一种具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多结太阳能电池制备技术，属于半导体材料的生产技术领域。
【背景技术】
[0002]由于砷化镓及其基系的多种材料的良好性能，以及这种多结叠层太阳电池结构基本已实现全光谱吸收，使得其光电转换效率始终远远领先于其他太阳电池。这一优势加上该电池的优良耐辐照性能和耐高温性能，进一步提高了电池的空间应用的可靠性及其使用寿命，已日益呈现替代高效硅太阳电池和单结砷化镓太阳电池的趋势，成为航天飞行器空间电源主力军。自2002年起，国外的空间飞行器大多使用三结砷化镓太阳电池作为空间主电源，目前的在轨电池超过750kW。2008年8月18日的CompoundSemi Online上报道了NERL最新创下的新记录:倒置结构的三结砷化镓太阳电池在326倍聚光条件下的效率达到40.8%(AM1.5)。在国外可再生能源发展及市场的拉动下，我国日益清楚认识到利用可再生能源对国家经济和环保的重要性，并于2006年I月开始实施《中国可再生能源法》。在此契机下，我国太阳电池生产在近三年来持续以超过150%的年增长率飞速发展，已成为国际较大的太阳电池生产国。然而，制约太阳电池发展的主要瓶颈是其高昂的材料成本。为此，有必要开发新的高效率太阳电池产品及发电系统，实现发电成本显著降低，为我国大规模应用光伏发电提供新技术。
[0003]三结GaAs太阳电池，在顶电池Eg=L 96eV、中电池Eg=L 10 eV的情况下，理论的效率可以达到41.7。原因是电流密度与填充因子很高。同样在这个条件下，计算得出的顶电池电流密度为20.78mA/cm2，中电池为33.20 mA/cm2。但是实际中，顶电池电流密度只有17 mA/cm2，可以看出，顶电池电流密度是制约整个电池电流的瓶颈。目前，提高电池电流密度的通用方法是蒸镀减反射膜，但是三结砷化镓太阳电池对减反射膜的厚度、折射率非常敏感，该膜的细微变化将引起电池性能的明显变化，这对于批产的稳定性和合格率是非常不利的。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术上的缺陷，本实用新型目的是提出一种与顶电池InGaP晶格匹配的，而且带隙比较宽，对光的透过也比较好的具有表面粗化结构的三结GaAs太阳电池。
[0005]本实用新型在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。
[0006]本实用新型目的是本项目计划在顶电池上面利用MOCVD技术外延一层约2个μ m的高铝组分的A10.8Ga0.2InP材料，这种材料是与顶电池InGaP晶格匹配的，而且由于带隙比较宽，对光的透过也比较好。
[0007]本实用新型所述表面粗化层的上表面为若干的金字塔形。在芯片工艺端，利用化学溶液对不同晶向的腐蚀速率差异，制造出最利于陷光的“金字塔”结构，然后结合减反射膜工艺，本实用新型成功地将电池表面反射率降低至5%以内。本实用新型成功提高了整个电池的短路电流密度，实际证明通过工艺改进，短路电流密度Jsc可以达到17.5mA/cm2。
【附图说明】
[0008]图1为三结GaAs太阳电池结构的外延片示意图。
[0009]图2为三结GaAs太阳电池结构中每个子电池的结构示意图。
[0010]图3为本实用新型的一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]1、制备外延片。
[0012]选取晶向为〈100〉的GaAs衬底片101，厚度为375 μπι，直径100_±0.1_。在GaAs衬底101上面，使用MOVPE (有机金属气相外延)技术依次生长出0.5 μ m的N型GaAs的缓冲层102，350nm的GaInP腐蚀截止层103，0.5 μ m的N型GaAs接触层104，2 μ m的AlGaInP粗化层 105，0.5 μ m 的 GaInP 顶电池(Top cell )106，500A 的隧穿结一 107，3.4 μ m 的 GaAs中电池(Middle cell) 108，500A 的隧穿结二 109，3 μ m 的 InGaAs 底电池(Bottom cell)110，在底电池结尾，包含有400nm的P型GaAs接触层111，见图1所示。
[0013]以上子电池分别为GaInP 顶电池(Top cell) 106、GaAs 中电池(Middle cell)108和InGaAs底电池(Bottom cell) 110。每一个子电池分别具有背反射层(BSF) 201、基区(base) 202、发射区(emitter) 203、窗口层(window) 204结构(见结构图2)，各个子电池之间使用隧穿结进行连接(U)。本产品使用的GalnP/AlGaAs异质隧穿结。
[0014]2、制备转移Si衬底。
[0015]选取晶向为〈111〉的单抛Si片作为转移Si衬底301，直径100mm±0.1mm，导电类型为P型，厚度为240 μ m，清洗备用。
[0016]转移Si衬底301的清洗步骤为:
[0017](I)使用温度为60 °C的H2S04:H 202:H 20=3:1:1溶液进行5min的浸泡，然后使用去离子水进行冲洗。目的是去除表面的有机污染物。
[0018](2)使用氢氟酸稀释液浸泡lmin，稀释比例为20%。目的是去除在上一步当中，Si片表面生成的氧化层，然后使用去离子水进行冲洗。
[0019](3)使用盐酸与双氧水混合水溶液浸泡3min，盐酸、双氧水与水的比例为1:2:10，溶液温度稳定在40°C。此步的目的是去除表面的金属阳离子污染。然后使用去离子水进行冲洗。
[0020]3、蒸镀金属键合层302。
[0021]使用电子束蒸镀技术，分别在具有清洁表面的外延片的P型GaAs接触层111和转移Si衬底301的抛光面上分别蒸镀金属键合层302。
[0022]键合层金属为Ti/Pt/Au三层结构，其中蒸镀先后顺序为T1、Pt、Au，厚度分别为T1:1500A、Pt:1500A、Au:12000A。
[0023]蒸镀具体条件为:起始真空控制在1.0XKT6Torr以下，蒸镀开始前，腔体加热到150°C并且恒温30min。Ti的蒸镀速率为5A/s，Pt的蒸镀速率为2A/s，Au的蒸镀速率为10A/so
[0024]4、金属键合。
[0025]在真空度为1.0X 10_3Pa的、压力7000kg/cm2、温度320°C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。
[0026]5、衬底去除。
[0027]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