[發(fā)明專利]多結(jié)太陽能電池裝置的制造

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380017589.X
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN104205364B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 布魯諾·吉瑟蘭;尚塔爾·艾爾納;F·迪姆羅特;A·W·貝特
• 申請（專利權(quán)）人: 索泰克公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0687;H01L31/0304;H01L21/18;H01L21/762;C30B33/06;H01L21/20
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多結(jié)太陽能電池基板的制造，具體地說，涉及包括晶片轉(zhuǎn)移工藝的多結(jié)太陽能電池基板的制造和用于地面和空間相關(guān)的應(yīng)用的太陽能電池裝置的制造。

背景技術(shù)

光伏電池或太陽能電池被設(shè)計為用于將太陽輻射轉(zhuǎn)換為電流。在聚光太陽能光伏應(yīng)用中，入射太陽光在指向太陽能電池之前被光學(xué)集中。例如，入射太陽光由主鏡接收，主鏡向次鏡反射接收到的輻射，次鏡依次向太陽能電池反射輻射，太陽能電池通過在III-V族半導(dǎo)體或單晶硅中產(chǎn)生電子-空穴對將集中的輻射轉(zhuǎn)換為電流。另選地，太陽光可以通過利用如菲涅爾(Fresnel)透鏡的透射光學(xué)器件集中到太陽能電池上。

因為不同的半導(dǎo)體材料組成對于不同波長的入射太陽光顯示出最佳吸收，所以提出了多結(jié)太陽能電池，例如，該多結(jié)太陽能電池包括三個電池，這三個電池在不同波長范圍中顯示最佳吸收。例如，三電池結(jié)構(gòu)可以包括間隙值為1.8eV的GaInP頂電池層、間隙值為1.4eV的GaAs中間電池層和間隙值為0.7eV的Ge底電池層。原則上，III-V族或IV族半導(dǎo)體可以用作通過層轉(zhuǎn)移/結(jié)合而制造的多結(jié)電池裝置的有源子電池。多結(jié)太陽能電池通常由單片式外延生長來制造。單片式生長工藝通常要求任何形成的層是基本與之前形成的層或底層基板匹配的晶格。然而，在所生長的基板上的太陽能電池層的外延生長仍然存在晶格失配的棘手問題。例如，因為InP太陽能電池層的結(jié)晶和光學(xué)特性會由于晶格誤配而嚴(yán)重劣化，所以不適合在Ge基板上外延生長InP太陽能電池層。另外，在通常使用的轉(zhuǎn)移工藝中，中間基板在轉(zhuǎn)移外延生長層之后被丟棄。

由此，不管目前的工程進展如何，仍然需要一種多結(jié)太陽能電池裝置的改進制造工藝，在該工藝中，實現(xiàn)具有低缺陷率的太陽能電池層并且可以循環(huán)使用中間基板。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了上述需求，因此提供了一種用于制造多結(jié)太陽能電池裝置的方法，該方法包括以下步驟：

設(shè)置第一基板；

設(shè)置具有下表面和上表面的第二基板；

在第一基板上形成至少一個第一太陽能電池層，以獲得第一晶片結(jié)構(gòu)；

在第二基板的上表面上形成至少一個第二太陽能電池層，以獲得第二晶片結(jié)構(gòu)；

將第一晶片結(jié)構(gòu)結(jié)合到第二晶片結(jié)構(gòu)，其中，至少一個第一太陽能電池層結(jié)合到第二基板的下表面；以及

去除/分離第一基板。

由此，所得到的結(jié)構(gòu)在第二基板的任意一側(cè)(分別是上表面和下表面)上包括至少一個太陽能電池層。與現(xiàn)有技術(shù)不同，第二基板的任意一側(cè)上的太陽能電池層不都由外延沉積提供，還可以通過結(jié)合來提供。因為第二基板的表面可以在結(jié)合之前被拋光，所以可以高質(zhì)量地實現(xiàn)，具體地，與在兩個(外延生長)太陽能電池層處結(jié)合相比，可以以更好的質(zhì)量實現(xiàn)結(jié)合。將第一晶片結(jié)構(gòu)結(jié)合到第二晶片結(jié)構(gòu)的步驟可以是在大約400℃至大約600℃(具體地，在450℃到550℃之間)的溫度執(zhí)行的高溫結(jié)合，從而能夠可靠結(jié)合。如下文將說明的，第二基板可以是大約100微米(例如，大約200微米)的相對薄的基板，并且對于某些波長的入射太陽光是透明的。具體地，第二基板可以由GaAs制成或包括GaAs。

第一基板可以以加工基板(具體地，包括藍(lán)寶石)的形式設(shè)置。

術(shù)語“加工基板”包括與僅純塊狀基板(pure bulk substrate)不同的基板，而是包括形成在基板中的層或界面，以便于從由第一晶片結(jié)構(gòu)和第二晶片結(jié)構(gòu)的結(jié)合而得到的結(jié)構(gòu)去除該層或界面。具體地，“加工基板”可以包括晶種層與底基板之間的拉鏈層(zipper layer)。具體地，加工基板可以包括在去除加工基板的步驟中從晶種層分離的底基板。

利用拉鏈層的分離允許循環(huán)使用所分離的基板。

在本申請中，“加工基板的分離”的表達(dá)應(yīng)當(dāng)被解釋為底基板的分離。該分離步驟可以在去除拉鏈層的可能的殘留物(若有的話)和從殘留結(jié)構(gòu)去除晶種層之前。

拉鏈層可以是限定上晶種層和下底基板的、例如通過合適的處理(例如，在基板中進行氫離子注入或氦離子注入)而形成的弱化層。

拉鏈層可以通過在底基板的表面處進行陽極蝕刻、由多孔埋層形成。然后，可以在多孔層的頂部上執(zhí)行晶種層的外延生長。

拉鏈層可以以吸收層的形式設(shè)置，用于在外延工序(Si矩陣中的SiGe，具體地，Si基板中20％的SiGe中間應(yīng)變層)期間在中間應(yīng)變層中進行激光剝離、化學(xué)剝離或機械分離。在該另選方案中，拉鏈層可以由晶種層本身形成，例如，晶種層可以選擇性且化學(xué)性地蝕刻開去，以分離加工基板。