CN114883448A - 基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置及方法，所述批量腐蚀装置包括机械结构及冷却结构，所述机械结构包括支撑架、安装于支撑架上的连接杆、安装于连接杆下端的花篮、位于支撑架下方的腐蚀箱、用于驱动花篮升降的第一电机、用于驱动花篮在腐蚀箱内旋转的第二电机、及用于控制第一电机和第二电机的控制器，所述花篮内安装有多片太阳能电池外延片，所述腐蚀箱用于盛放腐蚀液，所述冷却结构用于控制太阳能电池外延片在腐蚀液中的腐蚀温度在预设温度范围内。本发明通过冷却结构能够控制多片腐蚀过程中的腐蚀温度，避免键合界面的破坏及电池外延片的损伤，提高了产品良率。

Description

基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置及方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置及方法。
背景技术
Ⅲ-Ⅴ族多结太阳能电池由于其较高的光电转换效率，成为太空以及近太空太阳能电池的首选。而柔性多结太阳能电池因为其比重量轻，可弯曲，便于携带等优点成为太阳能电池发展的重要方向。柔性多结电池一般采用倒置结构，即先在衬底上生长顶电池，最后生长底电池，工艺过程中通过腐蚀砷化镓衬底从而将顶电池露出实现外延剥离。砷化镓衬底的腐蚀一般采用化学法，为了不让外延片因为热膨胀而产生裂纹甚至断裂，需严格控制化学腐蚀时的温度，同时为了避免先腐蚀完区域外延层长时间接触化学腐蚀液，需要达到均匀腐蚀。
现有技术中，申请号为201010513860.7的中国专利中，采用稀释氨水、过氧化氢、去离子水体系对砷化镓晶圆进行了腐蚀操作，但由于腐蚀液浓度过低，腐蚀具有一定厚度的砷化镓外延片耗时过长；申请号为201210076407.3的中国专利中，先用碱性金属清洗剂浸洗，然后将晶片放入氨水中腐蚀。最后将砷化镓晶片氨水、双氧水、去离子水混合液中浸洗。此方法腐蚀步骤繁琐，且最终晶片腐蚀均匀性未知；申请号为201410845314.1的中国专利中，以氨水、去离子水混合液作为腐蚀液，将砷化镓外延片竖直放入腐蚀液中，5～10分钟后取出并放入去离子水中，最后再旋转180°后再次竖直浸入腐蚀液中，重复上述过程直至腐蚀完成。此方法需频繁的操作外延片，易造成外延片的损伤。
可见，目前的腐蚀工艺多停留在单片腐蚀上，且为了均匀腐蚀，需要经常性的转动外延片，这无疑降低了腐蚀产能且增大了人工成本，并且经常性的转动外延片也增大了碎片的风险。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置及方法，以实现太阳能电池外延片的批量腐蚀。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，所述批量腐蚀装置包括机械结构及冷却结构，所述机械结构包括支撑架、安装于支撑架上的连接杆、安装于连接杆下端的花篮、位于支撑架下方的腐蚀箱、用于驱动花篮升降的第一电机、用于驱动花篮在腐蚀箱内旋转的第二电机、及用于控制第一电机和第二电机的控制器，所述花篮内安装有多片太阳能电池外延片，所述腐蚀箱用于盛放腐蚀液，所述冷却结构用于控制太阳能电池外延片在腐蚀液中的腐蚀温度在预设温度范围内。
一实施例中，所述花篮具有向上的开口，花篮内相对的两侧壁上设有若干卡槽，所述卡槽用于固定太阳能电池外延片。
一实施例中，所述太阳能电池外延结构依次包括生长衬底、腐蚀阻挡层、电池外延层及临时衬底。
一实施例中，所述生长衬底为砷化镓衬底；和/或，
所述生长衬底厚度为300μm～600μm，尺寸为4inch～6inch；和/或，
所述电池外延层包括GaInP电池层、GaAs电池层、InGaAs电池层中的一种或多种的组合。
一实施例中，所述冷却结构包括冷却箱、冷凝机及连接冷却箱与冷凝机的水管，所述冷却箱与腐蚀箱导热连接。
一实施例中，所述冷却箱中盛放有冷却水，腐蚀箱位于冷却箱中的冷却水内，冷却水在冷却箱与冷凝机之间循环以控制太阳能电池外延片在预设温度范围内。
一实施例中，所述预设温度范围为40℃～50℃。
一实施例中，所述腐蚀液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，氨水的质量百分比为25％～28％，双氧水的质量百分比为30％，其余为去离子水。
本发明另一实施例提供的技术方案如下：
一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀方法，采用上述的批量腐蚀装置，所述批量腐蚀方法包括：
将多片太阳能电池外延片安装于花篮内，并将花篮安装于连接杆下端；
通过冷却结构控制腐蚀箱内腐蚀液的温度在预设范围内；
驱动花篮下降至浸入腐蚀箱内的腐蚀液中，并旋转花篮，腐蚀花篮中的多片太阳能电池外延片。
一实施例中，所述批量腐蚀方法还包括：
腐蚀结束后，停止旋转花篮并上升，取出花篮中的多片太阳能电池外延片并清洗。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以实现太阳能电池外延片的多片同时腐蚀，节约了工艺成本，提高了腐蚀效率，减少了人工参与，降低了碎片风险；
通过冷却结构能够控制多片腐蚀过程中的腐蚀温度，避免键合界面的破坏及电池外延片的损伤，提高了产品良率。
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为本发明一具体实施例中批量腐蚀装置的结构示意图；
图2为本发明一具体实施例中花篮的结构示意图；
图3为本发明一具体实施例中太阳能电池外延片的结构示意图；
图4为本发明中批量腐蚀方法的流程图。
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。
本发明公开了一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，包括机械结构及冷却结构，机械结构包括支撑架、安装于支撑架上的连接杆、安装于连接杆下端的花篮、位于支撑架下方的腐蚀箱、用于驱动花篮升降的第一电机、用于驱动花篮在腐蚀箱内旋转的第二电机、及用于控制第一电机和第二电机的控制器，花篮内安装有多片太阳能电池外延片，腐蚀箱用于盛放腐蚀液，冷却结构用于控制太阳能电池外延片在腐蚀液中的腐蚀温度在预设温度范围内。
参图4所示，本发明还公开了一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀方法，包括：
将多片太阳能电池外延片安装于花篮内，并将花篮安装于连接杆下端；
通过冷却结构控制腐蚀箱内腐蚀液的温度在预设范围内；
驱动花篮下降至浸入腐蚀箱内的腐蚀液中，并旋转花篮，腐蚀花篮中的多片太阳能电池外延片。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图1所示，本发明一具体实施例中的批量腐蚀装置，包括机械结构及冷却结构。
其中，机械结构包括支撑架11、安装于支撑架上的连接杆12、安装于连接杆下端的花篮13、位于支撑架下方的腐蚀箱14、用于驱动花篮升降的第一电机15、用于驱动花篮在腐蚀箱内旋转的第二电机16、及用于控制第一电机和第二电机的控制器17。
具体地，花篮13能够固定安装于连接杆12下端，花篮的材料可为但不限于pp共聚材料，花篮具体结构参图2所示，其具有向上的开口，且花篮内相对的两侧壁上设有若干卡槽131，卡槽131用于固定太阳能电池外延片。
本实施例中的太阳能电池外延结构30参图3所示，依次包括：
生长衬底31，优选地，生长衬底为砷化镓衬底，厚度为300μm～600μm，尺寸为4inch～6inch；
腐蚀阻挡层32，位于生长衬底31与电池外延层33之间；
电池外延层33，电池外延层包括GaInP电池层、GaAs电池层、InGaAs电池层等中的一种或多种的组合，本实施例中以GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳能电池外延结构为例进行说明；
临时衬底34，与电池外延层33通过键合界面相键合，且临时衬底34不会被腐蚀液腐蚀，材质可以为玻璃等。
本实施例中的腐蚀箱14使用但不限于使用不锈钢材料，不锈钢材料能耐腐蚀且导热性能好，易于降温。
腐蚀箱14用于盛放腐蚀液，本实施例中的腐蚀液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，具体地，氨水的质量百分比为25％～28％，双氧水的质量百分比为30％，其余为去离子水。
优选地，本实施例中通过控制器17可以控制花篮在腐蚀箱内旋转速度为200～5000r/min，如此可以方便取片及放片。
本发明中的冷却结构用于控制太阳能电池外延片在腐蚀液中的腐蚀温度在预设温度范围内。
具体地，本实施例中的冷却结构包括冷却箱21、冷凝机22及连接冷却箱与冷凝机的水管23，冷却箱21与腐蚀箱14导热连接。
冷却箱21中盛放有冷却水，腐蚀箱14位于冷却箱21中的冷却水内，冷却水在冷却箱与冷凝机之间循环以控制太阳能电池外延片在预设温度范围内。本实施例中的预设温度范围为40℃～50℃。
本实施例中基于太阳能电池外延片的批量腐蚀方法包括以下步骤：
1、将多片太阳能电池外延片安装于花篮内，并将花篮安装于连接杆下端。
具体地，太阳能电池外延片的结构如图3所示，花篮结构如图2所示。
2、通过冷却结构控制腐蚀箱内腐蚀液的温度在40℃～50℃内。
具体地，打开冷凝机，使冷却箱中的冷却水通过水管进行循环，从而将腐蚀箱中腐蚀液的温度在40℃～50℃内。
3、驱动花篮下降至浸入腐蚀箱内的腐蚀液中，并旋转花篮，腐蚀花篮中的多片太阳能电池外延片。
4、腐蚀结束后，停止旋转花篮并上升，取出花篮中的多片太阳能电池外延片并清洗。
优选地，本实施例中采用去离子水清洗腐蚀后的太阳能电池外延片。
现有技术中太阳能电池外延片的腐蚀均是单片腐蚀，当腐蚀过程中无冷却结构、初始温度为20℃时，腐蚀结束后腐蚀液的温度不高于60℃，当腐蚀过程中采用水冷结构、初始温度为20℃时，腐蚀结束后腐蚀液的温度不高于30℃。
而腐蚀多片(以10片为例进行说明)太阳能电池外延片的情况下，当腐蚀过程中无冷却结构、初始温度为20℃时，腐蚀结束后腐蚀液的温度不低于90℃，当腐蚀过程中采用水冷结构、初始温度为20℃时，腐蚀结束后腐蚀液的温度不低于80℃。
腐蚀液的温度对太阳能电池外延片的结构和性能会产生较大影响，多片腐蚀的情况下，无论是否采用水冷结构，最终腐蚀液均为较高的温度(不低于80℃)，温度越高太阳能电池外延片的弯曲越严重，如此会破坏临时衬底与电池外延片的键合界面，造成电池外延片的损伤。
本实施例中腐蚀多片(以10片为例进行说明)太阳能电池外延片过程中采用包括冷凝机的冷却结构，初始温度为20℃时，腐蚀结束后腐蚀液的温度可以控制在40℃～50℃，避免了键合界面的破坏及电池外延片的损伤。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明可以实现太阳能电池外延片的多片同时腐蚀，节约了工艺成本，提高了腐蚀效率，减少了人工参与，降低了碎片风险；
通过冷却结构能够控制多片腐蚀过程中的腐蚀温度，避免键合界面的破坏及电池外延片的损伤，提高了产品良率。
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)

1.一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述批量腐蚀装置包括机械结构及冷却结构，所述机械结构包括支撑架、安装于支撑架上的连接杆、安装于连接杆下端的花篮、位于支撑架下方的腐蚀箱、用于驱动花篮升降的第一电机、用于驱动花篮在腐蚀箱内旋转的第二电机、及用于控制第一电机和第二电机的控制器，所述花篮内安装有多片太阳能电池外延片，所述腐蚀箱用于盛放腐蚀液，所述冷却结构用于控制太阳能电池外延片在腐蚀液中的腐蚀温度在预设温度范围内。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述花篮具有向上的开口，花篮内相对的两侧壁上设有若干卡槽，所述卡槽用于固定太阳能电池外延片。
3.根据权利要求1所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述太阳能电池外延结构依次包括生长衬底、腐蚀阻挡层、电池外延层及临时衬底。
4.根据权利要求3所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述生长衬底为砷化镓衬底；和/或，
所述生长衬底厚度为300μm～600μm，尺寸为4inch～6inch；和/或，
所述电池外延层包括GaInP电池层、GaAs电池层、InGaAs电池层中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求3所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述冷却结构包括冷却箱、冷凝机及连接冷却箱与冷凝机的水管，所述冷却箱与腐蚀箱导热连接。
6.根据权利要求5所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述冷却箱中盛放有冷却水，腐蚀箱位于冷却箱中的冷却水内，冷却水在冷却箱与冷凝机之间循环以控制太阳能电池外延片在预设温度范围内。
7.根据权利要求6所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述预设温度范围为40℃～50℃。
8.根据权利要求5所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀装置，其特征在于，所述腐蚀液为氨水、双氧水、去离子水的混合液，氨水的质量百分比为25％～28％，双氧水的质量百分比为30％，其余为去离子水。
9.一种基于太阳能电池外延片的批量腐蚀方法，采用权利要求1～8中任一项所述的批量腐蚀装置，其特征在于，所述批量腐蚀方法包括：
将多片太阳能电池外延片安装于花篮内，并将花篮安装于连接杆下端；
通过冷却结构控制腐蚀箱内腐蚀液的温度在预设范围内；
驱动花篮下降至浸入腐蚀箱内的腐蚀液中，并旋转花篮，腐蚀花篮中的多片太阳能电池外延片。
10.根据权利要求9所述的基于太阳能电池外延片的批量腐蚀方法，其特征在于，所述批量腐蚀方法还包括：
腐蚀结束后，停止旋转花篮并上升，取出花篮中的多片太阳能电池外延片并清洗。
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