專利名稱：一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及太陽電池芯片，尤其是光電轉(zhuǎn)換效率高的一種倒裝型多結(jié)化 合物太陽電池芯片的制備方法。
背景技術(shù)：
利用太陽電池把太陽光能量轉(zhuǎn)換為電能是目前開發(fā)利用太陽能的熱點(diǎn)課 題。用于制備太陽電池的材料主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硫化
鎘、銅銦硒等等，每種半導(dǎo)體材料都具有確定的帶隙寬度Eg 。
用一種半導(dǎo)體材料制成的單結(jié)太陽電池，只能將太陽光譜中能量大于等于 Eg的部分光子能量轉(zhuǎn)換成電能，因而對太陽光譜中全部波長光子的利用是極其 不充分的。圖1為AMI. 5條件下太陽光光譜分布情況，從圖中可以看到太陽光 波長從幾百納米到幾個微米都有分布。而太陽電池只對其帶隙寬度Eg附近的太 陽光譜有較高的響應(yīng)，而對其他部分的光譜響應(yīng)較低。由于這種原因，太陽電 池對于太陽光的利用很不充分，轉(zhuǎn)換效率較低，特別是只有一個pn結(jié)的太陽電 池。
從理論來說，太陽電池也只能把部分太陽光轉(zhuǎn)換為電能。對于太陽電池光 電轉(zhuǎn)換的過程來說，進(jìn)入太陽電池的太陽光被電池層所吸收，電池層把其中一 部分轉(zhuǎn)換成電能，另外一部分轉(zhuǎn)換成熱能使得太陽電池溫度升高，使得光電轉(zhuǎn) 換效率下降，影響太陽電池的使用。
為了提高太陽電池的效率， 一個最常采用的技術(shù)途徑是，將不同Eg的幾種 半導(dǎo)體迭加起來，制成多結(jié)級聯(lián)太陽電池，各子電池分別將不同波段的太陽光能量轉(zhuǎn)換成電能，這樣可以更有效更充分地利用太陽能，大大提高太陽電池光
電轉(zhuǎn)換效率。圖2為典型三結(jié)化合物太陽電池結(jié)構(gòu)，太陽電池主要包括Ge底電 池(禁帶寬度約0. 67eV)、 Ga(In) As中電池(禁帶寬度約1. 4eV)和GalnP頂太 陽電池(禁帶寬度約1.9eV)。典型三結(jié)化合物太陽電池外延的順序是先外延生 長中電池再外延生長頂電池，外延生長時要求中電池外延層和襯底晶格匹配， 而對頂電池外延層和襯底的晶格匹配要求相對較低。對于三結(jié)化合物太陽電池 來說，最理想的三結(jié)太陽電池的各層電池的禁帶寬度分別是1.0eV、 1.4eV、 1. 9eV，而GalnAs電池如果設(shè)計成1. 0eV必然需要增加In組分，使得GalnAs 電池外延層和襯底晶格不匹配，外延出來的樣品質(zhì)量較差，達(dá)不到預(yù)期的效果。 目前解決這種問題的方法主要是設(shè)計倒裝結(jié)構(gòu)的太陽電池，即先外延晶格匹配 的GalnP頂太陽電池和Ga (In) As中電池，然后再外加In組分相對較多的GalnAs 底電池，太陽電池芯片制備過程中把Ge或者GaAs襯底剝離。圖3為典型倒裝 結(jié)構(gòu)的三結(jié)化合物太陽電池，太陽電池芯片通過襯底轉(zhuǎn)移制備到新的基板上面， 頂電池和底電池上制備上電極。但是對于倒裝型的三結(jié)化合物太陽電池來說， 對于太陽光譜中大于1. 2微米的部分吸收很小，同樣于提高光電轉(zhuǎn)換效率不利。
發(fā)明內(nèi)容
為解決倒裝型太陽電池不能吸收大于1.2微米部分太陽光譜的問題，以提 高多結(jié)太陽電池芯片的光電轉(zhuǎn)換效率，本發(fā)明提出一種倒裝型多結(jié)化合物太陽 電池芯片的制備方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池 芯片的制備方法，其步驟如下-
1)采用氣象外延的方法制備倒裝結(jié)構(gòu)的多結(jié)化合物太陽電池,在外延片襯底上先外延頂電池，再外延中電池，最后外延底電池；
2) 在轉(zhuǎn)移襯底的表面蒸鍍制備有高反射率的金屬電極,-
3) 在上述轉(zhuǎn)移襯底的表面涂覆網(wǎng)格狀熒光粉層；
4) 在上述轉(zhuǎn)移襯底表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面制備有用于鍵 合的網(wǎng)格狀厚金屬電極；
5) 把轉(zhuǎn)移襯底的表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池的表面鍵合在一起，熒 光粉層的表面同樣和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面緊密接觸；
6) 把多結(jié)化合物太陽電池外延片襯底去除。
本發(fā)明所涂覆的熒光粉是一種把長波長光譜轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL光譜的熒光粉， 涂覆的熒光粉的厚度小于10微米；熒光粉選自碳酸鹽熒光粉、YAG熒光粉或硅 酸鹽熒光粉；黏附性溶劑選自室溫固化硅橡膠、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮丁 醛、透明雙氧樹酯或聚醋酸乙烯，黏附性溶劑在可見光范圍內(nèi)具有高透光性、 具有彈性，在涂覆熒光粉之前，熒光粉與黏附性溶劑調(diào)配混和并攪拌均勻。本 發(fā)明的高反射率金屬電極材料為Ag或Al，網(wǎng)格狀厚金屬電極材料選自Au、 Al、 Ag、 Sn、 Ti、 AuSn合金、AuGe合金、M、 Pb或PbSn;網(wǎng)格狀厚金屬總厚度大 于熒光粉層的厚度，但不超過0.5微米。
本發(fā)明的有益效果是通過在芯片制備過程中把熒光粉均勻涂覆在倒裝型 太陽電池底電池的表面，所涂覆熒光粉可以把大于1.2微米部分太陽光譜轉(zhuǎn)變 成短波長的太陽電池光譜靈敏度較高的光譜，這樣太陽電池吸收的太陽光譜范 圍拓寬，可以大大提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
圖i為太陽光光譜分布(AMI. 5);圖2為典型三結(jié)化合物太陽電池結(jié)構(gòu)； 圖3典型倒裝結(jié)構(gòu)三結(jié)化合物太陽電池； 圖4第一次光刻時轉(zhuǎn)移襯底的表面圖案； 圖5第二次光刻時轉(zhuǎn)移襯底表面圖案； 圖6根據(jù)本發(fā)明方法制備的太陽電池芯片。
圖中100.外延片襯底；200.頂電池；300.中電池；400,底電池；500,轉(zhuǎn) 移襯底；600.反射金屬電極；700網(wǎng)格狀熒光粉層；800.網(wǎng)格狀厚金屬電極。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖3 圖6和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖6所示的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片，其制備方法如下-
第一步采用氣象外延的方法制備三結(jié)化合物太陽電池，先在外延片襯底
100上先外延頂電池200，再外延中電池300，最后外延底電池400，形成倒裝 結(jié)構(gòu)的三結(jié)化合物太陽電池，對外延好的倒裝型太陽電池外延片進(jìn)行清洗；
第二步對轉(zhuǎn)移襯底500進(jìn)行清洗，在轉(zhuǎn)移襯底500表面蒸鍍一層薄的反 射率較高的Ag金屬電極層600;
第三步進(jìn)行第一光刻工藝，在轉(zhuǎn)移襯底500表面形成如圖4所示的規(guī)則 的網(wǎng)狀圖案，黑色部分為留下的光刻膠；熒光粉為YAG熒光粉，黏附性溶劑在 可見光范圍內(nèi)具有高透光性、具有彈性，黏附性溶劑為室溫固化硅橡膠，YAG熒 光粉與室溫固化硅橡膠調(diào)配混和并攪拌均勻；進(jìn)行熒光粉涂覆工藝，所涂覆的 熒光粉是一種把長波長光譜轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL光譜的熒光粉，涂覆的熒光粉的厚度8 微米；然后進(jìn)行剝離光刻膠工藝，在轉(zhuǎn)移襯底的表面如圖4中的白色格子部分 留下涂覆的熒光粉，黑色部分為留下的金屬電極層800，第二次光刻工藝，在轉(zhuǎn)移襯底500表面形成如圖5所示的規(guī)則的網(wǎng)狀圖案，黑色部分為留下的光刻膠, 白色為金屬電極層800;即在轉(zhuǎn)移襯底500表面的形成一網(wǎng)格狀熒光粉層700;
第四步在轉(zhuǎn)移襯底表面蒸鍍厚的網(wǎng)格狀金屬電極層800，以用于轉(zhuǎn)移襯底 表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面的鍵合連接；剝離工藝，在轉(zhuǎn)移襯底 表面形成網(wǎng)格狀的金屬電極800;底電池表面的電極制備，利用光刻、蒸鍍電極 和剝離工藝在底電池表面形成和轉(zhuǎn)移襯底表面同樣的網(wǎng)狀電極；網(wǎng)格狀厚金屬 電極材料為Au，網(wǎng)格狀金屬電極層800總厚度大于熒光粉層的厚度，網(wǎng)格狀金 屬電極層800總厚度為8.4微米。
第五步鍵合工藝，外延片底電池400表面和轉(zhuǎn)移襯底500表面鍵合在一 起，網(wǎng)格狀熒光粉層700的表面同樣和多結(jié)化合物太陽電池的底電池400表面 緊密接觸；
第六步如圖3三結(jié)化合物太陽電池外延襯底與頂電池連接著，如圖6所 示，本發(fā)明需要把倒裝結(jié)構(gòu)的三結(jié)化合物太陽電池的外延片襯底100剝離或者 腐蝕去除，露出頂電池；在頂電池上制備電極和減反射膜；切割工藝，把各個 太陽電池芯片分割開；進(jìn)行檢測，完成本發(fā)明三結(jié)化合物太陽電池的制作。
利用本發(fā)明制備好的倒裝型化合物三結(jié)太陽電池芯片如圖6所示，在底電 池400和轉(zhuǎn)移襯底500中間除了電池層還多了一層網(wǎng)格形狀的熒光粉層700;太 陽光照射到太陽電池芯片上面，大于1.2微米的長波長的光沒有被太陽電池吸 收而是透射到熒光粉層700;熒光粉層把長波長的光轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL的能夠被太陽 電池吸收的光， 一部分直接返回被太陽電池吸收，另一部份被熒光份層下面的 高反射率的電極層600反射回太陽電池而被吸收，因此可以大大提升倒裝型太 陽電池對于長波長的太陽光譜的吸收，從而可以提升太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求
1.一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其步驟如下1)采用氣象外延的方法制備倒裝結(jié)構(gòu)的多結(jié)化合物太陽電池，在外延片襯底上先外延頂電池，再外延中電池，最后外延底電池；2)在轉(zhuǎn)移襯底的表面蒸鍍制備有高反射率的金屬電極；3)在上述轉(zhuǎn)移襯底的表面涂覆網(wǎng)格狀熒光粉層；4)在上述轉(zhuǎn)移襯底表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面制備有用于鍵合的網(wǎng)格狀厚金屬電極；5)把轉(zhuǎn)移襯底的表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池的表面鍵合在一起，熒光粉層的表面同樣和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面緊密接觸；6)把多結(jié)化合物太陽電池外延片襯底去除。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特 征是所涂覆的熒光粉是一種把長波長光譜轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL光譜的熒光粉。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法， 其特征是所述的熒光粉選自碳酸鹽熒光粉、YAG熒光粉或硅酸鹽熒光粉。
4. 如權(quán)利要求l所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特 征是在涂覆熒光粉之前，熒光粉與黏附性溶劑調(diào)配混和并攪拌均勻；
5. 如權(quán)利要求4所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特 征是所述的黏附性溶劑選自室溫固化硅橡膠、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮 丁醛、透明雙氧樹酯或聚醋酸乙烯。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特 征是黏附性溶劑在可見光范圍內(nèi)具有高透光性、具有彈性。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特征是所涂覆的熒光粉的厚度小于10微米。
8. 如權(quán)利要求l所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特 征是高反射率金屬電極材料為Ag或Al。
9. 如權(quán)利要求l所述的一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，其特 征是網(wǎng)格狀厚金屬電極材料選自Au、 Al、 Ag、 Sn、 Ti、 AuSn合金、AuGe 合金、Ni、 Pb或PbSn;網(wǎng)格狀厚金屬總厚度大于熒光粉層的厚度，但不超過 0.5微米。
全文摘要
一種倒裝型多結(jié)化合物太陽電池芯片的制備方法，采用氣象外延的方法制備倒裝結(jié)構(gòu)的多結(jié)化合物太陽電池，在轉(zhuǎn)移襯底的表面蒸鍍制備有高反射率的金屬電極；轉(zhuǎn)移襯底的表面涂覆網(wǎng)格狀熒光粉層；在上述轉(zhuǎn)移襯底表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面制備有用于鍵合的網(wǎng)格狀厚金屬電極；把轉(zhuǎn)移襯底和多結(jié)化合物太陽電池的底電池鍵合，熒光粉層的表面和多結(jié)化合物太陽電池的底電池表面緊密接觸；把外延片襯底去除。通過在芯片制備過程中把熒光粉均勻涂覆在倒裝型太陽電池底電池的表面，所涂覆熒光粉可把大于1.2微米部分太陽光譜轉(zhuǎn)變成短波長的太陽電池光譜靈敏度較高的光譜，使太陽電池吸收的太陽光譜范圍拓寬，可大大提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/18GK101656275SQ20091001829
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者杰 丁, 吳志強(qiáng), 吳志敏, 林志東, 林桂江, 黃生榮 申請人:廈門市三安光電科技有限公司