[發明專利]一種太陽能電池襯底的轉移方法

在審

• 申請號: 202011187739.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112018216A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 吳洪清;米萬里;李俊承;楊文斐;孫志泉
• 申請（專利權）人: 南昌凱迅光電有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 南昌金軒知識產權代理有限公司 36129
• 代理人: 孫文偉

本發明公開了一種太陽能電池襯底的轉移方法，包括以下步驟，S1、電池結構生長，S2、電池外延層、柔性襯底的表面進行金屬鍵合層蒸鍍，S3、臨時襯底制作，S4、臨時襯底鍵合層蒸鍍，S5、襯底轉移，S6、襯底去除，S7、器件制作，S8、退火，S9、臨時襯底轉移，S10、劃片、測試。本發明工藝簡單，操作方便，不僅能有效地解決薄膜電池剝離后臨時鍵合膠粘結不牢問題，帶膠清潔困難，帶膠不易合金退火問題，柔性襯底與外延層膨脹系數不匹配，而引起的電池表面鼓泡、失效的問題，并且能夠降低電池成本，提高了該電池的良品率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池的技術領域，具體為一種太陽能電池襯底的轉移方法。

背景技術

砷化鎵薄膜太陽電池各結電池帶隙較好的匹配全光譜，有助于太陽光的充分吸收，使得其光電轉換效率遠遠領先于其他太陽電池，且其質量輕、易彎曲的特性，受到航天、航空等空間電源系統的高度依賴。平流層飛艇和太陽能無人機，主要用于通訊、資源勘探和軍事偵查等領域，由于其白晝滯空時間長、靈活機動強和覆蓋區域大等需求，砷化鎵薄膜電池作為一個不可替代的選擇。提高砷化鎵太陽電池轉化效率、降低電池面密度、電池成本迫不及待，尤其襯底剝離重復和轉移襯底工藝是當前的一個技術難題，因此各高等院校、研究所、企事業單位以此作為攻關的重點方向。

以下為目前砷化鎵柔性薄膜電池普遍做法，主要步驟如下：

（1）外延生長：

采用MOCVD設備在GaAs襯底上依次生長N-GaAs的緩沖層、AlAs犧牲層、GaInP腐蝕截止層、N-GaAs接觸層、GaInP頂電池、第一隧穿結、GaAs中電池、第二隧穿結、InGaAs底電池和P-InGaAs接觸層完成外延片的生長；

（2）電鍍金屬襯底

將生長好的倒置結構太陽電池經過刻號、清洗，采用磁控濺射或者電子束依次蒸鍍Ti、Pd和Au層打底，再將蒸鍍完的電池表面電鍍沉積一層銅襯底，厚度約20~25um;

（3）襯底剝離：

把鍍銅一面粘合在具有一定支撐力的柔性材料，采用設計的剝離裝置，用氫氟酸水溶液浸泡，腐蝕倒置結構中AlAs犧牲層，直到電池的外延層和襯底完全分離；

（4）臨時鍵合、襯底拋光

將剝離下來的電池片，采用鍵合膠bonding到剛性支撐襯底；分離后的砷化鎵襯底經過研磨粗拋、精拋光以備二次外延生長；

（5）電極制作：

采用負性光刻膠工藝光刻電極柵線圖形，用電子束和熱阻真空蒸鍍的方式，在頂電池歐姆接觸層上制備金屬電極，并通過有機剝離將完成上電極制作；將完成選擇性腐蝕的電池片，采用電子束蒸鍍的方法蒸鍍TiOx/Al₂0₃雙層減反射膜；

（6）解鍵合

芯片器件工藝制作完成，通過加熱或激光解鍵合，分離臨時支撐襯底，清洗干凈以備下一道工序。

（7）退火、劃片、測試完成銅襯底支撐的柔性太陽電池芯片制作；

現有技術缺點在于：

技術步驟（2）中，銅襯底膨脹系數約為電池外延層3倍，且銅厚度較厚，經過高低溫后應力釋放，電池外延層容易碎裂，電池光電性能失效；

技術步驟（3）中，對專業襯底剝離設備依賴很強，目前暫無適合于產業化剝離的設備，剝離時間相當長，大約每片剝離時間6~10小時；另外，剝離時間長電池表面容易受腐蝕，影響產品良品率，不利于規模化生產；