基于氧化剥离技术的imm结构太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法，其IMM结构太阳能电池包括有GaAs衬底，在所述GaAs衬底上按照层状叠加结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层、N型欧姆接触层、多结子电池、P型欧姆接触层，形成有外延层结构，所述AlAs牺牲层能在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化生长成AlxOy，从而改变牺牲层材料性质，使得牺牲层容易产生裂痕，进而可在外力或者酸性溶液的作用下致使GaAs衬底与外延层结构分开。本发明成品制备率高，且衬底可回收利用。
【专利说明】基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电子的【技术领域】，尤其是指一种基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]传统化石燃料对环境造成的危害日益突出，全世界都将目光投向了可再生能源，这其中太阳能以其无污染，取之不尽，用之不竭的优势而成为人们重视的焦点。在众多的半导体材料中，砷化镓具有较高的光吸收系数，更重要的是其能带可以与太阳光谱有很好的匹配，因而砷化镓太阳能电池成为人们的研宄热点。但单结砷化镓太阳电池只能吸收特定光谱范围的太阳光，其转化效率受到限制，若采用不同带隙宽度的半导体材料制成多结电池，使其分别性选择吸收不同波段的光谱，则可以大幅提高太阳能电池的转化效率。在聚光下，基于锗衬底的晶格匹配(lattice matched)三结砷化镓太阳能电池的转换效率已达41.6%。而据理论计算，基于外延渐变缓冲层(grade buffer)技术的IMM(invertedmetamorphic)结构三结太阳能电池的转换效率能提高至43.26 %，双渐变层技术的四结IMM结构甚至能提升至47.87 %。
[0003]而制备IMM结构太阳能电池时，衬底去除技术是其关键一步。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池及其制备方法，成品制备率高，且衬底可回收利用。
[0005]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池，包括有GaAs衬底，在所述GaAs衬底上按照层状叠加结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层、N型欧姆接触层、多结子电池、P型欧姆接触层，形成有外延层结构，其中，所述AlAs牺牲层能在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化生长成AlxOy，从而改变牺牲层材料性质，使得牺牲层容易产生裂痕，进而可在外力或者酸性溶液的作用下致使GaAs衬底与外延层结构分开。
[0006]所述AlAs牺牲层的厚度为I μ m?1.2 μ m。
[0007]所述多结子电池的每结电池单元均从下至上依次包括有窗口层、发射区、基区、背场区，其中，至少一结电池单元生长于渐变缓存层之上，各结电池单元由下至上带隙依次减小，各结电池单元之间均通过隧道结相连。
[0008]本发明所述的基于氧化剥离技术的I丽结构太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)在所述GaAs衬底上利用MOV⑶的外延生长办法按照层状结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层、N型欧姆接触层、多结子电池、P型欧姆接触层，形成有外延层结构；
[0010]2)在所述P型欧姆接触层上利用光刻胶剥离技术制备P型金属电极；
[0011]3)利用湿法腐蚀技术或ICP刻蚀技术将外延层刻蚀至GaAs衬底，露出AlAs牺牲层；
[0012]4)将制备出的P型金属电极对准至事先准备好的基座，通过键合的方式倒扣至基座上；
[0013]5)将倒扣有P型金属电极的基座移至氧化炉内，通入N2，在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化AlAs牺牲层；
[0014]6)氧化完毕，若GaAs衬底还未完全脱落，则可通过外力或者将其放人酸性溶液内，完成衬底剥离，回收利用；
[0015]7)在N型欧姆接触层上制备N型电极，至此便完成IMM结构三结太阳能电池的制备。
[0016]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0017]利用AlxGal-xAs材料的湿氧氧化反应强烈依赖于Al组分的特点，将I μπι?1.2 μπι的AlAs牺牲层在450度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，牺牲层氧化生长AlxOy，改变牺牲层材料性质，和上下界面产生裂痕，在轻微外力作用或酸性溶液的作用下致使衬底和外延层结构分开，进而制备IMM结构太阳能电池，同时，衬底可回收利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述I丽结构太阳能电池的结构示意图。
[0019]图2为MM结构三结太阳能电池的制备示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0021]如图1所示，本发明所述的基于氧化剥离技术的MM结构太阳能电池，包括有GaAs衬底I，其中，在所述GaAs衬底I上按照层状叠加结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层2、N型欧姆接触层3、多结子电池4 (可根据实际需要，生长成三结、四结、五结等)、P型欧姆接触层5，形成有外延层结构；所述AlAs牺牲层2的厚度为I μπι?1.2 μπι，能在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化生长成AlxOy，从而改变牺牲层材料性质，使得牺牲层容易产生裂痕，进而可在轻微外力或者酸性溶液的作用下致使GaAs衬底I与外延层结构分开。
[0022]所述多结子电池4的每结电池单元均从下至上依次包括有窗口层、发射区、基区、背场区，其中，至少一结电池单元生长于渐变缓存层之上，各结电池单元由下至上带隙依次减小，各结电池单元之间均通过隧道结相连。
[0023]下面我们以I丽结构三结太阳能电池为例，结合附图2对本发明的制备方法作具体说明，其情况如下:
[0024]I)在所述GaAs衬底I上利用MOV⑶的外延生长办法按照层状叠加结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层2、N型欧姆接触层3、三结子电池4、P型欧姆接触层5，形成有外延层结构，其中，所述三结子电池4的每结电池单元均从下至上依次包括有窗口层41、发射区42、基区43、背场区44，该三结子电池4的第三结电池单元生长于渐变缓存层45之上，各结电池单元由下至上带隙依次减小，各结电池单元之间均通过隧道结46相连。
[0025]2)在所述P型欧姆接触层上利用光刻胶剥离技术制备P型金属电极6 ;
[0026]3)利用湿法腐蚀技术或ICP刻蚀技术将外延层刻蚀至GaAs衬底，露出AlAs牺牲层；
[0027]4)将制备出的P型金属电极6对准至事先准备好的基座7，通过键合的方式倒扣至基座7上；
[0028]5)将倒扣有P型金属电极6的基座7移至氧化炉内，通入N2，在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化AlAs牺牲层2 ;
[0029]6)氧化完毕，若GaAs衬底I还未完全脱落，则可将其放人酸性溶液内，如HCl或H3PO4，完成衬底剥离，回收利用；
[0030]7)在N型欧姆接触层3上制备N型电极，至此便完成IMM结构三结太阳能电池的制备。
[0031]备注:四结、五结MM结构，基于多缓冲层的MM结构，均可采用上述方法进行制备。
[0032]以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池，包括有GaAs衬底(I)，其特征在于:在所述GaAs衬底(I)上按照层状叠加结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层(2)、N型欧姆接触层(3)、多结子电池(4)、P型欧姆接触层(5)，形成有外延层结构，其中，所述AlAs牺牲层(2)能在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化生长成AlxOy，从而改变牺牲层材料性质，使得牺牲层容易产生裂痕，进而可在外力或者酸性溶液的作用下致使GaAs衬底(I)与外延层结构分开。
2.根据权利要求1所述的基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池，其特征在于:所述AlAs牺牲层⑵的厚度为I μ m?1.2 μ m。
3.根据权利要求1所述的基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池，其特征在于:所述多结子电池(4)的每结电池单元均从下至上依次包括有窗口层(41)、发射区(42)、基区(43)、背场区(44)，其中，至少一结电池单元生长于渐变缓存层(45)之上，各结电池单元由下至上带隙依次减小，各结电池单元之间均通过隧道结(46)相连。
4.一种权利要求1所述基于氧化剥离技术的IMM结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在所述GaAs衬底上利用MOV⑶的外延生长办法按照层状结构从下至上依次外延生长有AlAs牺牲层、N型欧姆接触层、多结子电池、P型欧姆接触层，形成有外延层结构； 2)在所述P型欧姆接触层上利用光刻胶剥离技术制备P型金属电极； 3)利用湿法腐蚀技术或ICP刻蚀技术将外延层刻蚀至GaAs衬底，露出AlAs牺牲层； 4)将制备出的P型金属电极对准至事先准备好的基座，通过键合的方式倒扣至基座上; 5)将倒扣有P型金属电极的基座移至氧化炉内，通入N2，在450摄氏度高温水汽气氛下进行湿氧氧化反应，氧化AlAs牺牲层； 6)氧化完毕，若GaAs衬底还未完全脱落，则可通过外力或者将其放人酸性溶液内，完成衬底剥离，回收利用； 7)在N型欧姆接触层上制备N型电极，至此便完成IMM结构三结太阳能电池的制备。
【文档编号】H01L31/04GK104465819SQ201410705177
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】毛明明, 张杨, 潘旭, 杨翠柏, 王智勇 申请人:瑞德兴阳新能源技术有限公司