[發明專利]實現光子循環增強的多結太陽電池及其制作方法

有效

• 申請號: 202011372923.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112490301B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李欣益;陸宏波;李戈;張瑋;錢子勍;楊瑰婷;楊丞;鄭奕
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0232;H01L31/0687;H01L31/0725;H01L31/076;H01L31/18
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

1.一種多結太陽電池的制作方法，其特征在于，包括：

1)在支撐襯底上分別制備頂層子電池與底層子電池：通過金屬有機物氣相沉積的方法，分別在GaAs襯底上生長晶格匹配的GaInP/GaAs雙結電池，在InP襯底上生長晶格匹配的InGaAsP/InGaAs雙結電池，其中GaInP/GaAs雙結電池需采用反向生長，即子電池的各功能層的生長順序應與器件中的實際順序相反；

2)分別在各子電池表面光刻柵線圖形，蒸鍍金屬柵線：分別在生長的GaInP/GaAs子電池與InGaAsP/InGaAs子電池表面光刻柵線圖形，為避免二次遮擋，柵線圖形與最終四結太陽電池器件正面電極圖形一致，采用電子束蒸發在光刻后的子電池表面蒸鍍金屬，對于GaInP/GaAs子電池，蒸鍍的金屬使用Pd/Ag/Au，對于InGaAsP/InGaAs子電池，蒸鍍金屬使用AuGeNi/Au/Ag/Au；

3)對蒸鍍的金屬柵線保護后，分別在頂層子電池與底層子電池的表面蒸鍍光學膜層：通過套刻工藝對子電池表面蒸鍍的金屬柵線進行保護，在GaInP/GaAs子電池表面依次蒸鍍SiO_x與HfO_x；在InGaAsP/InGaAs子電池表面依次蒸鍍SiO_x與HfO_x；

4)翻轉頂層子電池，通過頂層子電池表面的金屬柵線進行圖形對準，在預設的溫度與壓力下進行圖形鍵合：翻轉頂層子電池，通過子電池表面的金屬柵線進行圖形對準，在預設的溫度下進行圖形鍵合，鍵合過程中待鍵合樣品兩端保持壓力，鍵合完成后形成“GaAs襯底/GaInP/GaAs//InGaAsP/InGaAs/InP襯底”結構；

5)通過物理或化學的方法移除頂層子電池的支撐襯底，以獲得級聯的多結太陽電池本體：使用氨水、雙氧水、水的混合液，將GaAs生長襯底完全去除，初步獲得InP襯底上的GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四結太陽電池本體；

6)在多結太陽電池本體表面制備正面電極：在四結太陽電池表面光刻正面電極圖形，采用電子束蒸發在光刻后的子電池表面蒸鍍金屬，金屬材料使用AuGeNi/Au/Ag/Au；

7)對正面電極保護后，在多結太陽電池表面蒸鍍減反射膜：通過套刻工藝對四結太陽電池正面電極進行保護，在多結太陽電池表面蒸鍍TiO/SiO雙層減反射膜，厚度分別為44.3nm與76.0nm；

8)在底層子電池的支撐襯底背面蒸鍍金屬材料，形成背面電極：在InP襯底背面通過電子束蒸鍍AuGeNi/Au/Ag/Au材料，形成背面電極。

2.如權利要求1所述的多結太陽電池的制作方法，其特征在于，對蒸鍍的金屬柵線保護后，分別在頂層子電池與底層子電池的表面蒸鍍光學膜層的步驟中，

所述光學膜層材料選擇一種或多種折射率在1.01-1.20、且在多結太陽電池相應波段無吸收的介質材料。

3.如權利要求1所述的多結太陽電池的制作方法，其特征在于，分別在各子電池表面光刻柵線圖形，蒸鍍金屬柵線的步驟中，

所述金屬柵線的結構參數與多結太陽電池的正面電極保持一致，金屬柵線的金屬材料根據頂層子電池的材料進行調整，以不超過0.1mΩ·cm²的接觸電阻率。

4.如權利要求1所述的多結太陽電池的制作方法，其特征在于，所述光學膜層材料為氧化鉿、氧化鉭或氧化硅。

5.如權利要求1所述的多結太陽電池的制作方法，其特征在于，所述光學膜層使用雙層膜層結構，其中，靠近子電池的表面的光學膜層使用折射率略高的材料，靠近空氣的光學膜層使用折射率略低的材料。

6.如權利要求1所述的多結太陽電池的制作方法，其特征在于，在步驟2)中，所述柵線圖形的柵線寬度10μm，柵線間距690μm，柵線高度3μm；

在步驟3)中，在GaInP/GaAs子電池表面依次蒸鍍37.8nm的SiO_x與12.6nm的HfO_x；在InGaAsP/InGaAs子電池表面依次蒸鍍93.15nm的SiO_x與21.4nm的HfO_x；

在步驟4)中，在220℃下進行圖形鍵合，鍵合過程中待鍵合樣品兩端保持4000N的壓力；

在步驟6)中，所述正面電極圖形的柵線寬度10μm，柵線間距690μm，柵線高度5μm。