太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体太阳能电池领域，涉及倒装多结太阳能电池芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]II1-V族化合物半导体砷化镓及其基系多种材料构成的多结太阳能电池结构发展迅速，由于可基本实现全光谱吸收，其光电转换效率已远远领先于其他太阳能电池。而且这一材料体系具备优良的耐辐照性能和耐高温性，更增加了其在空间应用的可靠性及使用寿命，日益成为空间电源的主力军。而倒装结构的多结太阳能电池因其可以更合理的分配太阳光谱，进而使各子电池的电流密度更匹配，减小热阻损失，提高开路电压，被期望获得到更高的太阳能转换效率。
[0003]然而，在倒装多结太阳能电池的芯片工艺过程中光电转换层要与大面积的金属形成背接触，通常为金或其他合金。在工艺过程中，金属的热膨胀体积与冷却收缩体积皆大于光电转换层的热膨胀体积与冷却收缩体积，这样在背接触的界面处会产生较大的膨胀应力，使得光电转换层的晶体质量恶化，甚至带隙发生偏移，影响光电转换特性。在倒装多结太阳能电池结构中，距离背接触金属最近的底电池的光电转换性能非常关键，通常会因为底电池的晶体质量不好，底电池提供的短路电流偏低，影响了电池的整体性能，所以底电池的性能直接决定了整个多结电池的性能。这种情况下，背接触金属对电池的应力作用就不容忽视了。目前针对倒装多结电池中底电池性能较差的情况，大多数改善方法都是针对于外延生长方面的，而芯片工艺方面的研究很少。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供一种能避免背接触界面处产生较大的热应力的太阳能电池结构及其制造方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明人着眼于背接触的结构进行研究，并提出了本发明:通过在太阳能电池半导体层与键合金属层之间设置应力阻隔层，避免太阳能电池半导体层直接受到金属的膨胀应力。
[0006]本发明解决上述问题的技术方案为:太阳能电池，包括:基板、设置在该基板上的键合金属层、欧姆接触电极层、应力阻隔层、设置在该应力阻隔层上的太阳能电池半导体层和设置在所述太阳能电池半导体层上表面的欧姆电极。其中，所述应力阻隔层设置在所述太阳能电池半导体层与欧姆接触电极金属层之间，防止因欧姆接触电极层及键合金属层与半导体层之间热膨胀系数的差异产生的热应力使半导体层的晶体质量变差。
[0007]在一些实施例中，所述太阳能电池半导体层为倒装多结结构，依次包含:第一太阳能子电池，其具有第一带隙；第二太阳能子电池，其设置在所述第一子电池下方且具有小于所述第一带隙的第二带隙；渐变缓冲层，设置在所述第二子电池下方且具有多级夹层，该多级夹层的晶格常数分级逐渐变大；第三太阳能子电池，其设置在所述渐变缓冲层下方，其相对应于所述第二子电池晶格失配并具有小于所述第二带隙的第三带隙。在具体实施例中，所述多结结构可以为(Al) GalnP第一子电池、Ga (In) As第二子电池、InAlGaAs渐变缓冲层和InGaAs第三子电池。
[0008]优选地，所述应力阻隔层被配置成为包含多个孔洞的薄膜材料，所述孔洞后续填充欧姆接触电极层材料。
[0009]优选地，所述应力阻隔层的孔洞区域所占整个应力阻隔层面积的比例依所选应力阻隔层材料和太阳能电池半导体材料两者的热膨胀系数比例而定。
[0010]优选地，设定所述太阳能电池半导体层的热膨胀系数为?\，所述应力阻隔层的热膨胀系数为Τ2，所述欧姆接触电极层的热膨胀系数为τ3，所述应力阻隔层的孔洞所占面积比例为 X，则满足:T3*x+T2 (l-x) =T1D
[0011]优选地，所述应力阻隔层由热膨胀系数与太阳能电池半导体层热膨胀系数相近或者比太阳能电池半导体材料热膨胀系数略小的薄膜材料构成。
[0012]优选地，所述应力阻隔层由热膨胀系数与太阳能电池半导体层热膨胀系数相近的金属薄膜材料构成，或者比太阳能电池半导体材料热膨胀系数略小的介质薄膜材料构成。
[0013]优选地，采用热膨胀系数与太阳能电池半导体层热膨胀系数相近的金属材料如Mo、W、Cr等或者比太阳能电池半导体材料热膨胀系数略小的介质薄膜材料如Si02、Si3N4、Ti02、Al203等作为所述应力阻隔层。
[0014]优选地，所述基板采用Ge基板、Si基板、GaP基板、SiC基板或金属基板中的任一种。
[0015]本发明还提供一种太阳能电池的制备方法，包括步骤:在一基板上形成太阳能电池半导体层，在所述太阳能电池半导体层上设置应力阻隔层和欧姆接触电极，在该太阳能电池半导体层的表面上制作欧姆电极。其中所述应力阻隔层位于所述太阳能电池半导体层和欧姆接触电极层之间。
[0016]优选地，采用光刻与蒸镀相结合或者PECVD等与光刻相结合的方法在所述太阳能电池半导体层上制备具有多个孔洞的应力阻隔层。
[0017]优选地，在所述应力阻隔层之上及其孔洞之中制作欧姆接触电极层，其材料可以为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Pt/ Ti/Au、AuBe、AuZn等金属材料其中的一种，较佳选择AuZn。
[0018]本发明之太阳能电池，于太阳能电池半导体层和欧姆接触金属层之间设置应力阻隔层，可有效阻隔欧姆接触金属层及键合金属层对太阳能电池半导体层的热应力，避免热应力使太阳能电池半导体层晶体质量变差、甚至带隙发生偏移。本发明尤其适用于倒装多结太阳能电池，因为在倒装多结太阳能电池中底电池性能非常关键，常常决定了太阳能电池的整体性能。
【附图说明】
[0019]以下使用附图来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起说明应用了本发明的倒装多结太阳能电池及其制造方法，但并不构成对本发明的限制。
[0020]图1所示为根据本发明实施的倒装多结太阳能电池的截面示意图。
[0021]图2所示为根据本发明实施的在生长基板上形成的包含第一子电池、第二子电池、渐变缓冲层及第三子电池的倒装多结太阳能电池半导体层。
[0022]图3所示为图2所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中初步形成应力阻隔层的膜层材料。
[0023]图4所示为图3所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成应力阻隔层具有多个孔洞的结构。
[0024]图5为具有多个孔洞结构的应力阻隔层的俯视图。
[0025]图6所示为图4所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成欧姆接触电极层。
[0026]图7所示为图6所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成半导体层接合金属层和支撑基板接合金属层。
[0027]图8所示为图7所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中接合支撑基板。
[0028]图9所示为图7所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中去除生长用基板。
[0029]图10所示为图9所示倒装多结太阳能电池根据本发明的下一工序之后的横截面图，在该工序中形成欧姆电极。
[0030]图11所示为倒装多结太阳能电池应力阻隔层的另外一种俯视平面示意图。
[0031]图中各标号表不:
001:生长基板
002:多结太阳能电池半导体层
003:支撑基板
004:欧姆电极
200:蚀刻截止层
201:欧姆接触层
202:第一子电池
203:第二子电池
204:渐变缓冲层
205:第三子电池
206:重掺杂盖帽层
301:应力阻隔层
302:欧姆接触电极层
303:半导体层结合金属层
304:支撑基板接合金属层 301a:应力阻隔层孔洞的内壁
302a:欧姆接触电极填充应力阻隔层的孔洞的部分。
【具体实施方式】
[0032]以下，使用【附图说明】应用了本发明的倒装多结太阳能电池结构及其制作方法。在以下的说明中使用的附图有时为了容易理解特征而为方便起见放大示出成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等未必与实际相同。另外，在以下的说明中所例示的材料、尺寸等是一例，本发明并不限于这些，在不变更其主旨的范围内能够适当地变更来实施。
[0033][倒装多结太阳能电池]
图1是表示本发明的倒装多结太阳能电池的一例的截面示意图。
[0034]本实施方式的倒装多结太阳能电池，包括支撑基板003，多结太阳能电池半导体层002，欧姆电极004，应力阻隔层301。其中多结太阳能电池半导体层002包含第一太阳能子电池202、第二太阳能子电池203、渐变缓冲层204、第三太阳能子电池205。在图1所示的倒装多结太阳能电池结构中，从支撑基板003与多结太阳能电池半导体层002之间，从支撑基板003侧起依次为支撑基板结合层304、半导体层结合层303、欧姆接触电极层302、应力阻隔层301。
[0035]<倒装多结太阳能电池半导体层>
图1所示为根据本发明实施的倒装多结太阳能电池结构，其中002为太阳能电池半导体层，包含蚀刻截止层200、GaAs欧姆接触层201、第一太阳能子电池202、第二太阳能子