專利名稱：倒裝薄膜太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種倒裝型薄膜太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
在過去近20年的光伏技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，GaAs基III-V族太陽電池技術(shù)取得了引人矚目的里程碑式突破。2007年，GaAs基多結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池的高倍聚光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率 (AMI. 5,240suns)可達(dá)40. 7%，其大規(guī)模量產(chǎn)的平均效率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅太陽電池，在空間電源領(lǐng)域中占據(jù)的應(yīng)用比例超過了 80%，同時(shí)，性價(jià)比較高的高倍聚光GaAs基多結(jié)太陽電池陣列在地面系統(tǒng)也逐漸得以批量應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，作為光伏技術(shù)的新突破，GaAs基III-V族多結(jié)太陽電池有著非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。根據(jù)光伏效應(yīng)原理，單一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的太陽電池，只能將太陽光譜中的一部分光能有效轉(zhuǎn)換成電能，光電轉(zhuǎn)換效率非常有限。因此，以多種帶隙寬度不同的半導(dǎo)體材料構(gòu)成多結(jié)級(jí)聯(lián)太陽電池，用各結(jié)子電池去吸收與其帶隙寬度最為匹配的太陽光譜波段，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光譜最大化的有效利用，是突破光電轉(zhuǎn)換效率限制的最好途徑和必然選擇。多結(jié)級(jí)聯(lián)電池的級(jí)聯(lián)方式可分為機(jī)械級(jí)聯(lián)和整體級(jí)聯(lián)兩種。機(jī)械級(jí)聯(lián)是通過金屬電極將分別制備的各級(jí)子電池逐層疊加，其工藝復(fù)雜且可靠性差，不適合大規(guī)模生產(chǎn)及空天應(yīng)用；整體級(jí)聯(lián)是將各級(jí)子電池作為一個(gè)整體來制備，即在外延生長過程中，在各級(jí)子電池之間插入超薄重?fù)诫s的隧道結(jié)，利用隧道結(jié)的隧穿效應(yīng)實(shí)現(xiàn)子電池間的互聯(lián)，這是目前普遍采用的級(jí)聯(lián)方式。多結(jié)太陽電池制作過程中，由于III-V化合物半導(dǎo)體襯底材料價(jià)格昂貴、密度高、 機(jī)械強(qiáng)度很低，不利于制備成本低廉、薄型輕質(zhì)的電池；同時(shí)其導(dǎo)熱性能也不好，在高倍聚光條件下因溫度過高導(dǎo)致效率下降，不利于高效電池的制作。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述III-V半導(dǎo)體襯底制備的電池存在成本高、機(jī)械強(qiáng)度低、散熱性能差等問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種倒裝薄膜太陽能電池的制作方法，以降低生產(chǎn)成本，改善電池工作狀態(tài)下的散熱性能，提高轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的上述目的，將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn) 倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于包括如下步驟
步驟1 利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法，在半導(dǎo)體的第一襯底上生長犧牲層，所述犧牲層為III-V族元素組成的單元、兩元、三元或四元化合物；
步驟2 在上述犧牲層上生長太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層，所述外延層為由III - V族化合物組成的含有一個(gè)以上光伏單元的薄膜；
步驟3 采用物理或化學(xué)的方法，在上述外延層的表面和第二襯底的表面分別制備鍵合/粘附層；步驟4 將帶有鍵合/粘附層的外延層以倒裝方式鍵合或粘合連接到第二襯底的表
步驟5 選擇性地去除犧牲層，把第一襯底剝離，在第二襯底上形成倒裝結(jié)構(gòu)的太陽能電池。進(jìn)一步地，在太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層中，所述一個(gè)以上光伏單元的種類為疊層PN 結(jié)、疊層PIN結(jié)或兩種混用；順次串聯(lián)或分組串聯(lián)。進(jìn)一步地，所述倒裝薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)為單結(jié)結(jié)構(gòu)，雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)級(jí)聯(lián)再加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)級(jí)聯(lián)加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，或者復(fù)合多結(jié)級(jí)聯(lián)加多結(jié)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中的任意一種。進(jìn)一步地，所述犧牲層至少為鋁砷，銦砷，鎵銻，鋁鎵砷，鋁鎵銻，鎵砷銻，銦鋁砷或者銦鎵砷中的一種。 進(jìn)一步地，步驟4中所述鍵合方式包括金屬-金屬鍵合，金屬-硅鍵合，金屬-玻璃鍵合，或者金屬-陶瓷鍵合；并且其中粘合方式包括金屬-有機(jī)材料或者有機(jī)材料-有機(jī)材料通過粘合劑粘連。進(jìn)一步地，所述第二襯底為具有機(jī)械強(qiáng)度的無機(jī)或有機(jī)片狀體，至少包括硅片，玻璃，陶瓷，金屬基板，有機(jī)襯底，硅膠基板或者石墨片。本發(fā)明制作方法的應(yīng)用，其較之于現(xiàn)有技術(shù)的突出效果為
一方面通過采用襯底剝離技術(shù)，剝離掉的半導(dǎo)體第一襯底可以重復(fù)利用，大大降低在 III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上制備太陽能電池的生產(chǎn)成本；另一方面采用第二襯底有助太陽電池的導(dǎo)熱性能，進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)還可以增加電池的機(jī)械強(qiáng)度，提高成品率。


圖1是本發(fā)明制作方法鍵合制作的電池剖面示意圖。圖2是本發(fā)明制作方法粘合制作的電池剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于此。下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所用試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例一
如圖1所示的本發(fā)明倒裝薄膜太陽能電池制作方法的一種實(shí)施方式的電池剖面示意圖可見，該制作方法包括如下步驟
步驟1 利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法，在GaAs第一襯底上生長AlAs犧牲層及太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層，制成第一襯底上的外延片；
步驟2 取具一定機(jī)械強(qiáng)度的無機(jī)或有機(jī)材料的片狀物質(zhì)，即硅片，玻璃，陶瓷，金屬基板，有機(jī)襯底，硅膠基板或者石墨片等之一作為第二襯底，采用物理或化學(xué)的方法，在上述外延片的表面和第二襯底的表面分別沉積金屬鍵合層；步驟3 采用晶片鍵合的方式將外延片的表面和第二襯底的表面鍵合在一起； 步驟4 鍵合完成后放入腐蝕液中，腐蝕掉AlAs犧牲層，剝離GaAs第一襯底，制成在第二襯底上的倒裝型太陽能電池外延片；
步驟5 將上述第二襯底上的倒裝型太陽能電池外延片加工成太陽電池。實(shí)施例二
如圖2所示的本發(fā)明倒裝薄膜太陽能電池制作方法的另一種實(shí)施方式的電池剖面示意圖可見，該制作方法包括如下步驟
步驟1 利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法，在GaAs第一襯底上生長AlAs犧牲層及太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層，制成第一襯底上的外延片；
步驟2 取具一定機(jī)械強(qiáng)度的無機(jī)或有機(jī)材料的片狀物質(zhì)，即硅片，玻璃，陶瓷，金屬基板，有機(jī)襯底，硅膠基板或者石墨片等作為第二襯底，采用物理或化學(xué)的方法，在上述外延片的表面和第二襯底的表面分別涂覆粘附層；
步驟3 利用對(duì)接的方式將外延片的表面和第二襯底的表面粘合在一起； 步驟4 粘合完成后放入腐蝕液中，腐蝕掉AlAs犧牲層，剝離GaAs第一襯底，制成在第二襯底上的倒裝型太陽能電池外延片；
步驟5 將上述第二襯底上的倒裝型太陽能電池外延片加工成太陽電池。上述兩個(gè)制作實(shí)施方式中，太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層為由III-V族化合物組成的含有一個(gè)以上光伏單元的薄膜結(jié)構(gòu)，光伏單元的種類包括疊層PN結(jié)和疊層PIN結(jié)中的一種或兩種混用；并且該些光伏單元串聯(lián)連接或分組串聯(lián)；上述犧牲層為III-V族元素組成的單元、兩元、三元或四元化合物，包括鋁砷，銦砷，鎵銻，鋁鎵砷，鋁鎵銻，鎵砷銻，銦鋁砷或者銦鎵砷等；上述倒裝型薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)包括單結(jié)結(jié)構(gòu)，雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)級(jí)聯(lián)再加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)級(jí)聯(lián)加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，或者復(fù)合多結(jié)級(jí)聯(lián)加多結(jié)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中的任意一種。利用本實(shí)施例的太陽能電池的制備方法，通過采用襯底剝離技術(shù)，剝離掉的半導(dǎo)體第一襯底可以重復(fù)利用，大大降低在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上制備太陽能電池的生產(chǎn)成本；同時(shí)采用第二襯底有助太陽電池的導(dǎo)熱性能，進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)還可以增加電池的機(jī)械強(qiáng)度，提高成品率。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1 利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法，在半導(dǎo)體的第一襯底上生長犧牲層，所述犧牲層為III-V族元素組成的單元、兩元、三元或四元化合物；步驟2 在上述犧牲層上生長太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層，所述外延層為由III - V族化合物組成的含有一個(gè)以上光伏單元的薄膜；步驟3 采用物理或化學(xué)的方法，在上述外延層的表面和第二襯底的表面分別制備鍵合/粘附層；步驟4 將帶有鍵合/粘附層的外延層以倒裝方式鍵合或粘合連接到第二襯底的表步驟5 選擇性地去除犧牲層，把第一襯底剝離，在第二襯底上形成倒裝結(jié)構(gòu)的太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于在太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層中，所述一個(gè)以上光伏單元的種類為疊層PN結(jié)、疊層PIN結(jié)或兩種混用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于在太陽能電池結(jié)構(gòu)外延層中，所述一個(gè)以上光伏單元為順次串聯(lián)或分組串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于所述倒裝薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)為單結(jié)結(jié)構(gòu)，雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)，復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)級(jí)聯(lián)再加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)加雙結(jié)級(jí)聯(lián)加單結(jié)的結(jié)構(gòu)，或者復(fù)合多結(jié)級(jí)聯(lián)加多結(jié)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于所述犧牲層至少為鋁砷，銦砷，鎵銻，鋁鎵砷，鋁鎵銻，鎵砷銻，銦鋁砷或者銦鎵砷中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟4中所述鍵合方式包括金屬-金屬鍵合，金屬-硅鍵合，金屬-玻璃鍵合，或者金屬-陶瓷鍵合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟4中所述粘合方式包括金屬-有機(jī)材料或者有機(jī)材料-有機(jī)材料通過粘合劑粘連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于所述第二襯底為具有機(jī)械強(qiáng)度的無機(jī)或有機(jī)片狀體，至少包括硅片，玻璃，陶瓷，金屬基板，有機(jī)襯底， 硅膠基板或者石墨片。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種倒裝薄膜太陽能電池的制備方法，在半導(dǎo)體的第一襯底上沉積犧牲層，在犧牲層上生長太陽能電池外延層；然后在外延層的表面和第二襯底的表面分別制備鍵合/粘附結(jié)構(gòu)層，通過鍵合方式/粘合方式貼附在一起；最后選擇性去除犧牲層，把第一襯底剝離，形成第二襯底上的倒裝型結(jié)構(gòu)太陽電池，同時(shí)剝離掉的半導(dǎo)體第一襯底可以重復(fù)利用。本發(fā)明方法可以降低生產(chǎn)成本，改善電池工作狀態(tài)下的散熱性能，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102299210SQ20111027123
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者張寶順, 曾春紅, 李曉偉, 楊輝, 王榮新 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所