CN114551648A - 柔性太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种柔性太阳能电池及其制备方法，所述制备方法包括：在生长衬底上生长刻蚀停止层；在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构；在太阳能电池外延结构的背面制备背面电极；在背面电极上制备柔性衬底；将刚性衬底与柔性衬底进行键合；去除生长衬底及刻蚀停止层；在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺；将刚性衬底与柔性衬底进行解键合。本发明柔性太阳能电池的制备方法中只需进行一次刚性衬底与柔性衬底的键合与解键合，简化了制备工艺、降低了工艺成本；紫外光解键合相比于机械解键合，对电池的损伤更小，有利于提高良品率，相比于激光解键合，能降低设备成本。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法。
背景技术
传统能源资源有限且环境污染问题日益严重，人们对于绿色生活的向往和追求已成为大势所趋，而太阳能作为一种随处可见、用之不竭的清洁能源一直备受关注。
柔性多结太阳能电池具有重量轻、比功率高、弯曲性能好、温系数低等优异特性，可以扩展多结太阳能电池的应用范围，属于第三代新型薄膜太阳能电池，成为目前研究的热点。高效柔性多结太阳能电池目前主要应用于军事领域，有望提升未来军事作战武器的续航能力及作战装备的轻便性，并且随着商业航天和民用通讯的发展，柔性多结太阳能电池的应用领域不断扩展，但由于其成本过高，很大程度上限制了其应用的扩展，因此需要尽可能地简化工艺、提高良品率，从而降低成本，开发柔性太阳能电池的潜在应用领域。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种柔性太阳能电池及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柔性太阳能电池及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种柔性太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
在生长衬底上生长刻蚀停止层；
在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构；
在太阳能电池外延结构的背面制备背面电极；
在背面电极上制备柔性衬底；
将刚性衬底与柔性衬底进行键合；
去除生长衬底及刻蚀停止层；
在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺；
将刚性衬底与柔性衬底进行解键合。
一实施例中，所述刚性衬底与柔性衬底通过双面胶带进行键合，所述双面胶带包括胶带本体、与刚性衬底键合的第一胶面及与柔性衬底键合的第二胶面。
一实施例中，“将刚性衬底与柔性衬底进行键合”包括：
将双面胶带的第一胶面通过真空层压的方式与柔性衬底进行键合；
将双面胶带的第二胶面通过光照固化的方式与刚性衬底进行键合，光照选用紫外光或紫色可见光。
一实施例中，真空层压的温度为45℃～100℃；光照固化时光线的波长为350nm～410nm，光照时间为0.5min～2min，且刚性衬底中光线的透过率大于或等于第一透过率阈值。
一实施例中，“将刚性衬底与柔性衬底进行解键合”具体为：
通过紫外光透过刚性衬底照射双面胶带，使双面胶带的第一胶面和第二胶面带产生气体，实现第一胶面与柔性衬底、第二胶面与刚性衬底的解键合；或，
通过紫外光透过刚性衬底照射双面胶带，使双面胶带的第二胶面带产生气体，实现第二胶面与刚性衬底的解键合，再通过机械剥离双面胶带，实现第一胶面与柔性衬底的解键合。
一实施例中，解键合时紫外光的波长为200nm～300nm，照射时间为2min～10min，且刚性衬底中紫外光的透过率大于或等于第二透过率阈值。
一实施例中，“在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构”具体为：
在刻蚀停止层上形成制备正面接触层；
在正面接触层上依次生长窗口层、发射区、基区及背场层。
一实施例中，“在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺”包括：
在正面接触层上制备图案化的正面电极；
刻蚀未被正面电极覆盖的正面接触层，形成若干刻蚀槽；
刻蚀窗口层、发射区、基区及背场层，形成若干隔离槽；
在正面电极的侧壁、和/或正面电极的部分顶壁、和/或刻蚀槽的侧壁、和/或隔离槽的侧壁、和/或隔离槽的底壁上制备减反膜。
一实施例中，所述太阳能电池外延结构为单结或多结太阳能电池外延结构；和/或，
“去除生长衬底及刻蚀停止层”通过湿法腐蚀进行；和/或，
生长衬底的材料为GaAs；和/或，
刻蚀停止层的材料为GaInP；和/或，
背面电极的材料为Ti、Pt、Au、Pd、Zn、Ge中的一种或多种；和/或，
柔性衬底的材料为金属，厚度为20μm～50μm；和/或，
刚性衬底的材料为透明材料。
本发明另一实施例提供的技术方案如下：
一种柔性太阳能电池，所述柔性太阳能电池通过上述的制备方法制备而得。
本发明具有以下有益效果：
本发明柔性太阳能电池的制备方法中只需进行一次刚性衬底与柔性衬底的键合与解键合，简化了制备工艺、降低了工艺成本；
紫外光解键合相比于机械解键合，对电池的损伤更小，有利于提高良品率，相比于激光解键合，能降低设备成本；
解键合后的刚性衬底和柔性衬底上均无残胶，刚性衬底可直接重复使用，而柔性衬底可免清洗，从而进一步简化了制备工艺、降低了工艺成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中柔性太阳能电池制备方法的流程示意图；
图2a～2j为本发明一具体实施例中柔性太阳能电池制备方法的工艺流程图；
图3为本发明一具体实施例中刚性衬底与柔性衬底通过双面胶带键合的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示，本发明公开了一种柔性太阳能电池的制备方法，包括：
在生长衬底上生长刻蚀停止层；
在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构；
在太阳能电池外延结构的背面制备背面电极；
在背面电极上制备柔性衬底；
将刚性衬底与柔性衬底进行键合；
去除生长衬底及刻蚀停止层；
在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺；
将刚性衬底与柔性衬底进行解键合。
本发明还公开了一种柔性太阳能电池，该柔性太阳能电池通过上述的制备方法制备而得。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图2a～2i并结合图1所示，本发明一具体实施例中柔性太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
S1、在生长衬底上生长刻蚀停止层。
参图2a所示，在生长衬底50上生长刻蚀停止层40。本实施例中生长衬底的材料为GaAs，刻蚀停止层的材料为GaInP，后续去除生长衬底时，腐蚀液可以对生长衬底进行选择性腐蚀，避免过腐损伤太阳能电池外延结构。
S2、在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构。
继续参图2a所示，首先在刻蚀停止层40上制备正面接触层30，然后在正面接触层30上倒装生长太阳能电池外延结构，即依次生长窗口层20、发射区11、基区12及背场层13。
本发明中的太阳能电池外延结构为单结或多结太阳能电池外延结构，本实施例中以单结太阳能电池外延结构为例进行说明，其包括窗口层20、发射区11、基区12及背场层13。
在其他实施例中也可以为多结太阳能电池外延结构，引入多结太阳能电池是为了提高对不同能量光子的利用率，提升开路电压，从而提高光电转换效率。
多结太阳能电池中的每一结电池作为一个单元，相邻结电池单元之间通过隧道结连接。在制备每一结电池时，依次制备窗口层、发射区、基区及背场层。
S3、在太阳能电池外延结构的背面制备背面电极。
参图2b所示，在太阳能电池外延结构的背面制备背面电极60，背面电极的材料为Ti、Pt、Au、Pd、Zn、Ge等中的一种或多种。制备背面电极60后，进行快速热退火，使金属-半导体接触形成欧姆接触。
S4、在背面电极上制备柔性衬底。
参图2c所示，在背面电极60上制备柔性衬底70，柔性衬底的材料为金属，厚度为20μm～50μm。本实施例中柔性衬底70为表面光滑、应力低的铜薄膜，通过电镀工艺在背面电极60上制备而得。
S5、将刚性衬底与柔性衬底进行键合。
参图2d所示并结合图3所示，本实施例中的刚性衬底80与柔性衬底70通过双面胶带110进行键合。双面胶带110包括胶带本体113、与刚性衬底键合的第一胶面111、及与柔性衬底键合的第二胶面112。
将双面胶带的第一胶面111通过真空层压的方式与柔性衬底进行键合，真空层压的温度为45℃～100℃；
将双面胶带的第二胶面112通过光照固化的方式与刚性衬底进行键合，光照选用紫外光或紫色可见光。光照固化时光线的波长为350nm～410nm，光照时间为0.5min～2min，且刚性衬底中光线的透过率大于或等于第一透过率阈值，优选地，第一透过率阈值大于或等于80％，本实施例中刚性衬底的材料为透明材料，如玻璃。
S6、去除生长衬底及刻蚀停止层。
分别采用湿法腐蚀工艺去除生长衬底50和刻蚀停止层40，露出正面接触层30，得到图2e所示的结构。
S7、在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺。
本实施例中的正面器件工艺包括：
参图2f所示，在正面接触层30上制备图案化的正面电极90；
参图2g所示，刻蚀未被正面电极覆盖的正面接触层30，形成若干刻蚀槽121；
参图2h所示，在部分刻蚀槽121的下方刻蚀窗口层20、发射区11、基区12及背场层13，形成若干隔离槽122；
参图2i所示，在正面电极的侧壁、刻蚀槽的侧壁、隔离槽的侧壁、隔离槽的底壁上制备减反膜100，在其他实施例中，正面电极的部分顶壁上也可以制备减反膜100。
其中，正面接触层的刻蚀及太阳能电池外延结构的刻蚀均采用湿法腐蚀工艺。在正面接触层刻蚀后进行退火，使正面的金属-半导体接触形成欧姆接触。
S8、将刚性衬底与柔性衬底进行解键合。
将刚性衬底80与柔性衬底70进行解键合，最终得到的柔性太阳能电池结构参图2j所示。
结合图3所示，本发明中的解键合包括两种方式：
1、通过紫外光透过刚性衬底80照射双面胶带110，使双面胶带的第一胶面111和第二胶面112带产生气体，实现第一胶面111与柔性衬底70、第二胶面112与刚性衬底80的解键合；
2、通过紫外光透过刚性衬底80照射双面胶带110，使双面胶带110的第二胶面112带产生气体，实现第二胶面112与刚性衬底80的解键合，再通过机械剥离双面胶带110，实现第一胶面111与柔性衬底70的解键合。
其中，紫外光的波长为200nm～300nm，照射时间为2min～10min，且刚性衬底中紫外光的透过率大于或等于第二透过率阈值，优选地，第二透过率阈值大于或等于10％。
具体地，本实施例中首先用波长为200～300nm的紫外光透过刚性衬底照射双面胶带，使与刚性衬底(玻璃衬底)键合的第二胶带面产生氮气，从而使双面胶带与刚性衬底分离，且刚性衬底上无残胶；再通过机械剥离双面胶带，实现双面胶带与柔性衬底的解键合，并且柔性衬底表面无残胶。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明柔性太阳能电池的制备方法中只需进行一次刚性衬底与柔性衬底的键合与解键合，简化了制备工艺、降低了工艺成本；
紫外光解键合相比于机械解键合，对电池的损伤更小，有利于提高良品率，相比于激光解键合，能降低设备成本；
解键合后的刚性衬底和柔性衬底上均无残胶，刚性衬底可直接重复使用，而柔性衬底可免清洗，从而进一步简化了制备工艺、降低了工艺成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在生长衬底上生长刻蚀停止层；
在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构；
在太阳能电池外延结构的背面制备背面电极；
在背面电极上制备柔性衬底；
将刚性衬底与柔性衬底进行键合；
去除生长衬底及刻蚀停止层；
在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺；
将刚性衬底与柔性衬底进行解键合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刚性衬底与柔性衬底通过双面胶带进行键合，所述双面胶带包括胶带本体、与刚性衬底键合的第一胶面及与柔性衬底键合的第二胶面。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，“将刚性衬底与柔性衬底进行键合”包括：
将双面胶带的第一胶面通过真空层压的方式与柔性衬底进行键合；
将双面胶带的第二胶面通过光照固化的方式与刚性衬底进行键合，光照选用紫外光或紫色可见光。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，真空层压的温度为45℃～100℃；光照固化时光线的波长为350nm～410nm，光照时间为0.5min～2min，且刚性衬底中光线的透过率大于或等于第一透过率阈值。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，“将刚性衬底与柔性衬底进行解键合”具体为：
通过紫外光透过刚性衬底照射双面胶带，使双面胶带的第一胶面和第二胶面带产生气体，实现第一胶面与柔性衬底、第二胶面与刚性衬底的解键合；或，
通过紫外光透过刚性衬底照射双面胶带，使双面胶带的第二胶面带产生气体，实现第二胶面与刚性衬底的解键合，再通过机械剥离双面胶带，实现第一胶面与柔性衬底的解键合。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，解键合时紫外光的波长为200nm～300nm，照射时间为2min～10min，且刚性衬底中紫外光的透过率大于或等于第二透过率阈值。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，“在刻蚀停止层上倒装生长太阳能电池外延结构”具体为：
在刻蚀停止层上形成制备正面接触层；
在正面接触层上依次生长窗口层、发射区、基区及背场层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，“在太阳能电池外延结构的正面进行器件工艺”包括：
在正面接触层上制备图案化的正面电极；
刻蚀未被正面电极覆盖的正面接触层，形成若干刻蚀槽；
刻蚀窗口层、发射区、基区及背场层，形成若干隔离槽；
在正面电极的侧壁、和/或正面电极的部分顶壁、和/或刻蚀槽的侧壁、和/或隔离槽的侧壁、和/或隔离槽的底壁上制备减反膜。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述太阳能电池外延结构为单结或多结太阳能电池外延结构；和/或，
“去除生长衬底及刻蚀停止层”通过湿法腐蚀进行；和/或，
生长衬底的材料为GaAs；和/或，
刻蚀停止层的材料为GaInP；和/或，
背面电极的材料为Ti、Pt、Au、Pd、Zn、Ge中的一种或多种；和/或，
柔性衬底的材料为金属，厚度为20μm～50μm；和/或，
刚性衬底的材料为透明材料。
10.一种柔性太阳能电池，其特征在于，所述柔性太阳能电池通过权利要求1～9中任一项所述的制备方法制备而得。
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