CN104681652A - 一种倒装多结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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夏伟
申加兵
李晓明
盖克彬
徐现刚
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Abstract

一种倒装多结太阳能电池及其制备方法，倒装多结太阳能电池包括顶电池、0-5个中电池和底电池，所述顶电池、中电池和底电池以隧穿结连接，顶电池上键合有透明衬底；制备方法包括如下步骤：（1）生长多结太阳能电池外延片，自下至上依次为第一衬底、缓冲层、腐蚀阻挡层、第一帽子层、底电池、中电池和顶电池；（2）在顶电池上键合透明衬底；（3）腐蚀掉第一衬底、缓冲层和腐蚀阻挡层；（4）蒸镀金属，光刻形成电极图形；（5）对电极图形进行合金；（6）在底电池上蒸镀绝缘保护层；（7）切割封装。本发明采用键合透明衬底，倒装太阳电池，电极向下，透明衬底面接收太阳光谱，可以有效利用电极对太阳光的遮挡的部分，有效提高太阳电池效率。

Description

一种倒装多结太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种倒装多结太阳能电池及其制备方法，属于太阳能光伏技术领域。
背景技术
伴随着近几年人们对新的可再生能源的重视，尤其是MOCVD（有机金属化学气相淀积法）技术的快速发展，III-V族太阳能电池因为其效率已经远远超过Si基太阳能电池，目前III-V族太阳能电池已经取代了传统的Si基太阳能电池应用到空间飞行器能源。可以预见，在不久的将来，III-V太阳能电池将广泛应用于民用设备。如何提升太阳电池效率，降低成本，成为人们研究的焦点。太阳电池对太阳光谱的有效利用，决定了太阳电池的效率，而电极的设计是不可忽略的因素，一般电极设计占据太阳电池面积的5%-10%，因此这部分太阳光被遮挡，不能被太阳电池利用。有效的利用这部分光谱，也是研究提升太阳电池效率的重要因素。
中国专利文献CN103367465A公开的《一种有金属反射镜的多结太阳能电池及其制备方法》，在多结太阳能电池结构上制作局部接触的欧姆接触电流通道，将其它区域的第二帽子层去掉，依次制备透明导电介质材料和蒸镀金属反射镜、阻挡金属层和键合金属。采用键合技术，将外延片键合到第二衬底上，去除第一衬底后的外延片进行电极蒸镀，光刻电极图形，同时去掉多余的第二帽子层后进行合金，然后蒸镀减反射膜，光刻出电极图形，最后蒸镀背面金属，进行合金。上述多结太阳能电池属于太阳能结构的倒装，无法实现倒装封装，充分利用太阳光谱。
CN101882645B公开的《具有IV族合金的反向多结太阳能电池》，包括提供生长衬底；在所述生长衬底上沉积形成太阳能电池的半导体材料层的序列，其包含由III-V族合金构成的至少一个子电池以及由IV族合金构成的至少一个子电池；及移除所述半导体衬底。该多结太阳能电池是生长反向多结太阳电池，电极栅线会阻挡太阳光，阻碍太阳电池效率的提升。
CN101499495B公开的《倒置变形多结太阳能电池中的异质结子电池》，所述太阳能电池包括上部子电池、中部子电池和下部子电池，所述方法包括：提供第一衬底以用于半导体材料的外延生长；在所述衬底上形成上部第一太阳能子电池，其具有第一带隙；在所述第一太阳能子电池上方形成中部第二太阳能子电池，其具有小于所述第一带隙的第二带隙；在所述第二子电池上方形成分级夹层，所述分级夹层具有大于所述第二带隙的第三带隙；以及在所述分级夹层上方形成下部第三太阳能子电池，其具有小于所述第二带隙的第四带隙，使得所述第三子电池相对于所述第二子电池晶格失配，其中所述太阳能子电池中的至少一者具有异质结基极-发射极层。 该异质结子电池属于太阳结构的倒装，主要是实现太阳电池之间子电池的结构生长，生长该结构难度较大。
发明内容
本发明针对现有太阳电池电极对太阳光谱的遮挡问题，提出一种以避免电极对太阳光的遮挡的倒装多结太阳能电池，同时提供一种该太阳能电池的制备方法。
本发明在多结太阳能电池结构上，采用透明衬底的透明键合技术，将外延片键合到第二衬底上，然后将第一衬底移除。将移除第一衬底后的外延片进行电极蒸镀，光刻电极图形，同时去掉多余的第二帽子层后进行合金。
本发明的倒装多结太阳能电池，采用以下技术方案：
该倒装多结太阳能电池，包括顶电池、0-5个中电池和底电池，所述顶电池、中电池和底电池以隧穿结连接，顶电池的带隙大于中电池的带隙，中电池的带隙大于底电池的带隙，顶电池上部为电极；顶电池上键合有透明衬底。倒装使用，不存在电极对太阳光谱的遮挡，可以有效利用太阳光谱。
所述透明衬底为GaN或SiC等。
根据中电池的数量将多结太阳能电池分别称为双结太阳能电池（中电池为0个）、三结太阳能电池（中电池为1个）、四结太阳能电池（中电池为2个）、五结太阳能电池（中电池为3个）、六结太阳能电池（中电池为4个）和七结太阳能电池（中电池为5个）。若干个中电池之间以隧穿结连接，统称为中电池。
顶电池、中电池和底电池的材料均采用现有III-V族太阳能电池的材料。
上述倒装多结太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
（1）采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）法生长多结太阳能电池外延片，外延片的结构自下至上依次为第一衬底、缓冲层、腐蚀阻挡层、第一帽子层、底电池、中电池和顶电池，顶电池、中电池和底电池各以隧穿结连接；顶电池的带隙大于中电池的带隙，中电池的带隙大于底电池的带隙；
（2）在顶电池上通过透明键合层键合透明衬底（透明衬底可使用GaN、SiC等）；
（3）腐蚀掉第一衬底、缓冲层和腐蚀阻挡层；
（4）在步骤（3）中腐蚀出的新界面上蒸镀金属，光刻形成电极图形，同时腐蚀掉电极下的多余的第一帽子层；
（5）对步骤（4）中光刻完毕的电极图形进行合金；
（6）在底电池上蒸镀绝缘保护层；
（7）切割，封装，制作太阳能电池。
根据本发明上述的方法，优选如下：
步骤（1）中的第一衬底为GaAs衬底，步骤（2）中的透明衬底（第二衬底）为GaN或SiC。
步骤（2）中的键合压力为1000kg-2000kg，时间为30-60分钟。
步骤（2）中的透明键合层选用环氧树脂等透明键合材料，可以是透明导电胶或者透明绝缘胶。
步骤（3）中腐蚀的腐蚀液采用双氧水、氨水和水按体积比3:1:5配制，腐蚀时间20-60分钟。
步骤（4）中蒸镀的金属选用Ti、Ge、Au、Pt和Ni中的一种或几种组合。
步骤（5）中的合金温度为300-500℃，合金时间为10-20分钟。
上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照III-V族太阳能电池的现有技术。
本发明直接利用透明键合层键合透明衬底，以倒装方式封装，采用键合透明衬底，倒装太阳电池，倒装后电极向下，透明衬底面接收太阳光谱，避免和传统设计电极对太阳光的遮挡，可以有效利用传统电池设计中电极对太阳光的遮挡的部分，有效提高太阳电池效率；具有可实施性强、操作简单、实用的优点，而且该方法不限于III-V太阳电池的使用，同样适用于Si基的太阳电池。
附图说明
图1是三结太阳能电池外延片的结构示意图。
图2是本发明制备的倒装三结太阳能电池的结构示意图。
图3是本发明制备的具有金属反射镜的倒装三结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明在多结太阳能电池结构上，采用透明衬底的透明键合技术，将外延片键合到第二衬底上，然后将第一衬底移除。将移除第一衬底后的外延片进行电极蒸镀，光刻电极图形，同时去掉多余的第二帽子层后进行合金。
以制备倒装GaInP/GaAs/InGaNAs三结太阳能电池为例，详细说明本发明的制备方法。
（1）采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）法生长GaInP/GaAs/InGaNAs三结太阳能电池外延片，外延片结构如图1所示，自下至上包括第一衬底GaAs、缓冲层、腐蚀阻挡层、帽子层、底电池InGaNAs、中电池GaAs和顶电池GaIn，底电池、中电池和顶电池以隧穿结连接。顶电池的带隙大于中电池的带隙，中电池的带隙大于底电池的带隙。
（2）清洗步骤（1）生长的太阳能电池外延片，去除表面有机物和污物，在顶电池表面涂覆透明键合层（环氧树脂等透明导电胶或者透明绝缘胶），如图2所示。
（3）在透明键合层上键合透明衬底（第二衬底，可使用GaN、SiC等），键合压力为1000kg-2000kg，时间为30-60分钟；如图2所示。
（4）采用湿法腐蚀去掉第一衬底、缓冲层和腐蚀阻挡层，腐蚀液采用双氧水、氨水和水按体积比3:1:5配制，腐蚀时间20-60分钟。如图2所示。
（5）在腐蚀掉第一衬底、缓冲层和腐蚀阻挡层后的界面光刻图形，利用干法蚀刻技术蚀刻到顶电池；如图2所示。
（6）甩胶，利用光刻胶光刻电极图形以进行腐蚀，蒸镀GeAu（Ge的质量比例为2-10%），形成正负极，厚度0.7微米，剥离形成电极图形，去胶同时去除多余的第一帽子层。如图2所示。蒸镀的金属可以选用Ti、Ge、Au、Pt和Ni中的一种或任意几种任意比例的组合。
（7）对步骤（6）中光刻完毕的电极图形进行合金，300-500℃，合金时间为10-20分钟。
（8）在底电池上蒸镀绝缘保护层，绝缘保护层采用SiO2或氮化硅，厚度3500埃。
（9）按现有技术切割、封装等工艺，制作太阳能电池。
最后制备出如图2所示的倒装GaInP/GaAs/InGaNAs三结太阳能电池，光利用率可提高约4%。
如果在上述步骤（8）蒸镀绝缘保护层之后再蒸镀金属反射镜，就会得到如图3所示的具有金属反射镜的倒装三结太阳能电池，使太阳能电池的光利用率可提高约5%。金属反射镜使用Au、Ag、Pt等高反射率的材料。

Claims (7)

1.一种倒装多结太阳能电池，包括顶电池、0-5个中电池和底电池，其特征是，顶电池、中电池和底电池以隧穿结连接，顶电池的带隙大于中电池的带隙，中电池的带隙大于底电池的带隙，顶电池上部为电极；顶电池上键合有透明衬底，倒装使用，不存在电极对太阳光谱的遮挡，可以有效利用太阳光谱。
2.根据权利要求1所述的倒装多结太阳能电池，其特征是，所述透明衬底为GaN或SiC。
3.一种权利要求1所述倒装多结太阳能电池的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
（1）生长多结太阳能电池外延片，外延片的结构自下至上依次为第一衬底、缓冲层、腐蚀阻挡层、第一帽子层、底电池、中电池和顶电池，顶电池、中电池和底电池各以隧穿结连接；顶电池的带隙大于中电池的带隙，中电池的带隙大于底电池的带隙；
（2）在顶电池上通过透明键合层键合透明衬底；
（3）腐蚀掉第一衬底、缓冲层和腐蚀阻挡层；
（4）在步骤（3）中腐蚀出的新界面上蒸镀金属，光刻形成电极图形，同时腐蚀掉电极下的多余的第一帽子层；
（5）对步骤（4）中光刻完毕的电极图形进行合金；
（6）在底电池上蒸镀绝缘保护层；
（7）切割，封装，制作太阳能电池。
4.根据权利要求3所述的倒装多结太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中的第一衬底为GaAs衬底，步骤（2）中的透明衬底为GaN或SiC。
5.根据权利要求3所述的倒装多结太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤（2）中的键合压力为1000kg-2000kg，时间为时间为30-60分钟。
6.根据权利要求3所述的倒装多结太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤（3）中腐蚀的腐蚀液采用双氧水、氨水和水按体积比3:1:5配制，腐蚀时间20-60分钟。
7.根据权利要求3所述的倒装多结太阳能电池的制备方法，其特征是，所述步骤（5）中的合金温度为300-500℃，合金时间为10-20分钟。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI816357B (zh) * 2022-04-08 2023-09-21 長庚大學 太陽能電池模組及其製備方法
CN117293230A (zh) * 2023-11-24 2023-12-26 南昌凯迅光电股份有限公司 具有全方位金属反射镜的砷化镓太阳电池及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100089449A1 (en) * 2006-07-03 2010-04-15 Lg Electronics Inc. High efficiency solar cell and manufacturing method thereof
CN102222708A (zh) * 2010-04-16 2011-10-19 江苏百世德太阳能高科技有限公司 一种新型高效三结硅薄膜太阳电池
CN102324443A (zh) * 2011-09-21 2012-01-18 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种倒装三结InGaN太阳能电池
CN103367465A (zh) * 2012-03-29 2013-10-23 山东华光光电子有限公司 一种有金属反射镜的多结太阳能电池及其制备方法
TW201436266A (zh) * 2012-11-16 2014-09-16 Solar Junction Corp 多接面太陽能電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100089449A1 (en) * 2006-07-03 2010-04-15 Lg Electronics Inc. High efficiency solar cell and manufacturing method thereof
CN102222708A (zh) * 2010-04-16 2011-10-19 江苏百世德太阳能高科技有限公司 一种新型高效三结硅薄膜太阳电池
CN102324443A (zh) * 2011-09-21 2012-01-18 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种倒装三结InGaN太阳能电池
CN103367465A (zh) * 2012-03-29 2013-10-23 山东华光光电子有限公司 一种有金属反射镜的多结太阳能电池及其制备方法
TW201436266A (zh) * 2012-11-16 2014-09-16 Solar Junction Corp 多接面太陽能電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI816357B (zh) * 2022-04-08 2023-09-21 長庚大學 太陽能電池模組及其製備方法
CN117293230A (zh) * 2023-11-24 2023-12-26 南昌凯迅光电股份有限公司 具有全方位金属反射镜的砷化镓太阳电池及其制备方法

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