[发明专利]一种太阳能电池衬底的转移方法

说明书

本发明公开了一种太阳能电池衬底的转移方法，包括以下步骤，S1、电池结构生长，S2、电池外延层、柔性衬底的表面进行金属键合层蒸镀，S3、临时衬底制作，S4、临时衬底键合层蒸镀，S5、衬底转移，S6、衬底去除，S7、器件制作，S8、退火，S9、临时衬底转移，S10、划片、测试。本发明工艺简单，操作方便，不仅能有效地解决薄膜电池剥离后临时键合胶粘结不牢问题，带胶清洁困难，带胶不易合金退火问题，柔性衬底与外延层膨胀系数不匹配，而引起的电池表面鼓泡、失效的问题，并且能够降低电池成本，提高了该电池的良品率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，具体为一种太阳能电池衬底的转移方法。

背景技术

砷化镓薄膜太阳电池各结电池带隙较好的匹配全光谱，有助于太阳光的充分吸收，使得其光电转换效率远远领先于其他太阳电池，且其质量轻、易弯曲的特性，受到航天、航空等空间电源系统的高度依赖。平流层飞艇和太阳能无人机，主要用于通讯、资源勘探和军事侦查等领域，由于其白昼滞空时间长、灵活机动强和覆盖区域大等需求，砷化镓薄膜电池作为一个不可替代的选择。提高砷化镓太阳电池转化效率、降低电池面密度、电池成本迫不及待，尤其衬底剥离重复和转移衬底工艺是当前的一个技术难题，因此各高等院校、研究所、企事业单位以此作为攻关的重点方向。

以下为目前砷化镓柔性薄膜电池普遍做法，主要步骤如下：

（1）外延生长：

采用MOCVD设备在GaAs衬底上依次生长N-GaAs的缓冲层、AlAs牺牲层、GaInP腐蚀截止层、N-GaAs接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P-InGaAs接触层完成外延片的生长；

（2）电镀金属衬底

将生长好的倒置结构太阳电池经过刻号、清洗，采用磁控溅射或者电子束依次蒸镀Ti、Pd和Au层打底，再将蒸镀完的电池表面电镀沉积一层铜衬底，厚度约20~25um;

（3）衬底剥离：

把镀铜一面粘合在具有一定支撑力的柔性材料，采用设计的剥离装置，用氢氟酸水溶液浸泡，腐蚀倒置结构中AlAs牺牲层，直到电池的外延层和衬底完全分离；

（4）临时键合、衬底抛光

将剥离下来的电池片，采用键合胶bonding到刚性支撑衬底；分离后的砷化镓衬底经过研磨粗抛、精抛光以备二次外延生长；

（5）电极制作：

采用负性光刻胶工艺光刻电极栅线图形，用电子束和热阻真空蒸镀的方式，在顶电池欧姆接触层上制备金属电极，并通过有机剥离将完成上电极制作；将完成选择性腐蚀的电池片，采用电子束蒸镀的方法蒸镀TiOx/Al₂0₃双层减反射膜；

（6）解键合

芯片器件工艺制作完成，通过加热或激光解键合，分离临时支撑衬底，清洗干净以备下一道工序。

（7）退火、划片、测试完成铜衬底支撑的柔性太阳电池芯片制作；

现有技术缺点在于：

技术步骤（2）中，铜衬底膨胀系数约为电池外延层3倍，且铜厚度较厚，经过高低温后应力释放，电池外延层容易碎裂，电池光电性能失效；

技术步骤（3）中，对专业衬底剥离设备依赖很强，目前暂无适合于产业化剥离的设备，剥离时间相当长，大约每片剥离时间6~10小时；另外，剥离时间长电池表面容易受腐蚀，影响产品良品率，不利于规模化生产；