[發明專利]用于太陽電池表面抗反射的蛾眼結構的制備方法

無效

• 申請號: 201010573806.1
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102097535A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 陳熙;樊中朝;李寧;宋國鋒;陳良惠
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216;G03F7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及半導體光電器件技術領域，尤其涉及到用于太陽能電池表面抗反射的蛾眼結構的制備方法。

背景技術

太陽光從空氣進入半導體層，空氣折射率為1，而半導體材料如GaAs，Si折射率在3以上，因而界面處會形成大折射率階躍，由此產生的Fresnel反射會損耗30％以上的能量。目前通用的解決方法是采用1/4λ波長的介質膜作為抗反射層，但其帶寬有限；多層介質抗反射層具有寬光譜抗反射效果，但受限于各層材料折射率的選擇與匹配，膜層邊界的熱膨脹系數不同，以及膜層界面出現的材料擴散等問題，器件可靠性與穩定性不佳，特別是當工作在極端條件下，如極高溫度，此類問題尤為突出。受自然界蛾眼結構寬光譜抗反射功能的啟發，我們提出將制備類蛾眼結構，將其作為抗反射層用于太陽能電池，以提高對光的吸收并增大電池光電轉換效率。蛾眼結構實際是一種二維亞波長雙周期納米結構，側壁傾斜，可以等效為具有漸變折射率的抗反射層。其亞波長的性質，使得光入射時僅存在零級反射光，進一步地抑制了反射，且這一性質在變角度入射時尤為明顯，使反射譜對入射角度的變化不敏感。蛾眼抗反射結構與多層膜系的抗反射結構相比，具有更高的可靠性，因為其與器件的下層材料同質，不存在材料的熱膨脹系數不匹配以及界面擴散問題，尤其適合于在極端條件下，如太空中工作。

因我們面向的對象是太陽光譜，所制備的蛾眼結構的周期須比太陽光譜的下限-350nm要小。制備如此尺度下的周期性結構，可以用電子束曝光，聚焦離子束刻蝕來實現。他們雖然有極高的分辨率和圖形制作自由度，但產率很低，并不適合大規模工業化生產。納米壓印技術雖然不存在這個問題，但其所使用的模板，需要通過其他微納加工技術先制作出來。自組織生長技術效費比高，但其長程周期性較差，且對不同的半導體襯底不具有通用性。干涉曝光技術被認為是制備大面積周期性納米結構最為有效，最為經濟的方法之一，并已廣泛用于商用DFB激光器選模光柵的制備當中。

為了制備能夠用于太陽能電池上的蛾眼抗反射結構，需要刻蝕深度大于300nm，為了實現這一點，需要制備的圖形排列緊密。此外要求其側壁傾斜以形成漸變折射率分布。這些均對制備方法和工藝技術提出了很高的要求。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種用于太陽電池表面抗反射的蛾眼結構的制備方法，其是利用雙光束干涉曝光，結合兩次曝光的獨特的光強分布以及光刻膠的非線性曝光響應效應，制備二維周期光刻膠掩膜。特別的，與傳統的干涉曝光制備的光刻膠點陣相比，所制備的贗菱形陣列光刻膠掩膜具有更大的占空比，利用其干法刻蝕得到的菱錐形蛾眼結構，通過理論與實驗證明，比由圓形點陣光刻膠掩膜刻蝕出的傳統圓錐形蛾眼結構，具有更優異的抗反射效果。

本發明提供一種用于太陽電池表面抗反射的蛾眼結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：取一太陽能電池所用的外延片，對外延片進行清洗；

步驟2：在外延片上旋涂光刻膠；

步驟3：對光刻膠進行前烘，形成樣品；

步驟4：采用雙光束干涉曝光設備，對樣品兩次曝光、顯影，形成二維周期光刻膠掩膜圖形；

步驟5：對顯影后的樣品進行后烘；

步驟6：對樣品進行干法刻蝕；

步驟7：去除光刻膠掩膜圖形，完成蛾眼結構的制備。

本發明的有益效果，具體如下：

雙光束干涉曝光制備亞波長尺度光刻膠掩模圖樣，與其他微納加工技術相比，具有低成本，大面積，高產率的明顯優勢，更適合工業化生產。此外利用本專利提出的“贗菱形”光刻膠掩膜技術和“光刻膠擴展”技術，能夠克服傳統干涉曝光只能制備低占空比圖形的缺點，得到大占空比的密集排列圖形，有利于進一步地抑制界面反射。因為蛾眼增透抗反射結構需要有足夠的深度，而周期也是亞太陽能光譜尺度，濕法腐蝕無法達到所需要的結構深度，所以采用感應耦合等離子體干法刻蝕，并最終得到了高深寬比的蛾眼結構。經實際測試表明，在近垂直入射情況下均能實現很好的抗反射效果，尤其是在AM1.5光譜平均反射率僅為1.1％。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術特征，結合以下附圖，對本發明作一詳細的描述，其中：

圖1是用于太陽能電池表面抗反射的蛾眼結構的工藝流程圖；

圖2(a)是菱錐形蛾眼抗反射結構圖；

圖2(b)是圓錐形蛾眼抗反射結構圖；

圖3是兩次雙光束干涉曝光在光刻膠表面形成的曝光劑量等高圖；

圖4是8度角入射條件下的圓錐形蛾眼結構的反射譜圖；

圖5是8度角入射條件下的菱錐形蛾眼結構的反射譜圖；

圖6是8度角入射條件下的大占空比菱錐形蛾眼結構的反射譜圖。