[发明专利]倒装薄膜太阳能电池的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种倒装型薄膜太阳能电池的制备方法。

背景技术

在过去近20年的光伏技术发展进程中，GaAs基III-V族太阳电池技术取得了引人瞩目的里程碑式突破。2007年，GaAs基多结级联太阳电池的高倍聚光系统的转换效率（AM1.5，240suns）可达40.7%，其大规模量产的平均效率已远远高于硅太阳电池，在空间电源领域中占据的应用比例超过了80%，同时，性价比较高的高倍聚光GaAs基多结太阳电池阵列在地面系统也逐渐得以批量应用。可以预见，作为光伏技术的新突破，GaAs基III-V族多结太阳电池有着非常广阔的应用和发展前景。

根据光伏效应原理，单一半导体材料构成的太阳电池，只能将太阳光谱中的一部分光能有效转换成电能，光电转换效率非常有限。因此，以多种带隙宽度不同的半导体材料构成多结级联太阳电池，用各结子电池去吸收与其带隙宽度最为匹配的太阳光谱波段，从而实现对太阳光谱最大化的有效利用，是突破光电转换效率限制的最好途径和必然选择。

多结级联电池的级联方式可分为机械级联和整体级联两种。机械级联是通过金属电极将分别制备的各级子电池逐层叠加，其工艺复杂且可靠性差，不适合大规模生产及空天应用；整体级联是将各级子电池作为一个整体来制备，即在外延生长过程中，在各级子电池之间插入超薄重掺杂的隧道结，利用隧道结的隧穿效应实现子电池间的互联，这是目前普遍采用的级联方式。

多结太阳电池制作过程中，由于III-V化合物半导体衬底材料价格昂贵、密度高、机械强度很低，不利于制备成本低廉、薄型轻质的电池；同时其导热性能也不好，在高倍聚光条件下因温度过高导致效率下降，不利于高效电池的制作。

发明内容

针对上述III-V半导体衬底制备的电池存在成本高、机械强度低、散热性能差等问题，本发明的目的旨在：提供一种倒装薄膜太阳能电池的制作方法，以降低生产成本，改善电池工作状态下的散热性能，提高转换效率。

本发明的上述目的，将通过以下技术方案得以实现：

倒装薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：利用金属有机物化学气相沉积法，在半导体的第一衬底上生长牺牲层，所述牺牲层为III-V族元素组成的单元、两元、三元或四元化合物；

步骤2：在上述牺牲层上生长太阳能电池结构外延层，所述外延层为由Ⅲ-Ⅴ族化合物组成的含有一个以上光伏单元的薄膜；

步骤3：采用物理或化学的方法，在上述外延层的表面和第二衬底的表面分别制备键合/粘附层；

步骤4：将带有键合/粘附层的外延层以倒装方式键合或粘合连接到第二衬底的表面；

步骤5：选择性地去除牺牲层，把第一衬底剥离，在第二衬底上形成倒装结构的太阳能电池。

进一步地，在太阳能电池结构外延层中，所述一个以上光伏单元的种类为叠层PN结、叠层PIN结或两种混用；顺次串联或分组串联。

进一步地，所述倒装薄膜太阳能电池的结构为单结结构，双结级联式结构，双结以上级联式结构，复合双结级联加双结的结构，复合三结级联加单结的结构，复合双结级联加双结级联再加单结的结构，复合三结级联加双结级联加单结的结构，或者复合多结级联加多结级联的结构中的任意一种。

进一步地，所述牺牲层至少为铝砷，铟砷，镓锑，铝镓砷，铝镓锑，镓砷锑，铟铝砷或者铟镓砷中的一种。

进一步地，步骤4中所述键合方式包括金属-金属键合，金属-硅键合，金属-玻璃键合，或者金属-陶瓷键合；并且其中粘合方式包括金属-有机材料或者有机材料-有机材料通过粘合剂粘连。

进一步地，所述第二衬底为具有机械强度的无机或有机片状体，至少包括硅片，玻璃，陶瓷，金属基板，有机衬底，硅胶基板或者石墨片。

本发明制作方法的应用，其较之于现有技术的突出效果为：

一方面通过采用衬底剥离技术，剥离掉的半导体第一衬底可以重复利用，大大降低在III-V族化合物半导体衬底上制备太阳能电池的生产成本；另一方面采用第二衬底有助太阳电池的导热性能，进一步提高光电转换效率，同时还可以增加电池的机械强度，提高成品率。

附图说明

图1是本发明制作方法键合制作的电池剖面示意图。

图2是本发明制作方法粘合制作的电池剖面示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所用试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。