柔性多結太陽電池及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性多結太陽電池及其制作方法。該多結電池從下至上依次為柔性襯底、鍵合金屬、多結電池外延結構，所述柔性襯底為比鍵合金屬層的熱膨脹系數(shù)低的金屬材料薄膜，所述薄膜既提供一定柔韌性的支撐作用，也平衡所述鍵合金屬層對外延結構的拉應力，使所述電池在最終使用之前處于平整狀態(tài)。本發(fā)明之多結電池具有柔韌性，可適應大部分曲面場合應用，采用傳統(tǒng)上、下電極結構，封裝方便，且全金屬結構十分利于散熱。
【專利說明】
柔性多結太陽電池及其制作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽電池制作方法，屬于半導體器件與工藝技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著空間太陽電池的應用，基于柔性襯底的高倍聚光太陽電池因其自身具有重量輕、可卷曲、便于攜帶、高重量比功率等優(yōu)點逐漸取代傳統(tǒng)的電池而成為人們廣泛研究的熱點。
[0003]常見可靠性較好的柔性襯底，大部分都為絕緣材料，其熱導率較低，對于散熱要求較高的使用端，很難滿足散熱要求；另外這些有機材料與半導體及金屬材料的熱膨脹系數(shù)也有一定差異，在工藝完成后，往往柔性電池已處于彎曲狀態(tài)，增加了后端的應用困難。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提出一種柔性多結太陽電池及其制作方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，柔性多結太陽電池，從下至上依次包括柔性襯底、鍵合金屬層、外延結構，所述柔性襯底為比所述鍵合金屬層熱膨脹系數(shù)低的金屬材料薄膜，所述薄膜既提供一定柔韌性的支撐作用，也平衡所述鍵合金屬層對外延結構的拉應力，使所述電池在最終使用之前處于平整狀態(tài)。
[0006]優(yōu)選地，所述金屬材料薄膜的熱膨脹系數(shù)與所述外延結構的熱膨脹系數(shù)的差值小于或等于±4X10—6 /°C。
[0007]優(yōu)選地，所述金屬材料薄膜的熱膨脹系數(shù)為4?7X 10—6 /°C。
[0008]優(yōu)選地，所述金屬材料薄膜的厚度為10?30μπι。
[0009]優(yōu)選地，所述電池還包括位于所述外延結構之上的減反射膜，其材料為包括但不限于Ti305、Al203、MgF2、Si02中的一層或多層組合，從外延結構表面開始，所述減反射層膜的折射率依次降低。
[0010]優(yōu)選地，所述金屬材料薄膜的材料為Wu、Mo、Ge或其合金材料。該金屬材料薄膜具有較強的支撐作用，且有一定柔韌性，能同時作為背金進行后端封裝和散熱需求;另外可平衡鍵合金屬層兩側的應力，使該電池在后端應用之前一直處于平整狀態(tài)，方便后端應用。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，柔性多結太陽電池的制作方法，包含如下步驟:(I)提供第一襯底和倒裝生長的多結電池外延結構；(2)分別在所述第一襯底和外延結構的表面上形成鍵合金屬層，將所述第一襯底和外延結構進行金屬鍵合；(3)將上述外延結構分隔成單顆芯粒結構；(4)在所述外延結構遠離所述第一襯底的一側表面上形成具有一定支撐作用的可去除支撐層；(5)去除所述第一襯底，露出所述鍵合金屬層表面;(6)在露出鍵合鍵層表面上形成一比所述鍵合金屬層熱膨脹系數(shù)低的金屬材料薄膜，所述金屬材料薄膜作為柔性襯底用于提供一定柔韌性的支撐作用，同時平衡所述鍵合金屬層對外延結構的拉應力，使所述電池在最終使用之前處于平整狀態(tài)；(7)去除所述可去除支撐層。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟(I)中的第一襯底包括但不限于玻璃基板、GaAs襯底等，可采用化學方法蝕刻去除。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(I)中的倒裝生長的多結電池外延具有生長襯底，并在步驟(2)完成金屬鍵合后去除生長襯底。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(2)中在第一襯底上蒸鍍厚度金屬鍍層Ti/Pt/Au，在多結電池外延結構上蒸鍍金屬鍍層Pt/Ti/Au，然后進行鍵合。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(3)包括在上述外延結構的表面上制作電極和減反膜結構，進行退火處理，再將上述外延結構分隔成單顆芯粒結構，并將切割道進行鈍化保護。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟(4)中，所述可去除支撐層為熱熔性可剝離膠帶，該熱熔性剝離膠帶加熱即可自動卷起去除。該過程也可采用其它熱熔性材料如石蠟等，同樣可以提供支撐作用。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(5)中采用化學蝕刻所述第一襯底，其蝕刻溶液優(yōu)選地為氫氟酸溶液。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(6)中形成的所述金屬材料薄膜的熱膨脹系數(shù)為4?7X 10—6 /°C。[00?9 ]優(yōu)選地，所述步驟(6 )中形成的所述金屬材料薄膜的厚度為10~30μηι。
[0020]本發(fā)明的創(chuàng)新點及優(yōu)點在于:在芯片器件工藝進行中采用第一剛性襯底來進行支撐，從而使器件工藝現(xiàn)對于原有工藝不會復雜化;然后采用一定厚度的低熱膨脹系數(shù)金屬鍍層作為柔性襯底來取代第一剛性襯底，降低了重量，解決了散熱問題，使器件具有柔韌性，且該柔性襯底具有應力平衡作用，能降低翹曲程度，從而大幅降低芯片應用困難，最終器件結構中完全沒有生長襯底，而柔性襯底也是與外延層厚度相當?shù)慕饘僖r底，從而使得該電池器件質輕柔韌散熱優(yōu)異。
【附圖說明】
[0021]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施的一種柔性多結太陽電池的結構側面示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的實施示例工藝流程圖。
[0023]圖中:
100第一襯底
200低熱膨脹系數(shù)金屬薄膜柔性襯底
300鍵合金屬Ti/Pt/Au
400 GaAs襯底
500電池外延層
600鍵合金屬Pt /Ti/Au
700上電極
800減反膜
900保護涂層及可剝離膠帶。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。請參看圖1，根據(jù)本發(fā)明實施的一種柔性多結太陽電池，其結構為從下至上依次為柔性金屬薄膜襯底200、鍵合金屬300和600、多結電池外延結構500、上電極700及減反射膜800。下面結合圖2和具體制作方法對該多結太陽電池進行詳細說明。
[0025]參看圖2的(a)~(d)，提供第一襯底100和倒裝生長的多結電池外延結構，分別在第一襯底100和多結電池外延結構的外延層500表面上形成鍵合金屬層。具體地，第一襯底100選擇剛性材料，以可以化學蝕刻去除為佳，可以為玻璃基板、GaAs襯底等，本實施例選用拋光玻璃作為第一襯底100。
[0026]在拋光玻璃100上采用電子束蒸鍍Ti/Pt/Au作為鍵合金屬層300，各層的厚度范圍分別為50nm?100nm、50nm~100nm、500nm~800nm;多結電池的外延結構包括生長襯底400和外延層500，其中生長襯底可選用GaAs襯底，在外延層500的表面上采用電子束蒸鍍Pt/Ti/Au作為鍵合金屬600，各層的厚度范圍分別為50nm?100nm、50nm~100nm、500nm~800nm。
[0027]參看圖2的(e)?(f)，將蒸鍍金屬鍍層的第一襯底100和多結太陽電池的外延層500進行鍵合，鍵合后將多結電池的生長基底GaAs 400采用堿性腐蝕液去除，露出多結電池外延層結構。
[0028]參看圖2的(g)，對上述結構進行電池工藝，具體為:在外延層500上制作上電極700和減反射膜結構800，進行退火處理，接著采用化學蝕刻在外延結構中制作出切割道，將整個外延結構分隔成單顆芯粒結構，并對切割道進行鈍化保護，完成電池工藝然后。其中，上電極700的材料為包括但不限于々11、48、41166、11、？1:等金屬或合金材料，減反射膜結構800的材料為包括但不限于Ti305、Al203、MgF2、Si02中的一層或多層組合，并從外延層表面開始，要求膜材料的折射率依次降低。在本實施例中，上電極700為AuGeNi/Au/Ag/Au，減反射膜結構800為氧化鈦和氧化鋁。
[0029]參看圖2的(h)，進行完電池芯片工藝后，在電池表面涂覆一層光刻膠，烤干后在正面粘附一層具有一定支撐性作用的可剝離膠帶，共同組成保護層900。其中，該光刻膠優(yōu)選的為正性光刻膠;該膠帶優(yōu)選地為熱熔性可剝離膠帶，該過程也可采用其它熱熔性材料如石蠟等，同樣可以提供支撐作用。
[0030]參看圖2的(i)，將第一襯底100去除，直到露出鍵合金屬300，具體采用氫氟酸蝕刻第一襯底。
[0031 ]參看圖2的(j )，在裸露出的鍵合金屬300—側上形成金屬材料薄膜200作為柔性襯底用于支撐多結電池的外延層500，該金屬材料薄膜200的熱膨脹系數(shù)與外延層500的熱膨脹系數(shù)相近(兩者的差值小于或等于±4X10—6 /°C為佳)，但比鍵合金屬的熱膨脹系數(shù)低，以提供一定柔韌性的支撐作用，同時平衡鍵合金屬層對外延結構的拉應力。優(yōu)選地，金屬材料薄膜200的厚度為10~3(^111，熱膨脹系數(shù)為4~7\10—6 /°C，其材料包括但不限于Wu、Mo、Ge及能夠組成滿足該條件的合金材料。本實施例中蒸鍍一層20μπι厚度的鎢金屬鍍層作為金屬材料薄膜200，該金屬鍍層厚度同外延層500的厚度接近，熱膨脹系數(shù)為4.2X10—6 /°C，與外延層接近;該金屬鍍層可以起到支撐作用，且具有柔韌性，同時作為背金進行后端封裝和散熱需求，另外該金屬鍍層可以平衡鍵合金屬兩側的應力，使該電池在后端應用之前一直處于平整狀態(tài)。
[0032]參看圖2的(k)，首先加熱至100°C，先將可剝離膠帶直接剝離去掉，然后再使用有機溶劑將光刻膠膠層去除即可。
[0033]在上述實施例中，至少具備以下有益效果:(I)器件結構中完全沒有外延生長襯底，柔性襯底為與外延層厚度相當?shù)慕饘僖r底，從而使得該電池器件重量較輕，且散熱性能優(yōu)異;該柔性襯底熱膨脹系數(shù)與外延層相近，可以平衡鍵合金屬兩側的應力，使該電池在后端應用之前一直處于平整狀態(tài)，從而使該電池既具有柔韌性又不給后端使用帶來封裝的麻煩；(3)該器件制作過程中采用第一剛性做支撐，從而不至于增加器件工藝的難度，且第一襯底去除方便;將器件轉移至柔性襯底時，采用光刻膠和熱熔性可剝離膠帶做保護，通過加熱和浸泡溶液即可輕松去除該保護層，簡單易行。
[0034]很明顯地，本發(fā)明的說明不應理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發(fā)明構思的所有可能的實施方式。
【主權項】
1.柔性多結太陽電池，從下至上依次包括柔性襯底、鍵合金屬層、外延結構，所述柔性襯底為比所述鍵合金屬層熱膨脹系數(shù)低的金屬材料薄膜，所述薄膜既提供一定柔韌性的支撐作用，也平衡所述鍵合金屬層對外延結構的拉應力，使所述電池在最終使用之前處于平整狀態(tài)。2.根據(jù)權利要求1所述的柔性多結太陽電池，其特征在于:所述金屬材料薄膜的熱膨脹系數(shù)與所述外延結構的熱膨脹系數(shù)的差值小于或等于±4X10—6 /°C。3.根據(jù)權利要求1所述的柔性多結太陽電池，其特征在于:所述金屬材料薄膜的熱膨脹系數(shù)為4?7 X I O—6 /°C。4.根據(jù)權利要求1所述的柔性多結太陽電池，其特征在于:所述金屬材料薄膜的厚度為10?30μπιο5.根據(jù)權利要求1所述的柔性多結太陽電池，其特征在于:還包括位于所述外延結構之上的減反射膜，其為單層或多層結構，當為多結結構時，從外延結構表面開始，所述減反射層膜的折射率依次降低。6.根據(jù)權利要求1所述的柔性多結太陽電池，其特征在于:所述金屬材料薄膜的材料為Wu、Mo、Ge或其合金材料。7.柔性多結太陽電池的制作方法，包含如下步驟: (1)提供第一襯底和倒裝生長的多結電池外延結構； (2)分別在所述第一襯底和外延結構的表面上形成鍵合金屬層，將所述第一襯底和外延結構進行金屬鍵合； (3)將上述外延結構分隔成單顆芯粒結構； (4)在所述外延結構遠離所述第一襯底的一側表面上形成具有一定支撐作用的可去除支撐層； (5)去除所述第一襯底，露出所述鍵合金屬層表面； (6)在露出鍵合鍵層表面上形成一比所述鍵合金屬層熱膨脹系數(shù)低的金屬材料薄膜，所述金屬材料薄膜作為柔性襯底用于提供一定柔韌性的支撐作用，同時平衡所述鍵合金屬層對外延結構的拉應力，使所述電池在最終使用之前處于平整狀態(tài)； (7)去除所述可去除支撐層。8.根據(jù)權利要求7所述的多結柔性太陽電池的制作方法，其特征在于:所述步驟(4)中，所述可去除支撐層為熱熔性可剝離膠帶。9.根據(jù)權利要求7所述的多結柔性太陽電池的制作方法，其特征在于:所述步驟(6)中形成的所述金屬材料薄膜的熱膨脹系數(shù)為4?7 X 10—6 /°C。10.根據(jù)權利要求7所述的多結柔性太陽電池的制作方法，其特征在于:所述步驟(6)中形成的所述金屬材料薄膜的厚度為10~30μηι。
【文檔編號】H01L31/0725GK105932079SQ201610531739
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】李明陽, 劉冠洲, 畢京鋒, 李森林, 宋明輝, 陳文俊
【申請人】天津三安光電有限公司