CN104178172A - 一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液及其制备方法 - Google Patents

一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液及其制备方法 Download PDF

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吴洪清
林志伟
陈凯轩
张永
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Abstract

本发明公开一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，由以下A、B、C、D、E五种组分组成：A组分为固体柠檬酸；B组分为双氧水；C组分为胺类化合物；D组分为氨基酸类化合物；E组分为去离子水；上述组分的加入量按质量计算为：A组分为5～150份，B组分为10～100份，C组分为1～20份，D组分为1～20份，E组分为100份；优选所述A组分纯度大于99.8%，所述B组分的质量浓度为30%；本发明还公开上述腐蚀液的制备方法；本发明能够较好控制腐蚀液的腐蚀速率，增强腐蚀的均匀性，彻底去除残留物，以获得侧面台阶平整的电池栅线结构。

Description

一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳电池生产中使用的化学腐蚀液，尤其是一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液及其制备方法。 
背景技术
附图1所示是一种聚光三结砷化镓太阳电池的外延结构图，其是将GaInP顶电池、GaAs中电池、Ge底电池三个子电池串接起来，GaInP顶电池吸收光子能量大于1.85eV的太阳光， GaAs中电池吸收光子能量大于1.42eV的太阳光，Ge底电池吸收光子能量大于0.67eV的太阳光，吸收的波段380～1850nm，几乎覆盖了所有的太阳光波段，因而是当前各类太阳电池中转换效率最高的电池。 
在聚光三结砷化镓太阳电池芯片的制作工艺当中，蒸镀电极栅线后，去掉栅线以外的GaAs帽层是芯片制作的关键工艺之一。现有去掉栅线以外的GaAs帽层有两类工艺。第一类是采用干法刻蚀，采用干法刻蚀选择比比较大，侧面台阶平整，但是容易损伤顶电池的窗口层材料（AlInP），从而损伤器件。第二类是湿法刻蚀，即利用化学腐蚀液进行选择性腐蚀。现已公开的化学腐蚀液的组成主要有柠檬酸-双氧水体系和氨水-双氧水体系。但不论哪种体系，都存在着腐蚀不干净，如附图2所示是采用现有柠檬酸-双氧水体系选择性腐蚀液腐蚀后的聚光砷化镓三结太阳电池芯片栅线在金相显微镜下的示意图，其在电极栅线旁边还有较多残留物，这些残留物会产生吸光现象，影响太阳电池光电转换效率。另一方面，部分现有腐蚀液在进行纵向腐蚀的同时伴随有横向的侧向腐蚀效应，轻则影响电流扩展，导致电池芯片内阻电阻大幅上升，严重时可导致栅线脱落；且腐蚀工艺窗口小，不易控制。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，能够较好控制腐蚀液的腐蚀速率，增强腐蚀的均匀性，彻底去除残留物，以获得侧面台阶平整的电池栅线结构。 
为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，由以下A、B、C、D、E五种组分组成： 
A组分为固体柠檬酸；
    B组分为双氧水；
  C组分为胺类化合物；
D组分为氨基酸类化合物；
E组分为去离子水； 
上述组分的加入量按质量计算为：A组分为5～150份，B组分为10～100份，C组分为1～20份，D组分为1～20份，E组分为100份。
优选所述C组分选自氨、甲胺、乙胺、乙二胺、1,2一丙二胺、1,3一丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三胺基三乙胺、苯胺或苯二胺中的一种或多种混合而成。 
优选所述D组分选自甘氨酸、胧氨酸、邻氨基苯甲酸、天冬氨酸、谷氨酸、氨磺酸、亚氨二磺酸、氨二乙酸、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙三氨五乙酸、羟基乙二胺三乙酸或芳香环氨基酸中的一种或多种混合而成。 
优选所述A组分纯度为优级纯，纯度大于99.8%。 
优选所述B组分的质量浓度为30 %。 
进一步，所述A、B、C、D、E五种组分混合充分溶解后，加入氢氧化钠或氢氧化钾调节整个混合液的pH值为8-10。获得性能更为稳定的腐蚀液。 
本发明还提供上述腐蚀液的制备方法，包括以下步骤： 
1、将固体柠檬酸倒入石英缸中；
2、往石英缸中加入去离子水；
3、同时往石英缸中加入胺类化合物及氨基酸类化合物，用玻璃棒搅拌同时给石英缸加热；
4、待充分溶解后，加入双氧水；
5、搅拌充分混合后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节混合液的pH值至8-10。
本发明通过在柠檬酸-双氧水体系的基础上加入胺类和氨基酸类化合物，增强对Ga、As离子的络合能力和螯合作用，较好控制腐蚀液的腐蚀速率，增强腐蚀的均匀性，彻底去除残留物，能够较为方便获得侧面台阶平整的电池栅线结构。 
本发明的腐蚀过程工艺简单、稳定，具有很好重复性。 
本发明提供的制备方法，操作和需要的设备简单，能够降低制备成本。 
附图说明
图1是一种现有聚光三结太阳电池外延结构示意图； 
图2是采用现有柠檬酸-双氧水体系选择性腐蚀液腐蚀后的聚光砷化镓三结太阳电池芯片栅线在金相显微镜下的示意图；
图3是本发明腐蚀液腐蚀后的聚光砷化镓三结太阳电池芯片栅线在金相显微镜下的示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。 
实施例一、一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，选用纯度大于99.8%的固体柠檬酸800g、质量浓度为30%的双氧水500 g、甲胺和乙胺混合物35 g、甘氨酸和胧氨酸混合物25 g、去离子水1000 g进行混合溶解，待充分溶解后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至8-10，就制得腐蚀液。 
具体操作步骤为： 
1、先将纯度大于99.8%的固体柠檬酸800g倒入石英缸中；
2、往石英缸中加入1000 g去离子水；
3、同时往石英缸中加入35 g的甲胺和乙胺混合物及25 g甘氨酸和胧氨酸混合物，用玻璃棒搅拌同时给石英缸加热；
4、待充分溶解后，加入质量浓度为30%的双氧水500 g；
5、搅拌充分混合后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节混合液的pH值至8-10。
实施例二、一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，选用纯度大于99.8%的固体柠檬酸1500g、质量浓度为30%的双氧水800 g、甲胺和乙胺混合物180 g、甘氨酸和胧氨酸混合物180g、去离子水1000 g进行混合溶解，待充分溶解后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至8-10，就制得腐蚀液。 
具体操作步骤为： 
1、先将纯度大于99.8%的固体柠檬酸1500g倒入石英缸中；
2、往石英缸中加入1000 g去离子水；
3、同时往石英缸中加入180 g的甲胺和乙胺混合物及180 g甘氨酸和胧氨酸混合物，用玻璃棒搅拌同时给石英缸加热；
4、待充分溶解后，加入质量浓度为30%的双氧水800 g；
5、搅拌充分混合后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节混合液的pH值至8-10。
实施例三、一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，选用纯度大于99.8%的固体柠檬酸100g、质量浓度为30%的双氧水150 g、甲胺和乙胺混合物15 g、甘氨酸和胧氨酸混合物15g、去离子水1000 g进行混合溶解，待充分溶解后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节pH至8-10，就制得腐蚀液。 
具体操作步骤为： 
1、先将纯度大于99.8%的固体柠檬酸100g倒入石英缸中；
2、往石英缸中加入1000 g去离子水；
3、同时往石英缸中加入15 g的甲胺和乙胺混合物及15 g甘氨酸和胧氨酸混合物，用玻璃棒搅拌同时给石英缸加热；
4、待充分溶解后，加入质量浓度为30%的双氧水150 g；
5、搅拌充分混合后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节混合液的pH值至8-10。
采用上述任一种腐蚀液对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀时，开启加热装置恒温，并将温度设定为30-50℃，太阳电池片间隔沿栅线方向置入蚀刻专用花篮里，浸入上述任一种腐蚀液并轻轻抖动花篮，抖动花篮采用大幅度慢频率，秒表计时1-10分钟后，将花篮连同电池片迅速取出，放入水槽内，进行冲水快排，之后用氮气吹去花篮两边大水珠后，放入高速旋干机，进行旋干，制程结束。腐蚀后的砷化镓三结太阳电池芯片栅线结构如图3所示，砷化镓三结太阳电池芯片栅线周边基本没有GaAs残留，证明本发明腐蚀液较好控制腐蚀液的腐蚀速率，增强腐蚀的均匀性，彻底去除残留物，能够较为方便获得侧面台阶平整的电池栅线结构。采用上述三种实施例的腐蚀液，其腐蚀速度会有所不同，但其产生结果基本相同。本发明具有高的选择性腐蚀，腐蚀液配制方便，腐蚀过程工艺简单、稳定，具有很好的重复性的优点。 
以上仅是本发明几个较佳的实施例，并不是对本发明保护范围的具体限定，本领域的技术人员按权利要求作等同的改变都落入本案的保护范围。 

Claims (7)

1.一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，由以下A、B、C、D、E五种组分组成：
A组分为固体柠檬酸；
    B组分为双氧水；
  C组分为胺类化合物；
D组分为氨基酸类化合物；
E组分为去离子水； 
上述组分的加入量按质量计算为：A组分为5～150份，B组分为10～100份，C组分为1～20份，D组分为1～20份，E组分为100份。
2.根据权利要求1所述的一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，其特征在于：所述C组分选自氨、甲胺、乙胺、乙二胺、1,2一丙二胺、1,3一丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三胺基三乙胺、苯胺或苯二胺中的一种或多种混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，其特征在于：所述D组分选自甘氨酸、胧氨酸、邻氨基苯甲酸、天冬氨酸、谷氨酸、氨磺酸、亚氨二磺酸、氨二乙酸、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、二乙三氨五乙酸、羟基乙二胺三乙酸或芳香环氨基酸中的一种或多种混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，其特征在于：所述A组分纯度为优级纯，纯度大于99.8%。
5.根据权利要求1所述的一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，其特征在于：所述B组分的质量浓度为30 %。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种对砷化镓太阳电池帽层进行选择性腐蚀的腐蚀液，其特征在于：所述A、B、C、D、E五种组分混合充分溶解后，加入氢氧化钠或氢氧化钾调节整个混合液的pH值为8-10。
7.一种上述权利要求1至6任一项所述腐蚀液的制备方法，包括以下步骤：
1、将固体柠檬酸倒入石英缸中；
2、往石英缸中加入去离子水；
3、同时往石英缸中加入胺类化合物及氨基酸类化合物，用玻璃棒搅拌同时给石英缸加热；
4、待充分溶解后，加入双氧水；
5、搅拌充分混合后，用氢氧化钠或氢氧化钾溶液调节混合液的pH值至8-10。
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