[发明专利]基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子的技术领域，尤其是指一种基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法。

背景技术

传统化石燃料对环境造成的危害日益突出，全世界都将目光投向了可再生能源，这其中太阳能以其无污染，取之不尽，用之不竭的优势而成为人们重视的焦点。在众多的半导体材料中，砷化镓具有较高的光吸收系数，更重要的是其能带可以与太阳光谱有很好的匹配，因而砷化镓太阳能电池成为人们的研究热点。但单结砷化镓太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转化效率受到限制，若采用不同带隙宽度的半导体材料制成多结电池，使其分别性选择吸收不同波段的光谱，则可以大幅提高太阳能电池的转化效率。在聚光下，基于锗衬底的晶格匹配(lattice matched)三结砷化镓太阳能电池的转换效率已达41.6％。而据理论计算，基于外延渐变缓冲层(grade buffer)技术的IMM(inverted metamorphic)结构三结太阳能电池的转换效率能提高至43.26％，双渐变层技术的四结IMM结构甚至能提升至47.87％。

而制备IMM结构太阳能电池时，衬底去除技术是其关键一步。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法，成品制备率高，且衬底可回收利用。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池，包括有GaAs衬底，在所述GaAs衬底上按照层状叠加结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层、N型欧姆接触层、多结子电池、P型欧姆接触层，形成有外延层结构，其中，所述AlAs牺牲层能在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化生长成AlxOy，从而改变牺牲层材料性质，使得牺牲层容易产生裂痕，进而可在外力或者酸性溶液的作用下致使GaAs衬底与外延层结构分开。

所述AlAs牺牲层的厚度为1μm～1.2μm。

所述多结子电池的每结电池单元均从下至上依次包括有窗口层、发射区、基区、背场区，其中，至少一结电池单元生长于渐变缓存层之上，各结电池单元由下至上带隙依次减小，各结电池单元之间均通过隧道结相连。

本发明所述的基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在所述GaAs衬底上利用MOVCD的外延生长办法按照层状结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层、N型欧姆接触层、多结子电池、P型欧姆接触层，形成有外延层结构；

2)在所述P型欧姆接触层上利用光刻胶剥离技术制备P型金属电极；

3)利用湿法腐蚀技术或ICP刻蚀技术将外延层刻蚀至GaAs衬底，露出AlAs牺牲层；

4)将制备出的P型金属电极对准至事先准备好的基座，通过键合的方式倒扣至基座上；

5)将倒扣有P型金属电极的基座移至氧化炉内，通入N₂，在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化AlAs牺牲层；

6)氧化完毕，若GaAs衬底还未完全脱落，则可通过外力或者将其放人酸性溶液内，完成衬底剥离，回收利用；

7)在N型欧姆接触层上制备N型电极，至此便完成IMM结构三结太阳能电池的制备。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

利用AlxGa1-xAs材料的湿氧氧化反应强烈依赖于Al组分的特点，将1μm～1.2μm的AlAs牺牲层在450度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，牺牲层氧化生长AlxOy，改变牺牲层材料性质，和上下界面产生裂痕，在轻微外力作用或酸性溶液的作用下致使衬底和外延层结构分开，进而制备IMM结构太阳能电池，同时，衬底可回收利用。

附图说明

图1为本发明所述IMM结构太阳能电池的结构示意图。

图2为IMM结构三结太阳能电池的制备示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。