专利名称：一种太阳电池芯片背电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及光电池电极，特别应用于聚光型光伏发电系统的一种太阳电池 芯片背电极的制备方法。
将旦仕士
用于高倍聚光型光伏发电系统所用光电池一般为高效化合物半导体太阳电
池，如m—v族单结、多结太阳电池。化合物半导体太阳电池一般采用气相外
延技术或者液相外延技术在Ge、 Si、 GaAs或YP等衬底上依次外延太阳电池各 层结构，然后利用外延好结构的太阳电池外延片制备成太阳电池芯片。如图1 为一般化合物太阳电池芯片结构示意图，太阳电池芯片在表面和背面分别制备 上了金属的表面电极1和背电极4 (层状结构相连接方式)，太阳电池芯片包括 厚厚的衬底层3和电池层2，电池层可以是单结也可以是多结。对于很多用于太 阳电池的直接带隙化合物来说，太阳光的吸收深度很浅，因此有效电池层的厚 度相对衬底来说非常薄，进入太阳电池的太阳光基本上都被电池层所吸收，电 池层把其中一部分转换成电能，另外一部分转换成热能使得太阳电池温度升高， 光电转换效率严重下降，其严重程度足以使太阳电池片烧毁。太阳电池芯片上 的背电极一面封装在热沉基板上，热量通过衬底导向背电极和热沉基板，因此 衬底的导热性能很大程度影响太阳电池芯片的散热；因此就目前聚光型太阳电 池而言，太阳电池的散热不佳引起光电转换效率低下的问题避亟待解决。
根据热传导的基本公式Q二K.A， AT/AL (其中Q代表热传导的热量、K为 材料的热传导系数、A代表传热的面积(或两物体的接触面积)、AT代表两端的温度差、AL则是两端的距离)可知，制约衬底的导热性能除了本身的导热系数 以外，衬底的厚度也是其中的重要因素。据此上述公式，热量传递的大小同热 传导系数、热传热面积成正比，同距离成反比。热传导系数越高、传热面积越 大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量(即散 热越快)，因此在芯片尺寸一定、衬底的热传导系数无法改变的情况下尽量縮短 热传递的距离即可达到快速散热的目的；但如果单纯的减薄衬底厚度会使得太 阳电池片过薄而在其他工艺过程中容易发生破片，使得产品良率大大降低；而 衬底太厚却会增加太阳电池芯片的串联电阻，影响太阳电池芯片的填充因子， 降低太阳电池芯片的光电转换效率。
发明内容
为解决上述聚光型光伏发电系统所用光电池的散热和光电转换效率问题， 本发明旨在提出在不改变太阳芯片的厚度情况下，縮短其热传导通道并同时提 高其光电转换效率的一种太阳电池芯片背电极的制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为 一种太阳电池芯片背电极的制备 方法，其特征在于-
① 在太阳电池芯片的衬底背面蚀刻出若干个槽深为20um 150um的非连续性 凹槽；
② 在衬底背面通过金属蒸镀工艺蒸镀背电极金属，该金属在凹槽中的部分与在 衬底背面的部分一体成型为背电极。
本发明的太阳电池芯片为单结或多结化合物太阳电池芯片，其衬底较厚， 可制作较深的电极凹槽而不会破坏到芯片的P-N结；在衬底蚀刻凹槽之前，先
在衬底表面通过光刻工艺形成图案；衬底凹槽图案，其形状、大小和排列方式是规则或不规则的；本发明的凹槽蚀刻工艺采用干法蚀刻或湿法蚀刻；本发明 的背电极也可采用溅射或电镀背电极金属的工艺在衬底的背面形成。
与传统太阳电池芯片的电极制备相比本发明的有益效果是
① 本发明对于衬底的光刻的精度要求不高，衬底背面凹槽图案的形状、大小和 排列方式都没有特别要求；
② 本发明中凹槽蚀刻深度较深，为了缩短导热通道要求蚀刻深度至少几十微米， 凹槽不是细长型的，只是在衬底一定位置蚀刻出的凹槽(坑洞)，衬底强度基 本没有改变使得在其他工艺过程中不容易发生破片；
③ 本发明主要针对的是用于聚光型光伏发电系统化合物太阳电池芯片，在聚光 条件下导热通道更短，使得衬底的热量更快地被传导出去；
其他类型太阳电池芯片电极制备工艺上刻的沟槽工艺，由于衬底沟槽深度只
有几微米，实际上对于散热的影响非常小，起不到本发明达到的优良效果。
图1为传统化合物太阳电池芯片结构示意图； 图2为利用本发明方法制备的的太阳电池芯片结构示意图； 图3为本发明方法工艺衬底上蚀刻的凹槽示意图； 图中l.表面电极；2.电池层；3.衬底；4.背电极；5.凹槽；
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图2所示，本发明的聚光型太阳电池芯片为单结或多结化合物太阳电池 芯片；太阳电池芯片包括厚厚的衬底3层和电池层2，电池层2可以是单结也可 以是多结，电池芯片的电池层2上制备有表面电极1;在太阳电池芯片的衬底蚀刻凹槽5之前，先在衬底3表面涂覆光刻胶涂层，然后在光刻胶涂层上制备 光罩，通过光刻工艺在衬底3表面形成凹槽5图案，然后在太阳电池芯片的衬 底3背面蚀刻出若干个槽深为20li m 150 ii m的非连续性凹槽5，凹槽5蚀刻工 艺优先采用干法蚀刻，如图3所示，本发工艺的衬底3凹槽图案，其形状、大 小和排列方式是规则或不规则的，凹槽5越小排列越密越好；然后在衬底3背 面通过金属蒸镀工艺蒸镀背电极金属，该金属在凹槽中的部分与在衬底背面的 部分一体成型为背电极4，本发明的背电极4也可采用溅射或电镀背电极金属的 工艺在衬底的背面形成。
本发明衬底的凹槽5图案的形状、大小和排列方式是规则或不规则的，因 此工艺精度低；本发明的凹槽5较深，凹槽5中的金属电极可縮短衬底3的导 热通道，且密集凹槽的的金属电极使得太阳电池芯片的串联电阻大大降低，并 使衬底3的热量可被快速传导出来，提高聚光型太阳电池芯片的光电转换效率。
目前在其他类型(非化合物太阳电池芯片)的太阳电池芯片电极制备工艺 上有刻沟槽的工艺，特别是栅电极的制备上，为了使得栅电极遮光面积减小， 其栅电极窄细(宽度只有几微米)，而为提高其可焊性和降低串联电阻又要求栅 电极较厚，这给栅电极的制备工艺带来了困难。利用刻沟槽工艺事先在电池片 上刻出几微米深的细长沟槽，利用光刻、金属蒸镀及剥离等工艺，使得金属栅 电极制备在沟槽中，从而实现栅电极窄细和需要的厚度，其并没有解决芯片衬 底的热传导通道的縮短而提高其散发性能，亦没有改变芯片的串联电阻的阻值。 因此这种利用窄细沟槽来制备栅电极的方法和本发明相比较，不管是制备工艺 的要求、目的或是最终要达到的效果都有较大的区别。
权利要求
1. 一种太阳电池芯片背电极的制备方法，其特征在于①在太阳电池芯片的衬底背面蚀刻出若干个槽深为20μm～150μm的非连续性凹槽；②在衬底背面通过金属蒸镀工艺蒸镀背电极金属，该金属在凹槽中的部分与在衬底背面的部分一体成型为背电极。
2. 根据权利要求l所述的一种太阳电池芯片背电极的制备方法，其特征在于-所述的太阳电池芯片为单结或多结化合物太阳电池芯片。
3. 根据权利要求l所述的一种太阳电池芯片背电极的制备方法，其特征在于 在衬底蚀刻凹槽之前，先在衬底表面通过光刻工艺形成图案；衬底凹槽图案， 其形状、大小和排列方式是规则或不规则的。
4. 根据权利要求1或2所述的一种太阳电池芯片背电极的制备方法，其特征在 于凹槽蚀刻工艺采用干法蚀刻或湿法蚀刻。
5. 根据权利要求l所述的一种太阳电池芯片背电极的制备方法，其特征在于 背电极也可采用溅射或电镀背电极金属的工艺在衬底的背面形成。
全文摘要
本发明公开的一种太阳电池芯片背电极的制备方法，在太阳电池芯片的衬底背面蚀刻出若干个槽深为20μm～150μm的非连续性凹槽；然后在衬底背面通过金属蒸镀工艺蒸镀背电极金属，该金属在凹槽中的部分与在衬底背面的部分一体成型为背电极；在化合物太阳电池芯片的衬底背面蚀刻出若干个槽深较深、形状、大小和排列方式是规则或不规则的非连续性凹槽，通过蒸镀工艺使电极金属的凹槽填满并和衬底背面蒸镀的电极金属部分一体成型为背电极，在不改变衬底厚和降低衬底强度的情况下，由于衬底凹槽中金属电极密集，在缩短其内部的导热通道的同时，亦使芯片的串联电阻大大降低，因此大大提高了太阳电池芯片的散热性能和光电转换效率。
文档编号H01L31/18GK101488535SQ200810158150
公开日2009年7月22日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者吴志强, 明 孙, 林科闯, 黄生荣 申请人:厦门市三安光电科技有限公司