[0031]在真空度为1.0父10_^1的、压力70001^/0112、温度320°〇的条件下，通过金属键合层302将外延片与转移Si衬底301压合在一起。键合时，采用的是Au-Au键合，即金属与金属贴合在一起。
[0032]5、衬底去除。
[0033]使用NH4OH与H2O2的混合液腐蚀掉键合后的GaAs衬底101和缓冲层102，此反应是放热化学反应，所以腐蚀全程使用循环冷却水进行降温，温度保持在40~50°C。为了达到反应速率与温度控制之间的平衡，所以混合液中NH4OH与H2O2按体积比为1:10进行混合。
[0034]6、截止层去除。
[0035]GaAs衬底101去除后，表面的腐蚀截止层103显露出来，需要使用HCl进行去除。直接使用盐酸进行去除腐蚀截止层103，显露出接触层104。
[0036]7、主电极图形制作。
[0037]使用负胶制作电极图形，原因是负胶粘度较大，使用旋涂工艺匀胶容易得到比较厚的胶。对蒸镀后的剥离工艺有较大帮助。负胶粘度为120泊，转速为第一转500转/min，第二转1000转/min。第一转为低速运转，目的是把光刻胶均匀的分布于整个表面，第二转为高速运转，目的是结合旋转时间控制光刻胶的厚度。第一转的时间为10s，第二转的时间为80s。匀胶结束后，放入100°C的烤箱，进行烘烤30min，蒸发掉多余的水分。烘烤后使用波长为365nm的紫外线曝光6s，辐照剂量为8.5mff/cm2 S，然后放入100°C的烤箱，进行烘烤30min，使光刻胶变性。之后使用质量分数为2%的KOH溶液进行显影，根据负胶的特性，没有背光照射的部分，会在显影液中溶解，所以在显影后，表面就会留下所需的两个主电极图形(有一些大尺寸电池，可能需要制出三个主电极)。显影之后，还需要进行冲水，由于表面还有部分光刻胶，此时不能够再进入烤箱进行烘烤，所以使用高速旋干机进行高速旋干。高速旋干机转速为1800转/min。
[0038]8、主电极蒸镀。
[0039]在利用负性光刻胶制作出电极图形后，利用电子束蒸发技术，将主电极303蒸镀上去。最后使用剥离技术，制备出两个主电极。电极金属包括Au、AuGeNi合金、Ag。其中具体结构为 Au/AuGeNi/Au/Ag/Au，厚度分别为 500A/2000A/1000A/44000A/3000A，整体厚度为5 μπι。其中Au的镀率控制在5A/s，AuGeNi为合金形式，采用鹤舟热阻进行蒸发。Ag的镀率控制在30A/s。
[0040]9、电极剥离。
[0041]使用剥离技术，将蒸镀在光刻胶上面的金属利用丙酮溶液溶解掉，剩背面金属电极。
[0042]10、选择性腐蚀。
[0043]使用的化学溶液为柠檬酸与双氧水的混合水溶液，其混合体积比为1: 2，恒定温度为35°C。目的是去除表面电极之间的N-GaAs接触层104。这种柠檬酸与双氧水的混合水溶液，在35°C的条件下，对GaAs和AlGaInP有很好的选择比，能够迅速的腐蚀掉N型GaAs接触层104而不腐蚀N型GaAs接触层104下面的AlGaInP的粗化层105。
[0044]11、表面粗化。
[0045]使用的粗化溶液为盐酸、磷酸、水的混合溶液，其混合体积比为1:2:5。当电池片浸泡在混合液中时，利用不同晶向腐蚀速率的差异，对电池表面AlGaInP粗化层105进行粗化。粗化时间为2min，腐蚀后的表面呈现出“金字塔”的形貌，“金字塔”高度约为5000A-7000A.，底部直径约为 5000A~7000A。
[0046]12、减反射膜蒸镀。
[0047]在粗化后的电池芯片表面，使用电子束蒸发的方法，均匀地蒸镀上减反射膜304。减反射膜304的结构为三层，依照蒸镀次序先后为Ti02/Ta205/ Al2O3的结构，厚度分别为为450A 的 1102和 150 A Ta 205和 800 A 的 Al 203。
[0048]13、减反射膜蚀刻。
[0049]利用光刻掩膜的技术，将电池芯片上面主电极303部分的减反射膜蚀刻掉，便于后续封装工艺焊线。除去出主电极303的部分，则在蚀刻时，用光刻胶保护起来。蚀刻减反射膜使用的溶液为HF、NH4OH, H2O的混合液，配比为1:3.5:5.5。蚀刻时间为90s。
[0050]14、背电极蒸镀。
[0051]在转移衬底301的背面制作出背电极305，背电极305包括Ti，Pd、Ag、Au，厚度分别为 1000A/1200A/25000A/3000A，背电极 305 的厚度为 3 μπι。
[0052]15、划片。
[0053]根据芯片的具体形状，使用切割机将芯片从晶圆上面切割下来。
[0054]16、断面腐蚀。
[0055]因为切割会有切割碎肩附着在芯片的侧面。所以使用柠檬酸与双氧水的混合水溶液对侧面进行腐蚀，其混合体积比为1:1:2，恒定温度为40°C。腐蚀时间为3min。这样会防止侧面漏电的发生。腐蚀时，电池表面会涂上一层光刻胶进行保护正面。腐蚀结束后，光刻胶会使用热丙酮溶液进行去除。热丙酮溶液温度设定为45°C。
[0056]16、测试。
[0057]在AMO的条件下，使用太阳模拟器对电池进行性能测试。
[0058]二、形成的产品结构特点:
如图3所示，在背电极305上依次设置转移Si衬底301、金属键合层302、P型GaAs接触层 111、InGaAs 底电池(Bottom cell) 110、隧穿结二 109、GaAs 中电池(Middle cell) 108、隧穿结一 107、GaInP顶电池(Top cell) 106、AlGaInP粗化层105，在部分AlGaInP粗化层105上分别通过两个N型GaAs接触层104设置两个主电极303，在两个主电极303之间均匀分部若干具有“金字塔”状上表面的AlGaInP粗化层105，在“金字塔”状上表面的AlGaInP粗化层105上设置减反射膜304。
[0059]整个器件为垂直导电结构，整体上看，为上N下P的半导体器件。
【主权项】
1.一种具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池，在Si衬底一侧设置背电极，在Si衬底另一侧通过接触层设置由底电池、中电池和顶电池构成的外延片，主电极通过图形化的接触层设置在顶电池上，其特征在于在外延片的顶电池外设置表面粗化层，在表面粗化层上设置减反射膜。
2.根据权利要求1所述具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池，其特征在于所述表面粗化层的上表面为若干的金字塔形。
3.—种如权利要求1所述一种具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)在临时衬底上制备由底电池、中电池和顶电池构成的电池外延片: 在GaAs临时衬底上面，依次生长N型GaAs的缓冲层、GaInP腐蚀截止层、N型GaAs接触层、AlGaInP粗化层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P型GaAs接触层； 2)准备转移Si衬底: 选取导电类型为P型的转移Si衬底，经清洗备用； 3)在电池外延片的底电池背部和转移Si衬底正面，分别通过电子束依次蒸镀T1、Pt和Au层，再将电池外延片与转移Si衬底进行金属键合； 4)采用碱性腐蚀液去除金属键合后的电池外延结构上的临时衬底； 5)在顶电池上制备主电极，在转移Si衬底上制备背电极； 6)对主电极之间的AlGaInP粗化层进行粗化； 7)在粗化后的AlGaInP粗化层表面制作减反射膜。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤I)中，AlGaInP粗化层的厚度为2 μπι。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在所述步骤2)中，先以浓硫酸与双氧水的混合水溶液浸泡转移Si衬底5min，然后再使用氢氟酸稀释液浸泡lmin，最后使用盐酸与双氧水混合水溶液浸泡3min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在所述步骤3)中，蒸镀的T1、Pt和Au层的总厚度不低于彡1.5 μπι。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在所述步骤6)中，粗化溶液为盐酸、磷酸和水的混合溶液，盐酸、磷酸和水的混合体积比为1:2: 5。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于在所述步骤7)中，减反射膜采用T1JTa2O5/ Al2O3的三层结构，厚度为 450Α 的 T1 2和 150 A Ta 205和 800 A 的 Al 203。
【专利摘要】一种具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池及其制备方法，涉及多结太阳能电池制备技术领域，对主电极之间的AlGaInP粗化层进行粗化，在粗化后的AlGaInP粗化层表面制作减反射膜。本发明采用倒装结构电池，提高太阳电池的开路电压，电池效率能够达到31.5%~32%，在电池受光面作出粗化图形，并且通过导电的Si衬底与电极使整个结构为电流垂直结构，在保持上下导通的基础上可以直接应用于目前成熟的封装技术，并且适用于不同形状的组件。本发明提高了整个电池的短路电流密度，短路电流密度Jsc可以达到17.5mA/cm2。
【IPC分类】H01L31-0216, H01L31-0687, H01L31-18, H01L31-0693, H01L31-0236
【公开号】CN104733556
【申请号】CN201510143508
【发明人】李俊承, 韩效亚, 杨凯, 林洪亮, 徐培强, 白继峰, 张双翔, 王英
【申请人】扬州乾照光电有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月30日