专利名称：一种集成化晶硅太阳电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种集成化晶硅太阳电池及其制造方法背景技术近年来，随着微机电系统(MEMS)技术的迅速发展，传感器已由传统的机械结构型进入到微传感器及微系统阶段，朝着微型化、集成化、智能化、系统化方向发展。随着微传感技术和微电子技术及其集成技术的发展，系统体积迅速大幅度缩小，传统的供电方式及其控制系统已严重束缚该类自主感测系统进一步向高度集成化的发展。太阳电池能够直接把太阳能转换为电能，具有安静、可靠，免维护等优势。其中晶硅太阳电池已大规模产业化，寿命长，能量转换效率高，技术比较成熟。目前，太阳电池不管是大组件还是微型组件，均由单元电池通过外电路的串并联组合而成，无法微型化和真正集成化，研究具有高度集成特点的高效高压晶硅太阳电池集成技术是进一步实现微传感器/执行器与集成电路的单芯片集成这类自供能自主感测系统进一步向微小型发展的关键技术。目前，国外对于集成化太阳电池的研究还很少，大都采用光照面单面电极结构，辅以深沟槽隔离的方法获得。即太阳电池的栅线电极均处于光照面，各个太阳电池单体连接也在光照面完成，电极遮光面积比较大，同时光生载流子收集效率不高，从而导致太阳电池整体能量转换效率不高。同时存在工艺复杂，兼容性不好等问题，距离产品化还有很大的差距。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术在保持晶硅太阳电池高转换效率等优势的前提下难以实现集成化、微型化缺点，提供一种集成晶硅太阳电池的制造方法，并且能够很好地与集成电路集成在一起。该集成太阳电池具有高效、稳定、微型化和集成化的特点，且开路电压可以根据实际应用需求进行设计，为微机电系统(MEMS)提供电源。
本发明集成化晶硅太阳电池在结构上属于背接触太阳电池，主要特征在于太阳电池能够直接输出高电压，并且能够很好地与集成电路集成在一起，具有高效、稳定、微型化和集成化的特点。太阳电池的电极均处于电池背面，光照面没有栅线电极，为背接触太阳电池结构。太阳电池栅线电极与集成电路处于同一侧，能够直接与集成电路连接起来，太阳电池电极制备可以和集成电路制造一起完成。根据电压输出需求，在版图设计时容易优化出合适的串/并联结构，完成子电池电气连接，同时能够直接与集成电路连接。同时电极还可以作为太阳电池背面光反射层，提高光利用率，进而提高太阳电池能量转化效率。
本发明制造方法首先是基于标准集成电路制造工艺光刻、腐蚀、金属淀积和氮化硅(SiNx)沉积等，完成太阳电池的部分结构以及集成电路流片，并在此基础上设计并采用一套完整的后续加工技术，完成太阳电池子电池，即太阳电池单体的制备，获得晶硅太阳电池集成组件。因而该太阳电池能够与集成电路单芯片集成并获得高电压输出，能够直接驱动集成电路，并由片上集成电路进行能源管理。该技术还能够结合硅基微传感器/执行器，构建自供能微系统，因此对该类自供能微系统的集成化设计和制造具有重要的意义。
本发明制造方法设计巧妙，兼容性好，工艺简单。
本发明集成化晶硅太阳电池的后续加工工艺步骤如下步骤1根据所设计版图以标准集成电路制造工艺流片；步骤2将芯片正面与薄玻璃片相粘结，以玻璃作为支撑层；步骤3芯片背面甩胶光刻出图形，然后沉积金属薄层铂(Pt)，去除光刻胶，同时，不需要的部分区域金属层被去除，获得既定区域金属覆盖，作为集成电路部分的光照保护层，同时作为后续腐蚀工艺的保护层；步骤4将芯片置入氢氧化钾(KOH)溶液中进行各向异性腐蚀，将太阳电池部分减薄至一定厚度；步骤5反应等离子体刻蚀(RIE)制备绒面；步骤6光刻，并深沟腐蚀至绝缘层为止，形成多个太阳电池单体；步骤7等离子体化学气相沉积(PECVD)制备氮化硅(SiNx)薄膜，作为太阳电池钝化层，薄膜制备过程中，温度不高于400℃，以免对集成芯片中的太阳电池栅线电极以及金属互连线造成不利影响。
图1太阳电池集成芯片剖面示意图；图2为太阳电池制备后续工艺流程图；其中图2a后续工艺前芯片；图2b粘结玻璃支撑层；图2c溅射铂金属薄层；图2d腐蚀减薄芯片；图2e制备绒面；图2f深沟腐蚀，形成绝缘沟槽；图2g表面淀积氮化硅(SiNx)薄膜钝化层。
图中1.n-扩散区；2.n+扩散区；3.氮化硅绝缘层；4.金属电极；5.p+扩散区；6.氮化硅绝缘层；7.铂金属层；8.晶硅；9.集成电路部分。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明
图1所示为本发明集成化太阳电池结构。太阳电池栅线电极与片上集成电路处于同一面，各子电池(即太阳电池单体)通过深沟绝缘隔离来形成，避免了各子电池的相互串扰，并可根据需要自由构建串/并联结构。
图2所示是本发明的制造工艺流程。
步骤1根据所设计版图以标准集成电路制造工艺流片，获得如图2a所示的后续工艺前的集成芯片，采用专用电子清洗液清洗，去除表面杂质；步骤2如图2b所示，将芯片正面与干净的薄玻璃片11相粘结，以薄玻璃片11作为支撑层，防止在太阳电池集成芯片后续工艺中碎裂；步骤3芯片背面甩胶光刻出图形，然后如图2c所示，溅射沉积金属薄层铂(Pt)7，去胶，获得既定区域金属覆盖，一方面作为集成电路部分的光照保护层，同时作为后续腐蚀工艺的保护层；步骤4将芯片置入氢氧化钾(KOH)溶液中进行各向异性腐蚀，将太阳电池部分减薄至适当的厚度，如图2d所示；步骤5采用反应等离子体刻蚀(RIE)技术制备绒面，如图2e所示；步骤6光刻，并深沟腐蚀至绝缘层为止，如图2f所示，旨在形成多个太阳电池单体结构；步骤7等离子体化学气相沉积(PECVD)制备氮化硅(SiNx)薄膜6，作为太阳电池表面钝化层。
至此，本发明集成化太阳电池制备完成。
权利要求
1.一种集成化晶硅太阳电池，其特征在于太阳电池为背接触太阳电池结构，其电极均处于电池背面，光照面无栅线电极；太阳电池栅线电极与集成电路处于同一侧；各太阳电池单体之间通过深沟绝缘隔离形成。
2.制备权利要求1所述的集成化晶硅太阳电池的方法，其特征在于工艺流程如下步骤1根据所设计的版图以标准集成电路制造工艺流片，获得后续工艺前的集成芯片，采用专用电子清洗液清洗，去除表面杂质；步骤2将芯片正面与干净的薄玻璃片[11]相粘结，以薄玻璃片[11]作为支撑层，防止在太阳电池集成芯片后续工艺中碎裂；步骤3芯片背面甩胶光刻出图形，然后溅射沉积金属薄层铂(Pt)[7]，去胶，获得既定区域金属覆盖，一方面作为集成电路部分的光照保护层，同时作为后续腐蚀工艺的保护层；步骤4将芯片置入氢氧化钾(KOH)溶液中进行各向异性腐蚀，将太阳电池部分减薄至适当的厚度；步骤5采用反应等离子体刻蚀(RIE)技术制备绒面；步骤6光刻，并深沟腐蚀至绝缘层为止，旨在形成多个太阳电池单体结构；步骤7等离子体化学气相沉积(PECVD)制备氮化硅(SiNx)薄膜[6]，作为太阳电池表面钝化层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤7中所述的氮化硅(SiNx)薄膜采用等离子体化学气相沉积(PECVD)而成，薄膜制备过程中，温度不高于400℃。
全文摘要
一种集成化晶硅太阳电池及其制造方法，其特征在于，太阳电池为背接触太阳电池结构，其电极均处于电池背面，太阳电池栅线电极与集成电路处于同一侧。太阳电池的部分结构能够与集成电路一起基于标准集成电路制造工艺来完成，并在此流片的基础上，本发明结合光刻、腐蚀、金属淀积和氮化硅(SiNx)沉积等方法，设计并采用一套完整的后续加工技术流程，最终获得晶硅太阳电池集成组件。本发明太阳电池能够直接实现高电压输出，能量转换效率高，并且与集成电路制造工艺完全兼容，能够实现太阳电池与集成电路的单芯片集成。该方法简单、成品率高。
文档编号H01L21/84GK101047196SQ200710098560
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月20日 优先权日2007年4月20日
发明者孙红光, 李艳秋, 尚永红, 于红云, 苏波 申请人:中国科学院电工研究所