[發(fā)明專利]一種串聯(lián)式單片集成多結(jié)薄膜太陽能電池的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110054019.0
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102157622A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃寓洋;張耀輝;殷志珍;崔國新;張宇翔;馮成義;李文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種串聯(lián)式單片集成多結(jié)薄膜太陽能電池的制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的量產(chǎn)太陽能電池，主要采用多晶硅、非晶硅等材料制作。由于硅的帶隙只有1.1eV，且屬于間接帶隙半導(dǎo)體材料，故光電轉(zhuǎn)換效率不高，僅有16％左右。若采用多結(jié)形式，通過多結(jié)結(jié)構(gòu)吸收太陽光，則可以大大增加效率，可達(dá)40％以上。

現(xiàn)有多結(jié)太陽能電池均是單個分立結(jié)構(gòu)，輸出電壓只有幾伏，不能滿足高壓應(yīng)用；而且由于使用硬襯底，造成電池是剛性的，不能滿足有弧度表面如氣球、飛艇上的應(yīng)用；除此外造成太陽能電池重量較大，外延層僅有10μm左右有效，而支撐的襯底卻有300-500μm厚，使傳統(tǒng)太陽能電池95％以上的重量是無效的。因此，生產(chǎn)制造一種串聯(lián)式單片集成的多結(jié)太陽能薄膜電池具有現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服以上不足而提供一種串聯(lián)式單片集成的多結(jié)薄膜太陽能電池的制造方法。

為達(dá)到本發(fā)明的目的，這種串聯(lián)式單片集成的多結(jié)薄膜太陽能電池的制造方法，包括以下步驟：

1、太陽能電池外延材料生長環(huán)節(jié)，使用分子束外延或者金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法在襯底上沉積太陽能電池外延材料，太陽能電池外延材料至少包括自襯底往上生成且依次連接的隔離層、下接觸層、隧道結(jié)、多結(jié)p-n結(jié)結(jié)構(gòu)、頂接觸層，此技術(shù)方案能獲得高質(zhì)量的太陽能電池外延材料；

2、使用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)腐蝕出下接觸層臺面，形成單片集成陣列排布的太陽能電池；

3、使用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)將下接觸層臺面刻蝕到下層隔離層，使得相鄰太陽能電池形成良好的電學(xué)隔離；

4、使用沉積方法在太陽能電池外延材料正面生長鈍化絕緣層；

5、在鈍化絕緣層上使用光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)開出電極窗口和入光窗口；

6、使用光刻技術(shù)和鍍膜技術(shù)在電極窗口和鈍化絕緣層上制備電連接層；

7、使用剝離技術(shù)和退火工藝，頂接觸層和下接觸層之間通過電連接層實(shí)現(xiàn)電連接。

太陽能電池外延材料生長環(huán)節(jié)還包括直接生長在襯底之上的腐蝕犧牲層，腐蝕犧牲層位于襯底與隔離層之間。

襯底材料是砷化鎵材料，多結(jié)p-n結(jié)結(jié)構(gòu)是鎵銦磷/砷化鎵雙結(jié)或砷化鎵/鍺雙結(jié)或鎵銦磷/砷化鎵/鍺三結(jié)，頂接觸層和下接觸層是高摻雜的半導(dǎo)體材料，高摻雜的半導(dǎo)體材料是高摻雜的砷化鎵，隔離層是半絕緣半導(dǎo)體或p-n結(jié)隔離，隧道結(jié)是指在下接觸層上生長高摻雜且很薄的p-n結(jié)構(gòu)層。至此形成了自上往下禁帶寬度依次減小的多種半導(dǎo)體p-n結(jié)串聯(lián)的太陽能電池外延材料，能夠?qū)μ柟膺M(jìn)行多次吸收實(shí)現(xiàn)高效率光電轉(zhuǎn)換。

刻蝕技術(shù)是感應(yīng)耦合等離子體刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕或濕法刻蝕或等離子刻蝕。

沉積方法是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積或微波電子回旋共振-化學(xué)氣相沉積。

鈍化絕緣層是納米氧化硅薄膜或納米氮化硅薄膜。

鍍膜技術(shù)是電子束蒸發(fā)蒸鍍或?yàn)R射鍍膜。

利用襯底剝離和薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)結(jié)合該技術(shù)專設(shè)腐蝕犧牲層工藝，將砷化鎵襯底剝離，同時將太陽能電池外延材料轉(zhuǎn)移至柔性薄膜襯底上，太陽能電池外延材料與柔性薄膜襯底的結(jié)合方式可以是范德瓦爾斯力或者粘接劑粘接的方式，柔性薄膜是聚四氟乙烯薄膜或聚酰亞胺薄膜或者鋁箔。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過對太陽光的多次吸收實(shí)現(xiàn)高效率光電轉(zhuǎn)換，僅一次金屬沉積即可完成太陽能電池串聯(lián)連接，可以靈活實(shí)現(xiàn)大范圍電壓輸出和高電壓輸出，滿足有弧度表面如氣球、飛艇上的應(yīng)用，太陽能電池重量大幅度的降低，實(shí)現(xiàn)高效、高壓輸出、輕量和柔性，可以應(yīng)用在航天等專門領(lǐng)域；制作工藝的創(chuàng)新，使得該太陽能電池性價比更高，更具市場競爭力。

附圖說明

圖1是太陽能電池材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是下接觸層臺面刻蝕示意圖。

圖3是太陽能電池臺面隔離刻蝕示意圖。

圖4是p-n結(jié)隔離層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是鈍化沉積與開口示意圖。

圖6是相鄰倆太陽能電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是一字型串聯(lián)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是S型串聯(lián)的太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是黑蠟支撐的太陽能電池材料結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是太陽能電池外延材料與柔性薄膜襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明串聯(lián)式單片集成多結(jié)薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖用實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明：