[发明专利]薄膜砷化镓太阳电池衬底复用的衬底保护结构及加工工艺

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种薄膜砷化镓太阳电池衬底复用的衬底保护结构及加工工艺。

背景技术

目前在光伏市场上薄膜太阳能电池的产品类型主要有CdTe薄膜电池、硅基薄膜电池和铜铟镓锡(CIGS)薄膜电池。各种材料薄膜太阳能电池以其特有的优势。砷化镓太阳电池具有高光电转换效率，高重量比功率，耐高温性能好的优点。砷化镓为直接跃迁型材料,吸收95％的太阳光,砷化镓太阳电池只需5～10μm的厚度，可以制成超薄的太阳电池。

虽然薄膜砷化镓太阳电池相比于其他材料的薄膜太阳电池具有最高的光电转换效率，但如今大多数的制作工艺是将砷化镓衬底腐蚀掉来实现外延层的剥离，这就造成了砷化镓衬底的浪费，工艺成本非常的高。衬底复用技术是在外延层和砷化镓衬底之间外延生产一层AlAs的牺牲层，通过使用高选择比的HF腐蚀液腐蚀掉牺牲层，实现外延层的剥离，而砷化镓衬底则可以重复利用。通过衬底的多次复用，有效的降低了薄膜砷化镓太阳电池的成本。但是，在衬底复用的过程中，由于在腐蚀牺牲层的过程中，虽然选取了高选择比的HF腐蚀液，但依然对砷化镓衬底有腐蚀作用，造成衬底表面粗糙度过高，外延生长出来的砷化镓太阳电池晶格缺陷较多，光电转换效率降低。

本发明基于衬底复用薄膜砷化镓太阳电池的加工设备与加工工艺，在AlAs牺牲层和砷化镓衬底之间外延生长多周期的酸性保护层和碱性保护层，用以保护外延层剥离时对砷化镓衬底的破坏。这对降低剥离的砷化镓衬底表面粗糙度，提高复用衬底生产的薄膜砷化镓太阳电池效率非常有益，极大地提升了薄膜砷化镓太阳能电池在空间与地面的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种薄膜砷化镓太阳电池衬底复用的衬底保护结构及加工工艺。该专利基于传统衬底复用薄膜砷化镓太阳电池制作过程中，砷化镓衬底在外延层剥离时受损，表面粗糙度过高等技术瓶颈问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，基于衬底复用薄膜砷化镓太阳电池的加工设备与加工工艺，在AlAs的牺牲层和砷化镓衬底之间外延生长多周期的酸性保护层和碱性保护层，用以保护外延层剥离时对砷化镓衬底的破坏，降低剥离的砷化镓衬底表面粗糙度，提高复用衬底生产的薄膜砷化镓太阳电池效率。本发明所要解决的技术问题是，应用外延生长、化学腐蚀等技术实现一种薄膜砷化镓太阳电池衬底复用的衬底保护结构及加工工艺。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种薄膜砷化镓太阳电池衬底复用的衬底保护结构，包括：GaAs衬底(14)，生长于GaAs衬底(14)上的GaAs缓冲层(13)，生长于GaAs缓冲层(13)上的第五GaInAs酸性保护层(12)，生长于第五GaInAs酸性保护层(12)上的第五GaInP碱性保护层(11)，生长于第五GaInP碱性保护层(11)上的第四GaInAs酸性保护层(10)，生长于第四GaInAs酸性保护层(10)上的第四GaInP碱性保护层(9)，生长于第四GaInP碱性保护层(9)上的第三GaInAs酸性保护层(8)，生长于第三GaInAs酸性保护层(8)上的第三GaInP碱性保护层(7)，生长于第三GaInP碱性保护层(7)上的第二GaInAs酸性保护层(6)，生长于第二GaInAs酸性保护层(6)上的第二GaInP碱性保护层(5)，生长于第二GaInP碱性保护层(5)上的第一GaInAs酸性保护层(4)，生长于第一GaInAs酸性保护层(4)上的第一GaInP碱性保护层(3)，生长于第一GaInP碱性保护层(3)上的牺牲层(2)，生长于牺牲层(2)上的GaAs电池(1)；所述牺牲层(2)为AlAs层或Al_xGa_1-xAs中的一种；其中：

所述GaAs衬底(14)为n型掺杂的GaAs衬底，GaAs衬底(14)的厚度范围为200～700微米，掺杂浓度为1×10¹⁷—1×10¹⁸cm^-3；所述GaAs缓冲层(13)的厚度范围为200～1000nm；

所述第五GaInAs酸性保护层(12)、第五GaInP碱性保护层(11)、第四GaInAs酸性保护层(10)、第四GaInP碱性保护层(9)、第三GaInAs酸性保护层(8)、第三GaInP碱性保护层(7)、第二GaInAs酸性保护层(6)、第二GaInP碱性保护层(5)、第一GaInAs酸性保护层(4)、第一GaInP碱性保护层(3)的厚度范围都是50～200nm；

所述牺牲层(2)的厚度范围为20～100nm。

进一步：0.6≤x。