一种砷化镓电池外延结构的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体地，涉及一种砷化镓电池外延结构。

背景技术：

砷化镓(GaAs)是吸收太阳光最优选材料之一，由砷化镓制备的太阳能电池，具有转化效率高、温度特性好，抗辐射能力强等特点，砷化镓太阳能电池应用越来越广泛。

大多数砷化镓薄膜都是在价格昂贵的单晶衬底上制备的，成本高昂。衬底剥离技术为太阳能电池向薄膜化发展提供了必要技术支持。衬底的重复性利用也降低了薄膜太阳能电池的制作成本，且减少制作过程对环境的污染和资源的浪费。

通常衬底与电池层之间生长厚度为100nm左右的牺牲层，然后采用湿法酸腐蚀工艺对衬底进行剥离，腐蚀过程由电池四周向中心进行，不仅需要较长腐蚀时间，而且牺牲层四周被腐蚀掉的位置，由于电池层弯曲与衬底容易形成闭合，腐蚀液较难进一步对牺牲层的中心位置进行腐蚀。牺牲层较中心位置常得不到完全有效腐蚀，这容易导致衬底剥离过程中电池层被拉扯力撕破。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种砷化镓电池外延结构。该砷化镓电池外延结构通过设置从边缘区域向中心区域厚度逐渐降低的牺牲层，在湿法腐蚀剥离衬底的过程中，有助于腐蚀液对牺牲层的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而能加快牺牲层的整体腐蚀速率，同时，牺牲层的结构设计，使牺牲层的边缘区域被腐蚀液腐蚀掉之后，还能在一定程度上相对降低电池层的弯曲程度，从而在一定程度上降低了弯曲的电池层与衬底形成闭合的可能性，有助于腐蚀液对牺牲层的中间区域进行快速腐蚀，进而提高了衬底的剥离效率。

本实用新型提供一种砷化镓电池外延结构，包括衬底和设置在所述衬底上的牺牲层和电池层，沿远离所述衬底的方向，所述牺牲层和所述电池层依次叠置，所述牺牲层能通过湿法腐蚀辅助所述衬底与所述电池层分离，所述牺牲层从边缘区域向中心区域厚度逐渐降低。

优选地，所述牺牲层边缘区域与中心区域的厚度差范围为10～50nm。

优选地，所述牺牲层的远离所述衬底的一面为向所述衬底侧凹陷的凹弧面，所述牺牲层的靠近所述衬底的一面为向所述电池层侧凹陷的凹弧面。

优选地，所述牺牲层的远离所述衬底的一面为向所述衬底侧凹陷的凹弧面，所述牺牲层的靠近所述衬底的一面为平面。

优选地，所述牺牲层的远离所述衬底的一面为平面，所述牺牲层的靠近所述衬底的一面为向所述电池层侧凹陷的凹弧面。

优选地，还包括缓冲层，所述缓冲层设置在所述衬底与所述牺牲层之间，且所述缓冲层的远离所述衬底的一面为向所述牺牲层侧凸起的凸弧面，且所述缓冲层的凸弧面与所述牺牲层的凹弧面相贴合。

优选地，还包括翘曲调节层和欧姆接触层，所述欧姆接触层和所述翘曲调节层设置于所述牺牲层与所述电池层之间，且沿远离所述牺牲层的方向，所述欧姆接触层和所述翘曲调节层依次叠置，所述翘曲调节层的与所述电池层相接触的面为平面。

优选地，所述翘曲调节层采用AlInP或AlGaAs材料。

本实用新型的有益效果：本实用新型所提供的砷化镓电池外延结构，通过设置从边缘区域向中心区域厚度逐渐降低的牺牲层，在湿法腐蚀剥离衬底的过程中，有助于腐蚀液对牺牲层的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而能加快牺牲层的整体腐蚀速率，同时，牺牲层的结构设计，使牺牲层的边缘区域被腐蚀液腐蚀掉之后，还能在一定程度上相对降低电池层的弯曲程度，从而在一定程度上降低了弯曲的电池层与衬底形成闭合的可能性，有助于腐蚀液对牺牲层的中间区域进行快速腐蚀，进而提高了衬底的剥离效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种砷化镓电池外延结构的结构剖视示意图；

图2为本实用新型实施例中另一种砷化镓电池外延结构的结构剖视示意图；

图3为本实用新型实施例中又一种砷化镓电池外延结构的结构剖视示意图。

其中的附图标记说明：

1.衬底；2.牺牲层；3.电池层；4.缓冲层；5.翘曲调节层；

6.欧姆接触层。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型所提供的一种砷化镓电池外延结构作进一步详细描述。

为了解决现有的砷化镓电池衬底剥离导致电池不良的技术问题，本实施例提供一种砷化镓电池外延结构，如图1所示，包括衬底1和设置在衬底1上的牺牲层2和电池层3，沿远离衬底1的方向，牺牲层2和电池层3依次叠置，牺牲层2能通过湿法腐蚀辅助衬底1与电池层3分离，牺牲层2从边缘区域向中心区域厚度逐渐降低。

牺牲层2的上述厚度设置，在湿法腐蚀剥离衬底1的过程中，有助于腐蚀液对牺牲层2的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而能加快牺牲层2的整体腐蚀速率，进而提高衬底1的剥离效率；同时，由于牺牲层2的边缘区域较厚，使电池层3的相应边缘区域向远离衬底1的方向翘起，当牺牲层2边缘区域被腐蚀掉之后，如果电池层3边缘区域向衬底1侧弯曲的弯曲程度不变，则弯曲后的电池层3边缘区域与衬底1之间不可能再形成闭合，因此，牺牲层2的结构设计，使牺牲层2的边缘区域被腐蚀液腐蚀掉之后，能在一定程度上相对降低电池层3的弯曲程度，从而在一定程度上降低了弯曲的电池层3与衬底1形成闭合的可能性，进而有助于腐蚀液对牺牲层2的中间区域进行快速腐蚀，提高衬底1的剥离效率。

优选的，牺牲层2边缘区域与中心区域的厚度差范围为10～50nm。该厚度差更有利于在一定程度上降低了弯曲的电池层3与衬底1形成闭合的可能性，从而有助于腐蚀液对牺牲层2的中间区域进行快速腐蚀，进而提高衬底1的剥离效率。

本实施例中，牺牲层2的远离衬底1的一面为向衬底1侧凹陷的凹弧面，牺牲层2的靠近衬底1的一面为向电池层3侧凹陷的凹弧面。即沿垂直于衬底1的剖切面，牺牲层2的剖面形状为哑铃型，该形状的牺牲层2更有助于腐蚀液对牺牲层2的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而进一步加快牺牲层2的整体腐蚀速率，进而进一步提高衬底1的剥离效率。

本实施例中，衬底1为砷化镓(GaAs)衬底、锗(Ge)衬底或者碳化硅(SiC)衬底，但不限于上述材料的衬底1。牺牲层2采用砷化铝(AlAs)材料，砷化铝牺牲层2能通过酸性湿法腐蚀液腐蚀去除。牺牲层2厚度范围为10～150nm。

本实施例中，砷化镓电池外延结构还包括缓冲层4，缓冲层4设置在衬底1与牺牲层2之间，且缓冲层4的远离衬底1的一面为向牺牲层2侧凸起的凸弧面，且缓冲层4的凸弧面与牺牲层2的凹弧面相贴合。即为了实现牺牲层2的上述结构，本实施例中的缓冲层4设置为中间区域厚边缘区域薄的结构，且缓冲层4中间区域与边缘区域的厚度差范围为10～50nm。

缓冲层4采用砷化镓(GaAs)材料，厚度范围为100～1000nm。

优选地，本实施例中，砷化镓电池外延结构还包括翘曲调节层5和欧姆接触层6，欧姆接触层6和翘曲调节层5设置于牺牲层2与电池层3之间，且沿远离牺牲层2的方向，欧姆接触层6和翘曲调节层5依次叠置，翘曲调节层5的与电池层3相接触的面为平面。翘曲调节层5的与电池层3相接触的面为平面，从而能够调节制备在翘曲调节层5上的电池层3趋于平整，从而避免了剖面形状为哑铃型的牺牲层2对电池层3制备的影响，同时电池层3的平整还能确保整个砷化镓电池外延结构的光电转换的稳定性。

其中，翘曲调节层5采用AlInP或AlGaAs材料。欧姆接触层6为n型重掺杂的GaAs，掺杂浓度1×10¹⁸cm^-3-1×10²²cm^-3，厚度100-200nm。另外，电池层3包括依次远离牺牲层2叠置的BSF层(背场层)、基层、发射层、窗口层、P型欧姆接触层等，该电池层3为单结或者单结子电池加隧道结组成的多结砷化镓电池外延结构。

基于砷化镓电池外延结构的上述结构，本实施例还提供一种该砷化镓电池外延结构的制备方法，包括在衬底上先后制备形成牺牲层和电池层，制备形成所述牺牲层时，调整工艺环境中形成牺牲层的温度由牺牲层的中心区域向牺牲层的边缘区域逐渐降低。

通过调整形成牺牲层中心区域向边缘区域的温度逐渐降低，能够调整牺牲层中心区域的制备速率低于边缘区域的制备速率，使中心区域的制备速率低于2μm/h，边缘区域的制备速率高于中心区域制备速率且低于3μm/h，最终制备形成边缘区域厚度高于中心区域厚度的牺牲层。

优选的，形成牺牲层的中心区域的温度与形成牺牲层的边缘区域的温度差范围为50～100℃。制备形成牺牲层的工艺环境中的温度范围为600～1000℃，制备时间范围为10～300s。

本实施例中，制备方法还包括：制备形成缓冲层，调整工艺环境中形成缓冲层的温度由缓冲层的中心区域向缓冲层的边缘区域逐渐升高。

通过调整形成缓冲层边缘区域向中心区域的温度逐渐降低，能够调整缓冲层边缘区域的制备速率低于中心区域的制备速率，使边缘区域的制备速率低于2μm/h，中心区域的制备速率高于边缘区域制备速率且低于3μm/h，最终制备形成中心区域厚度高于边缘区域厚度的缓冲层。

优选的，形成缓冲层的中心区域的温度与形成缓冲层的边缘区域的温度差范围为50～100℃。制备形成缓冲层的工艺环境中的温度范围为600～1000℃，制备时间范围为10～500s。

制备方法还包括：先后制备形成欧姆接触层和翘曲调节层，形成翘曲调节层包括：在形成翘曲调节层的过程中，调节翘曲调节层材料中铝组分的含量，和，调节翘曲调节层的厚度，使形成的翘曲调节层的与电池层相接触的面为平面。

其中，具体调节关系为：铝组分的含量越少，厚度越薄，则翘曲调节层的与电池层相接触的面的凹度越小；反之，铝组分的含量越多，厚度越厚，则翘曲调节层的与所述电池层相接触的面的凹度越大。

当然，也可以调节翘曲调节层的铝组分和厚度中的其中一者。翘曲调节层的制备温度范围为400～1000℃。欧姆接触层的制备温度范围为600～1000℃。

另外需要说明的是，制备形成缓冲层、牺牲层、欧姆接触层、翘曲调节层和电池层中的各膜层均采用传统的比较成熟的金属有机化合物化学气相沉积法、分子束外延法、气相外延法或者物理气相沉积法，具体不再赘述。

与上述实施例不同的是，本实施例提供一种砷化镓电池外延结构，如图2所示，牺牲层2的远离衬底1的一面为向衬底1侧凹陷的凹弧面，牺牲层2的靠近衬底1的一面为平面。

如此设置，在湿法腐蚀剥离衬底1的过程中，同样有助于腐蚀液对牺牲层2的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而能加快牺牲层2的整体腐蚀速率，进而提高衬底1的剥离效率；同样，由于牺牲层2的边缘区域较厚，使电池层3的相应边缘区域向远离衬底1的方向翘起，当牺牲层2边缘区域被腐蚀掉之后，如果电池层3边缘区域向衬底1侧弯曲的弯曲程度不变，则弯曲后的电池层3边缘区域与衬底1之间不可能再形成闭合，因此，牺牲层2的结构设计，使牺牲层2的边缘区域被腐蚀液腐蚀掉之后，能在一定程度上相对降低电池层3的弯曲程度，从而在一定程度上降低了弯曲的电池层3与衬底1形成闭合的可能性，进而有助于腐蚀液对牺牲层2的中间区域进行快速腐蚀，提高衬底1的剥离效率。

本实施例中，在衬底1与牺牲层2之间同样设置有缓冲层4，但与上述实施例中不同的是，由于牺牲层2的靠近衬底1的一面为平面，所以缓冲层4为一厚度不变的膜层，且缓冲层4的靠近衬底1的一面和远离衬底1的一面均为平面。

本实施例中，砷化镓电池外延结构的其他结构与上述实施例中相同，此处不再赘述。

基于砷化镓电池外延结构的上述结构，本实施例还提供一种该砷化镓电池外延结构的制备方法，与上述实施例中的制备方法不同的是，缓冲层在制备过程中无需通过调整制备温度实现不同区域的不同厚度。

本实施例中砷化镓电池外延结构的制备方法的其他步骤与上述实施例中相同，此处不再赘述。

与上述两实施例不同的是，本实施例提供一种砷化镓电池外延结构，如图3所示，牺牲层2的远离衬底1的一面为平面，牺牲层2的靠近衬底1的一面为向电池层3侧凹陷的凹弧面。

如此设置，在湿法腐蚀剥离衬底1的过程中，同样有助于腐蚀液对牺牲层2的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而能加快牺牲层2的整体腐蚀速率，进而提高衬底1的剥离效率；同样，由于牺牲层2的边缘区域较厚，使电池层3的相应边缘区域与衬底1之间的距离相对增大，当牺牲层2边缘区域被腐蚀掉之后，如果电池层3边缘区域向衬底1侧弯曲的弯曲程度不变，则弯曲后的电池层3边缘区域与衬底1之间不可能再形成闭合，因此，牺牲层2的结构设计，使牺牲层2的边缘区域被腐蚀液腐蚀掉之后，能在一定程度上相对降低电池层3的弯曲程度，从而在一定程度上降低了弯曲的电池层3与衬底1形成闭合的可能性，进而有助于腐蚀液对牺牲层2的中间区域进行快速腐蚀，提高衬底1的剥离效率。

本实施例中，缓冲层4的结构与上述第一个实施例中相同。

另外，本实施例中，由于牺牲层2的远离衬底1的一面平齐，不会影响后续在牺牲层2上制备形成具有光电转换稳定性的电池层3，所以可以不用设置翘曲调节层。本实施例中未设置翘曲调节层。

本实施例中，砷化镓电池外延结构的其他结构与上述第一个实施例中相同，此处不再赘述。

基于砷化镓电池外延结构的上述结构，本实施例还提供一种该砷化镓电池外延结构的制备方法，与上述两实施例中的制备方法不同的是，本实施例中无需制备形成翘曲调节层。

本实施例中砷化镓电池外延结构的制备方法的其他步骤与上述第一个实施例中相同，此处不再赘述。

本实用新型的有益效果：本实用新型所提供的砷化镓电池外延结构，通过设置从边缘区域向中心区域厚度逐渐降低的牺牲层，在湿法腐蚀剥离衬底的过程中，有助于腐蚀液对牺牲层的边缘区域进行腐蚀之后向其中心区域流动，从而能加快牺牲层的整体腐蚀速率，同时，牺牲层的结构设计，使牺牲层的边缘区域被腐蚀液腐蚀掉之后，还能在一定程度上相对降低电池层的弯曲程度，从而在一定程度上降低了弯曲的电池层与衬底形成闭合的可能性，有助于腐蚀液对牺牲层的中间区域进行快速腐蚀，进而提高了衬底的剥离效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。