续外延结构的制备质量高。可选的，本发明实施例提供的第一变质缓冲层的材质可以为AlGaAs或GaAs，对此本发明不做具体限制。
如图4所示，对应步骤S3，在所述牺牲功能层200背离所述衬底100一侧形成腐蚀截止层300。
在本发明一实施例中，本发明提供的腐蚀截止层用于在湿法刻蚀工艺中作为保护层，以避免多结太阳能电池被腐蚀。可选的，本发明提供的腐蚀截止层的材质可以为AlGaInP或GaInP，对此本发明不做具体限制。
如图5所示，对应步骤S4，在所述腐蚀截止层300背离所述衬底100一侧形成多结太阳能电池400。
在本发明一实施例中，本发明提供的多结太阳能电池可以为双结太阳能电池、三结太阳能电池等，对此本发明不做具体限制。具体如图5所示的双结太阳能电池，所述多结太阳能电池包括：靠近所述衬底100一侧的N型欧姆接触层411。
位于所述N型欧姆接触层411背离所述衬底100一侧的第一电池412。
位于所述第一电池412背离所述衬底100一侧的第一隧穿结413。
位于所述第一隧穿结413背离所述衬底100一侧的第二电池414。
及位于所述第二电池414背离所述衬底100一侧的P型欧姆接触层415。
在本发明一实施例中，本发明提供的多结太阳能电池还可以为三结太阳能电池，即在图5所示双节太阳能电池基础上，所述多结太阳能电池还包括：位于所述第二电池背离所述衬底一侧的第二隧穿结；位于所述第二隧穿结背离所述衬底一侧的第三电池；及位于所述第三电池背离所述衬底一侧的所述P型欧姆接触层。具体如图7所示的三结太阳能电池，图7为对应图1中步骤S5的另一种结构示意图，所述多结太阳能电池包括：靠近所述衬底100一侧的N型欧姆接触层421。
位于所述N型欧姆接触层421背离所述衬底100一侧的第一电池422。
位于所述第一电池422背离所述衬底100一侧的第一隧穿结423。
位于所述第一隧穿结423背离所述衬底100一侧的第二电池424。
位于所述第二电池424背离所述衬底100一侧的第二隧穿结425。
位于所述第二隧穿结425背离所述衬底100一侧的第三电池426。
及位于所述第三电池426背离所述衬底100一侧的所述P型欧姆接触层427。进一步的，本发明实施例提供的所述多结太阳能电池还包括：位于所述第二隧穿结425与所述第三电池426之间的第二变质缓冲层428，通过第二变质缓冲层428的设置，提高后续外延结构的制备质量。
可选的，本发明实施例提供的所述第一电池为GaInP电池，所述第二电池为GaAs电池，所述第三电池为InGaAs电池。其中，N型欧姆接触层可以为GaAs层。
第一电池包括靠近N型欧姆接触层一侧的AlInP窗口层、位于AlInP窗口层背离N型欧姆接触层一侧的N型AlGaInP层或GaInP层的发射区、位于发射区背离N型欧姆接触层一侧的P型AlGaInP层或GaInP层的的基区和位于基区背离N型欧姆接触层一侧的AlGaInP背场层。
第一隧穿结包括P型(Al)GaAs材料形成的P型层和N型GaAs或GaInP材料形成的N形成；其中P型层和N型层分别采用C和Si掺杂。
第二电池包括靠近N型欧姆接触层一侧的窗口层、位于窗口层背离N型欧姆接触层一侧的N型GaAs层的发射区、位于发射区背离N型欧姆接触层一侧的P型GaAs层的的基区和位于基区背离N型欧姆接触层一侧的背场层。其中第二电池的窗口层材质可以为AlGaInP或AlInP，第二电池的背场层材质可以为GaInP或AlGaAs。
第二隧穿结包括P型(Al)GaAs材料形成的P型层和N型GaAs或GaInP材料形成的N形成；其中P型层和N型层分别采用C和Si掺杂。
第二变质缓冲层可以为阶梯变质缓冲层，其中，第二变质缓冲层的材质可以为AlGaInAs或GaInAs。第二变质缓冲层为包括至少三个子层的叠层结构，每个子层的晶格常数均大于第二电池的晶格常数，且每个子层的晶格常数沿第二电池至第三电池方向呈增大趋势。其中第二变质缓冲层的至少一个子层为过冲子层，过冲子层的晶格常数大于第三电池的晶格常数。
第三电池包括靠近N型欧姆接触层一侧的窗口层、位于窗口层背离N型欧姆接触层一侧的N型In0.3GaAs层的发射区、位于发射区背离N型欧姆接触层一侧的P型In0.3GaAs层的的基区和位于基区背离N型欧姆接触层一侧的背场层。其中第二电池的窗口层材质可以为AlGaInP或AlInP，第二电池的背场层材质可以为AlGaInAs。
以及，P型欧姆接触层可以为InGaAs层。
如图6所示，对应步骤S5，采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层212而将所述衬底100剥离。如图6所示，本发明实施例采用湿法刻蚀工艺去除牺牲层212后，可以后续采用刻蚀工艺去除腐蚀截止层300，并在N型欧姆接触层和P型欧姆接触层侧形成相应电极(未画出)，对此后续工艺本发明不做多余赘述。
相应的，本发明实施例还提供了一种太阳能电池，所述太阳能电池采用上述任意一实施例提供的太阳能电池的制作方法制作而成。
相较于现有技术，本发明实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明实施例提供了一种太阳能电池及其制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成牺牲功能层，沿所述衬底至所述牺牲功能层的方向上，所述牺牲功能层包括至少一个单位功能层，所述单位功能层包括靠近所述衬底一侧的第一应变层、位于所述第一应变层背离所述衬底一侧的牺牲层和位于所述牺牲层背离所述衬底一侧的第二应变层；在所述牺牲功能层背离所述衬底一侧形成腐蚀截止层；在所述腐蚀截止层背离所述衬底一侧形成多结太阳能电池；采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层而将所述衬底剥离。
由上述内容可知，本发明实施例提供的技术方案，通过在衬底上设置牺牲层，进而通过湿法刻蚀工艺将牺牲层去除，达到剥离衬底的目的。同时，本发明实施例提供的牺牲层位于第一应变层和第二应变层之间，通过应变层为牺牲层提供应力，在湿法刻蚀工艺过程中应力逐渐释放而提供一定的拉扯力，有利于腐蚀溶液对牺牲层的腐蚀效率，同时应力能够导致应力层与牺牲层之间形变弯曲而达到拓宽腐蚀通道的目的，进一步加快应力层与牺牲层之间腐蚀溶液的置换，加快对牺牲层的腐蚀速率，进而提高了衬底的剥离效率，避免出现过长时间无法剥离衬底而导致剥离失败的情况。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成牺牲功能层，沿所述衬底至所述牺牲功能层的方向上，所述牺牲功能层包括至少一个单位功能层，所述单位功能层包括靠近所述衬底一侧的第一应变层、位于所述第一应变层背离所述衬底一侧的牺牲层和位于所述牺牲层背离所述衬底一侧的第二应变层；
在所述牺牲功能层背离所述衬底一侧形成腐蚀截止层；
在所述腐蚀截止层背离所述衬底一侧形成多结太阳能电池；
采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层而将所述衬底剥离。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述第一应变层和所述第二应变层的晶格常数，与所述牺牲层的晶格常数不同。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述第一应变层和所述第二应变层的材质为AlGaInAs或AlGaInP；
所述牺牲层的材质为AlAs。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述第一应变层和所述第二应变层的厚度范围为5-300nm，包括端点值；
所述牺牲层的厚度范围为10-100nm，包括端点值。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，在所述衬底上形成所述牺牲功能层之前，还包括：
在所述衬底与所述牺牲功能层之间形成第一变质缓冲层。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述多结太阳能电池包括：
靠近所述衬底一侧的N型欧姆接触层；
位于所述N型欧姆接触层背离所述衬底一侧的第一电池；
位于所述第一电池背离所述衬底一侧的第一隧穿结；
位于所述第一隧穿结背离所述衬底一侧的第二电池；
及位于所述第二电池背离所述衬底一侧的P型欧姆接触层。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述多结太阳能电池还包括：
位于所述第二电池背离所述衬底一侧的第二隧穿结；
位于所述第二隧穿结背离所述衬底一侧的第三电池；
及位于所述第三电池背离所述衬底一侧的所述P型欧姆接触层。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述多结太阳能电池还包括：
位于所述第二隧穿结与所述第三电池之间的第二变质缓冲层。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池的制作方法，其特征在于，所述第一电池为GaInP电池，所述第二电池为GaAs电池，所述第三电池为InGaAs电池。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池采用权利要求1-9任意一项所述的太阳能电池的制作方法制作而成。
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