一种柔性衬底GaAs薄膜电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏器件及其制备方法，尤其涉及一种柔性衬底GaAs薄膜电池及其制备方法，属于半导体器件领域。
【背景技术】
[0002]近年来，随着空间太阳电池的应用和光伏建筑一体化的发展，基于柔性衬底的GaAs薄膜电池也因其自身具有重量轻、可卷曲、便于携带、高重量比功率等优点逐渐取代传统的电池而成为人们广泛研究的热点。然而，传统的柔性衬底GaAs薄膜电池的制备工艺存在一些不足之处:首先，传统的正向外延层生长技术，在外延结构层剥离衬底后，需要将外延结构层转移到柔性衬底上，在转移过程中容易造成外延结构层的破裂，从而影响电池的性能和成品率；其次，采用传统的AlAs牺牲层-HF酸腐蚀液系统获得的衬底和外延结构层的表面均方根粗糙度相对较大，必须经过减薄、抛光、清洗等一系列工艺处理后才可以重复利用衬底，因此，大大增加了电池的制作成本；另外，在传统的Au背反射结构中，快速退火工艺对会减小Au薄膜的在可见光范围内的反射率，从而降低了薄膜电池对光子的利用率。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明首先提供了一种柔性衬底GaAs薄膜电池，包括柔性衬底以及依次形成于所述柔性衬底上的第一电极、GaAs薄膜电池和第二电极，所述第一电极包括依次形成于所述柔性衬底上的Au金属层和ΙΤ0金属层。
[0004]其中，所述GaAs薄膜电池包括依次连接的p_GaAs型接触层、P_GaInP背场层、GaAs基区、GaAs发射区以及GalnP窗口层，其中，所述p-GaAs型接触层与所述ΙΤ0金属层连接。
[0005]其中，所述ΙΤ0金属层的厚度为80-120nm ;所述Au金属层的厚度为200_1000nm。
[0006]其中，所述第二电极包括ΙΤ0电极以及设置于ΙΤ0电极上的金属栅指电极；其中，所述ΙΤ0电极与所述GaAs薄膜电池连接,所述金属栅指电极的材料为AuGe/Ni/Au。
[0007]其中，所述ITO电极与所述GaAs薄膜电池还设置有一 η-GaAs型接触层，所述η-GaAs型接触层的厚度为5_20nm。
[0008]本发明的另一方面是提供了如上所述的柔性衬底GaAs薄膜电池的制备方法，该方法包括步骤:
[0009]制作GaAs薄膜电池；
[0010]在GaAs薄膜电池的接触层上依次制备ΙΤ0金属层以及第一 Au金属层；
[0011]在柔性衬底上制备第二 Au金属层；
[0012]应用键合工艺，将所述第一 Au金属层朝向所述第二 Au金属层键合结合，使所述GaAs薄膜电池连接于所述柔性衬底上；
[0013]应用腐蚀液对所述AllnP牺牲层进行选择性腐蚀，去除所述GaAs衬底；
[0014]应用腐蚀液对所述η-GaAs接触层进行选择性腐蚀，去除所述η-GaAs接触层；
[0015]在GalnP窗口层上制备ΙΤ0电极；
[0016]在ITO电极上制备金属栅指电极，获得所述柔性衬底GaAs薄膜电池。
[0017]其中，对所述AllnP牺牲层进行选择性腐蚀的腐蚀液为HC1溶液；对所述n_GaAs接触层进行选择性腐蚀的腐蚀液为NH40H、H202和H20的混合溶液。
[0018]其中，应用腐蚀液腐蚀去除的GaAs衬底循环使用于该制备方法中。
[0019]其中，对所述η-GaAs接触层进行选择性腐蚀至其厚度为5_20nm。
[0020]其中，对所述η-GaAs接触层进行选择性腐蚀至其厚度为10nm。
[0021]与现有技术相比，本发明的优点至少在于:
[0022]本发明实施例提供的柔性衬底GaAs薄膜电池中，采用ITO/Au背电极，通过对ΙΤ0金属层和Au金属层厚度的优化，可以使透过薄膜电池有源区而没有被吸收的光子被Au背反射层重新反射回有源区，从而提高了入射光子的的利用率，提高电池的转换效率；在η型接触层上制备ΙΤ0电极和金属栅指电极结合，由于ΙΤ0本身是透明导电电极，因此，蒸镀ΙΤ0电极层相当于增加了半导体与电极之间的接触面积，这样电极在收集载流子时，减小了载流子的横向传输，从而减小了横向扩展电阻，有助于器件性能的提高。
[0023]本发明实施例提供的柔性衬底GaAs薄膜电池的制备方法中，采用倒置外延生长工艺，并通过键合工艺将GaAs薄膜电池连接到柔性衬底上，再将外延生长薄膜电池的衬底剥离，避免了外延结构层薄膜与柔性衬底粘合时造成外延层的损伤与断裂；另外，与传统的AlAs牺牲层和HF酸腐蚀液相比，本发明提供的方法采用AllnP牺牲层和HCL腐蚀溶液，可以获得相对较低的表面均方根粗糙度，从而保证GaAs衬底不经过化学机械抛光(CMP)工艺而直接重复使用，降低了电池的制作成本。
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例提供的柔性衬底GaAs薄膜电池的结构示意图。
[0025]图2是本发明实施例提供的GaAs薄膜电池的结构示意图。
[0026]图3a_3h是本发明实施例提供的柔性衬底GaAs薄膜电池的制备方法的示例性图
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【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明确，以下结合一较佳实施例及相应附图对本发明的内容作进一步的详细说明。
[0028]参阅图1和图2所示系本发明的一较佳实施例，其利用半导体加工工艺制备得到的基于柔性衬底的GaAs薄膜电池。
[0029]如图1所示，该柔性衬底GaAs薄膜电池主要包括柔性衬底1、第一电极2 (也称为背电极)、GaAs薄膜电池3以及第二电极4。
[0030]其中，第一电极2连接于柔性衬底上，具体地，第一电极2包括Au金属层21和ΙΤ0金属层22, Au金属层21和ΙΤ0金属层22按照远离柔性衬底1的方向依次设置。GaAs薄膜电池3连接于第一电极2上，具体地，如图2所示，GaAs薄膜电池3包括依次连接的p_GaAs型接触层31、P-GalnP背场层32、GaAs基区33、GaAs发射区34以及GalnP窗口层35，其中，p-GaAs型接触层31与第一电极2的ΙΤ0金属层22连接。第二电极4连接于GaAs薄膜电池3上，具体地，第二电极4包括ΙΤ0电极41以及设置于ΙΤ0电极41上的金属栅指电极42，其，ITO电极41与GaAs薄膜电池3的连接。本实施例中，金属栅指电极42的材料为AuGe/Ni/Au。
[0031 ] 在本实施例中，柔性衬底1的材料为聚亚酰胺。
[0032]如图1所示的,本实施例提供的柔性GaAs薄膜电池还包括一抗反膜5,该抗反膜5设置于第二电极4上。本实施例中，抗反膜5覆盖于第二电极4的ΙΤ0电极41并填充于金属栅指电极42之间的空隙，在另外的一些实施例中，抗反膜5也可以进一步的将金属栅指电极42的上部完全覆盖。其中，抗反膜的材料可以选择为Ti02/Si02。
[0033]如上所述的柔性衬底GaAs薄膜电池中，采用ITO/Au背电极，通过ΙΤ0生长条件的和金属Au厚度的优化，可以使透过薄膜电池有源区而没有被吸收的光子被Au背反射层重新反射回有源区，从而提高了入射光子的的利用率，提高电池的转换效率；n型电极采用ΙΤ0电极和金属栅指电极结合，由于ΙΤ0本身是透明导电电极，因此，蒸镀ΙΤ0电极层相当于增加了半导体与电极之间的接触面积，这样电极在收集载流子时，减小了载流子的横向传输，从而减小了横向扩展电阻，有助于器件性能的提高。
[0034]下面介绍如上所述的柔性衬底GaAs薄膜电池的制备方法，如图3a_h所示，该方法包括步骤:
[0035]一、制备GaAs薄膜电池。具体地，参阅图3a，首先提供GaAs衬底39，然后应用外延生长工艺在GaAs衬底依次制备GaAs缓冲层38、Α1ΙηΡ牺牲层37、n_GaAs接触层36、GaInP窗口层35、GaAs发射区34、GaAs基区33、P-GalnP背场层32以及p-GaAs型接触层31，由此在该GaAs衬底39获得GaAs薄膜电池3。其中，
[0036]二、ITO/Au背电极的制备。具体地，参阅图3b，采用光学镀膜工艺在p-GaAs型接触层31上蒸发lOOnm厚的ΙΤ0 (氧化铟锡)金属层22，并通过快速退火工艺使p_GaAs型接触层31和ΙΤ0金属层22之间形成良好的欧姆接触；之后通过电子束蒸发工艺在ΙΤ0金属层22表面蒸发200n