太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體太陽能電池領域，涉及倒裝多結太陽能電池芯片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]II1-V族化合物半導體砷化鎵及其基系多種材料構成的多結太陽能電池結構發展迅速，由于可基本實現全光譜吸收，其光電轉換效率已遠遠領先于其他太陽能電池。而且這一材料體系具備優良的耐輻照性能和耐高溫性，更增加了其在空間應用的可靠性及使用壽命，日益成為空間電源的主力軍。而倒裝結構的多結太陽能電池因其可以更合理的分配太陽光譜，進而使各子電池的電流密度更匹配，減小熱阻損失，提高開路電壓，被期望獲得到更高的太陽能轉換效率。
[0003]然而，在倒裝多結太陽能電池的芯片工藝過程中光電轉換層要與大面積的金屬形成背接觸，通常為金或其他合金。在工藝過程中，金屬的熱膨脹體積與冷卻收縮體積皆大于光電轉換層的熱膨脹體積與冷卻收縮體積，這樣在背接觸的界面處會產生較大的膨脹應力，使得光電轉換層的晶體質量惡化，甚至帶隙發生偏移，影響光電轉換特性。在倒裝多結太陽能電池結構中，距離背接觸金屬最近的底電池的光電轉換性能非常關鍵，通常會因為底電池的晶體質量不好，底電池提供的短路電流偏低，影響了電池的整體性能，所以底電池的性能直接決定了整個多結電池的性能。這種情況下，背接觸金屬對電池的應力作用就不容忽視了。目前針對倒裝多結電池中底電池性能較差的情況，大多數改善方法都是針對于外延生長方面的，而芯片工藝方面的研究很少。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提供一種能避免背接觸界面處產生較大的熱應力的太陽能電池結構及其制造方法。
[0005]為了達到上述目的，本發明人著眼于背接觸的結構進行研究，并提出了本發明:通過在太陽能電池半導體層與鍵合金屬層之間設置應力阻隔層，避免太陽能電池半導體層直接受到金屬的膨脹應力。
[0006]本發明解決上述問題的技術方案為:太陽能電池，包括:基板、設置在該基板上的鍵合金屬層、歐姆接觸電極層、應力阻隔層、設置在該應力阻隔層上的太陽能電池半導體層和設置在所述太陽能電池半導體層上表面的歐姆電極。其中，所述應力阻隔層設置在所述太陽能電池半導體層與歐姆接觸電極金屬層之間，防止因歐姆接觸電極層及鍵合金屬層與半導體層之間熱膨脹系數的差異產生的熱應力使半導體層的晶體質量變差。
[0007]在一些實施例中，所述太陽能電池半導體層為倒裝多結結構，依次包含:第一太陽能子電池，其具有第一帶隙；第二太陽能子電池，其設置在所述第一子電池下方且具有小于所述第一帶隙的第二帶隙；漸變緩沖層，設置在所述第二子電池下方且具有多級夾層，該多級夾層的晶格常數分級逐漸變大；第三太陽能子電池，其設置在所述漸變緩沖層下方，其相對應于所述第二子電池晶格失配并具有小于所述第二帶隙的第三帶隙。在具體實施例中，所述多結結構可以為(Al) GalnP第一子電池、Ga (In) As第二子電池、InAlGaAs漸變緩沖層和InGaAs第三子電池。
[0008]優選地，所述應力阻隔層被配置成為包含多個孔洞的薄膜材料，所述孔洞后續填充歐姆接觸電極層材料。
[0009]優選地，所述應力阻隔層的孔洞區域所占整個應力阻隔層面積的比例依所選應力阻隔層材料和太陽能電池半導體材料兩者的熱膨脹系數比例而定。
[0010]優選地，設定所述太陽能電池半導體層的熱膨脹系數為?\，所述應力阻隔層的熱膨脹系數為Τ2，所述歐姆接觸電極層的熱膨脹系數為τ3，所述應力阻隔層的孔洞所占面積比例為 X，則滿足:T3*x+T2 (l-x) =T1D
[0011]優選地，所述應力阻隔層由熱膨脹系數與太陽能電池半導體層熱膨脹系數相近或者比太陽能電池半導體材料熱膨脹系數略小的薄膜材料構成。
[0012]優選地，所述應力阻隔層由熱膨脹系數與太陽能電池半導體層熱膨脹系數相近的金屬薄膜材料構成，或者比太陽能電池半導體材料熱膨脹系數略小的介質薄膜材料構成。
[0013]優選地，采用熱膨脹系數與太陽能電池半導體層熱膨脹系數相近的金屬材料如Mo、W、Cr等或者比太陽能電池半導體材料熱膨脹系數略小的介質薄膜材料如Si02、Si3N4、Ti02、Al203等作為所述應力阻隔層。
[0014]優選地，所述基板采用Ge基板、Si基板、GaP基板、SiC基板或金屬基板中的任一種。
[0015]本發明還提供一種太陽能電池的制備方法，包括步驟:在一基板上形成太陽能電池半導體層，在所述太陽能電池半導體層上設置應力阻隔層和歐姆接觸電極，在該太陽能電池半導體層的表面上制作歐姆電極。其中所述應力阻隔層位于所述太陽能電池半導體層和歐姆接觸電極層之間。
[0016]優選地，采用光刻與蒸鍍相結合或者PECVD等與光刻相結合的方法在所述太陽能電池半導體層上制備具有多個孔洞的應力阻隔層。
[0017]優選地，在所述應力阻隔層之上及其孔洞之中制作歐姆接觸電極層，其材料可以為Ti/Au、Ti/Pt/Au、Pt/ Ti/Au、AuBe、AuZn等金屬材料其中的一種，較佳選擇AuZn。
[0018]本發明之太陽能電池，于太陽能電池半導體層和歐姆接觸金屬層之間設置應力阻隔層，可有效阻隔歐姆接觸金屬層及鍵合金屬層對太陽能電池半導體層的熱應力，避免熱應力使太陽能電池半導體層晶體質量變差、甚至帶隙發生偏移。本發明尤其適用于倒裝多結太陽能電池，因為在倒裝多結太陽能電池中底電池性能非常關鍵，常常決定了太陽能電池的整體性能。
【附圖說明】
[0019]以下使用附圖來提供對本發明的進一步理解，與本發明的實施例一起說明應用了本發明的倒裝多結太陽能電池及其制造方法，但并不構成對本發明的限制。
[0020]圖1所示為根據本發明實施的倒裝多結太陽能電池的截面示意圖。
[0021]圖2所示為根據本發明實施的在生長基板上形成的包含第一子電池、第二子電池、漸變緩沖層及第三子電池的倒裝多結太陽能電池半導體層。
[0022]圖3所示為圖2所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中初步形成應力阻隔層的膜層材料。
[0023]圖4所示為圖3所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中形成應力阻隔層具有多個孔洞的結構。
[0024]圖5為具有多個孔洞結構的應力阻隔層的俯視圖。
[0025]圖6所示為圖4所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中形成歐姆接觸電極層。
[0026]圖7所示為圖6所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中形成半導體層接合金屬層和支撐基板接合金屬層。
[0027]圖8所示為圖7所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中接合支撐基板。
[0028]圖9所示為圖7所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中去除生長用基板。
[0029]圖10所示為圖9所示倒裝多結太陽能電池根據本發明的下一工序之后的橫截面圖，在該工序中形成歐姆電極。
[0030]圖11所示為倒裝多結太陽能電池應力阻隔層的另外一種俯視平面示意圖。
[0031]圖中各標號表不:
001:生長基板
002:多結太陽能電池半導體層
003:支撐基板
004:歐姆電極
200:蝕刻截止層
201:歐姆接觸層
202:第一子電池
203:第二子電池
204:漸變緩沖層
205:第三子電池
206:重摻雜蓋帽層
301:應力阻隔層
302:歐姆接觸電極層
303:半導體層結合金屬層
304:支撐基板接合金屬層 301a:應力阻隔層孔洞的內壁
302a:歐姆接觸電極填充應力阻隔層的孔洞的部分。
【具體實施方式】
[0032]以下，使用【附圖說明】應用了本發明的倒裝多結太陽能電池結構及其制作方法。在以下的說明中使用的附圖有時為了容易理解特征而為方便起見放大示出成為特征的部分，各構成要素的尺寸比率等未必與實際相同。另外，在以下的說明中所例示的材料、尺寸等是一例，本發明并不限于這些，在不變更其主旨的范圍內能夠適當地變更來實施。
[0033][倒裝多結太陽能電池]
圖1是表示本發明的倒裝多結太陽能電池的一例的截面示意圖。
[0034]本實施方式的倒裝多結太陽能電池，包括支撐基板003，多結太陽能電池半導體層002，歐姆電極004，應力阻隔層301。其中多結太陽能電池半導體層002包含第一太陽能子電池202、第二太陽能子電池203、漸變緩沖層204、第三太陽能子電池205。在圖1所示的倒裝多結太陽能電池結構中，從支撐基板003與多結太陽能電池半導體層002之間，從支撐基板003側起依次為支撐基板結合層304、半導體層結合層303、歐姆接觸電極層302、應力阻隔層301。
[0035]<倒裝多結太陽能電池半導體層>
圖1所示為根據本發明實施的倒裝多結太陽能電池結構，其中002為太陽能電池半導體層，包含蝕刻截止層200、GaAs歐姆接觸層201、第一太陽能子電池202、第二太陽能子