一种太阳能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，涉及一种太阳能电池外延结构。

背景技术：

砷化镓(GaAs)禁带宽度1.43ev，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，GaAs太阳能电池应用越来越广泛。

大多数GaAs电池都是在价格昂贵的单晶衬底如GaAs、SiC上制备的，因此成本高昂。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。目前的电池剥离技术多为通过对衬底与电池层间设置的牺牲层进行湿法腐蚀，来分离衬底和电池层。

但是湿法腐蚀需要消耗大量时间，影响电池生产效率，所以如何有效剥离电池层和衬底，提高薄膜电池的良率已经成为目前亟待解决的问题。

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，提供一种太阳能电池外延结构。该太阳能电池外延结构通过设置具有至少一个由相互叠置的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层和第二砷化铝层构成的叠层单元的牺牲层，在待剥离衬底剥离过程中，通过电化学腐蚀该太阳能电池外延结构，能使第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构层，多孔结构层能在湿法腐蚀过程中增大与湿法腐蚀液的接触面积，从而提高湿法腐蚀的效率和待剥离衬底剥离效率，多孔结构层还能在剥离过程中缓和电池层与待剥离衬底之间产生的剥离拉扯力，从而提高待剥离衬底与电池层的分离良率。

本实用新型提供一种太阳能电池外延结构，包括待剥离衬底和设置在所述待剥离衬底上的牺牲层和电池层，沿远离所述待剥离衬底的方向，所述牺牲层和所述电池层依次设置，所述牺牲层用于辅助所述待剥离衬底与所述电池层分离，所述牺牲层包括至少一个叠层单元，沿远离所述待剥离衬底的方向，各所述叠层单元依次叠置，所述叠层单元包括相互叠置的第一砷化铝层和第二砷化铝层，所述第一砷化铝层和所述第二砷化铝层均为n型掺杂层，且所述第一砷化铝层和所述第二砷化铝层的掺杂浓度不同。

优选地，所述第一砷化铝层的掺杂浓度范围为1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3；所述第二砷化铝层的掺杂浓度范围为1×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3。

优选地，所述叠层单元的数量为1～5个。

优选地，所述第一砷化铝层的厚度范围为1～10nm；所述第二砷化铝层的厚度范围为1～10nm。

优选地，所述牺牲层还包括第三砷化铝层，所述第三砷化铝层位于所述叠层单元的靠近所述电池层的一侧，所述第三砷化铝层为n型掺杂层，且所述第三砷化铝层的掺杂浓度低于所述第一砷化铝层和所述第二砷化铝层中任一的掺杂浓度。

优选地，所述第三砷化铝层的掺杂浓度范围为0～1×10¹⁷cm^-3。

优选地，所述第三砷化铝层的厚度范围为1～10nm。

本实用新型的有益效果：本实用新型所提供的太阳能电池外延结构，通过设置具有至少一个由相互叠置的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层和第二砷化铝层构成的叠层单元的牺牲层，在待剥离衬底剥离时，在酸性电解液的电化学腐蚀作用下，n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层和第二砷化铝层会被表面反型层的空穴氧化，使第一砷化铝层和第二砷化铝层中的多个局部氧化形成铝氧化物，铝氧化物溶解于酸性电解液，从而使第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构层，多孔结构层在电化学腐蚀后的氢氟酸溶液湿法腐蚀中，与氢氟酸溶液的接触面积增大，进而提高了湿法腐蚀的效率和待剥离衬底剥离效率，另外，多孔结构层还能在待剥离衬底的剥离过程中，缓和电池层与待剥离衬底之间产生的剥离拉扯力，进而提高了待剥离衬底与电池层的分离良率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中太阳能电池外延结构的结构剖视图；

图2为本实用新型实施例中太阳能电池外延结构的结构剖视图；

图3为图2中牺牲层的结构剖视图；

图4为本实用新型实施例中太阳能电池外延结构的衬底剥离方法的流程图。

其中的附图标记说明：

1.待剥离衬底；2.牺牲层；21.第一砷化铝层；22.第二砷化铝层；23.第三砷化铝层；3.电池层；4.电极；5.缓冲层；6.透明电极层；7.切割道。

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太阳能电池外延结构作进一步详细描述。

为了解决现有的太阳能电池衬底剥离效率低的技术问题，本实施例提供一种太阳能电池外延结构，如图1所示，包括待剥离衬底1和设置在待剥离衬底1上的牺牲层2和电池层3，沿远离待剥离衬底1的方向，牺牲层2和电池层3依次设置，牺牲层2用于辅助待剥离衬底1与电池层3分离，牺牲层2包括至少一个叠层单元，沿远离待剥离衬底1的方向，各叠层单元依次叠置，叠层单元包括相互叠置的第一砷化铝层21和第二砷化铝层22，第一砷化铝层21和第二砷化铝层22均为n型掺杂层，且第一砷化铝层21和第二砷化铝层22的掺杂浓度不同。

该牺牲层2通过设置至少一个由相互叠置的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层21和第二砷化铝层22构成的叠层单元，在待剥离衬底1剥离时，牺牲层2在酸性电解液的电化学腐蚀作用下，其中的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层21和第二砷化铝层22会被表面反型层的空穴氧化，使第一砷化铝层21和第二砷化铝层22中的多个局部氧化形成铝氧化物，铝氧化物溶解于酸性电解液，从而使第一砷化铝层21和第二砷化铝层22形成多孔结构层，多孔结构层在电化学腐蚀后的氢氟酸溶液湿法腐蚀中，与氢氟酸溶液的接触面积增大，进而提高了湿法腐蚀的效率和待剥离衬底1剥离效率，另外，多孔结构层还能在待剥离衬底1的剥离过程中，缓和电池层3与待剥离衬底1之间产生的剥离拉扯力，进而提高了待剥离衬底1与电池层3的分离良率。

基于上述实施例中太阳能电池外延结构的整体改进方案，本实施例提供一种太阳能电池外延结构，如图2所示，包括待剥离衬底1和设置在待剥离衬底1上的牺牲层2和电池层3，沿远离待剥离衬底1的方向，牺牲层2和电池层3依次设置，牺牲层2用于辅助待剥离衬底1与电池层3分离，牺牲层2包括至少一个叠层单元，沿远离待剥离衬底1的方向，各叠层单元依次叠置，叠层单元包括相互叠置的第一砷化铝层21和第二砷化铝层22，第一砷化铝层21和第二砷化铝层22均为n型掺杂层，且第一砷化铝层21和第二砷化铝层22的掺杂浓度不同。

其中，n型掺杂层的掺杂材料为Si，但不限于Si。第一砷化铝层21的掺杂浓度范围为1×10¹⁷cm^-3～1×10¹⁹cm^-3；第二砷化铝层22的掺杂浓度范围为1×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3。

该牺牲层2通过设置至少一个由相互叠置的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层21和第二砷化铝层22构成的叠层单元，在待剥离衬底1剥离时，牺牲层2在酸性电解液的电化学腐蚀作用下，其中的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层21和第二砷化铝层22会被表面反型层的空穴氧化，使第一砷化铝层21和第二砷化铝层22中的多个局部氧化形成铝氧化物，铝氧化物溶解于酸性电解液，从而使第一砷化铝层21和第二砷化铝层22形成多孔结构层，多孔结构层在电化学腐蚀后的氢氟酸溶液湿法腐蚀中，与氢氟酸溶液的接触面积增大，进而提高了湿法腐蚀的效率和待剥离衬底1剥离效率，另外，多孔结构层还能在待剥离衬底1的剥离过程中，缓和电池层3与待剥离衬底1之间产生的剥离拉扯力，进而提高了待剥离衬底1与电池层3的分离良率。

优选的，叠层单元的数量为1～5个。如此设置，能使第一砷化铝层21和第二砷化铝层22电化学腐蚀后形成的多孔结构层在后续的湿法腐蚀过程中与氢氟酸溶液充分接触，从而提高湿法腐蚀的效率和待剥离衬底1的剥离效率。本实施例中，如图3所示，叠层单元的数量为2。

优选的，第一砷化铝层21的厚度范围为1～10nm；第二砷化铝层22的厚度范围为1～10nm。

进一步优选的，牺牲层2还包括第三砷化铝层23，第三砷化铝层23位于叠层单元的靠近电池层3的一侧，第三砷化铝层23为n型掺杂层，且第三砷化铝层23的掺杂浓度低于第一砷化铝层21和第二砷化铝层22中任一的掺杂浓度。

其中，n型掺杂层的掺杂材料为Si，但不限于Si。该n型掺杂浓度的第三砷化铝层23，在电化学腐蚀过程中不会被腐蚀，从而能够保护电池层3免遭电解腐蚀损伤，且第三砷化铝层23能够在氢氟酸溶液中湿法腐蚀去除。

优选的，第三砷化铝层23的掺杂浓度范围为0～1×10¹⁷cm^-3。第三砷化铝层23的厚度范围为1～10nm。

另外，本实施例中的太阳能电池外延结构还包括电极4、缓冲层5、透明电极层6和按照需要设计的切割道7。电极4设置于待剥离衬底1的背离牺牲层2的一侧；缓冲层5设置于待剥离衬底1与牺牲层2之间，用于遮挡待剥离衬底1的表面缺陷；透明导电层6设置于电池层3背离牺牲层2的一侧；透明导电层6和电极4为太阳能电池外延结构的电源输出电极。切割道7用于将大尺寸的太阳能电池外延结构分割为需要的各种小尺寸的太阳能电池外延结构。

其中，待剥离衬底1为GaAs衬底、Ge衬底或SiC衬底等。缓冲层5采用GaAs材料，厚度100～1000nm。电池层3是由BSF层，基层，发射层，窗口层，欧姆接触层，隧道结等共同组成的单结或者多结砷化镓电池。

该太阳能电池外延结构各个膜层的制备方法采用比较成熟的MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)或MBE(Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)法，具体不再赘述。

基于太阳能电池外延结构的上述结构，本实施例还提供一种该太阳能电池外延结构的衬底剥离方法，如图4所示，包括：

步骤S10：将太阳能电池外延结构浸没于酸性电解液中进行电化学腐蚀，使牺牲层叠层单元中的第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构层。

该步骤具体包括：将太阳能电池外延结构浸没于硫酸或盐酸中；通过太阳光照射太阳能电池外延结构；或者，向太阳能电池外延结构的电极上加载正向偏压，直至叠层单元中的第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构层。

通过太阳光照射太阳能电池外延结构实现电化学腐蚀的原理为：太阳光照射太阳能电池外延结构，太阳能电池外延结构接收太阳光并将其转化为电流，电流流经叠层单元中的第一砷化铝层和第二砷化铝层，使第一砷化铝层和第二砷化铝层与酸性电解液之间形成了一个回路，该回路构成了一个腐蚀原电池，从而实现酸性电解液对第一砷化铝层和第二砷化铝层的腐蚀，使第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构。同理，通过向太阳能电池外延结构的电极上加载正向偏压，在太阳能电池外延结构内部形成电流，电流流经叠层单元中的第一砷化铝层和第二砷化铝层，使第一砷化铝层和第二砷化铝层与酸性电解液之间形成了一个回路，该回路构成了一个腐蚀原电池，从而实现酸性电解液对第一砷化铝层和第二砷化铝层的腐蚀，使第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构。

其中，正向偏压的电压范围为0.5～1V。多孔结构层中孔的直径范围为1～20nm。

步骤S11：将电化学腐蚀后的太阳能电池外延结构浸没于氢氟酸溶液中进行化学腐蚀，去除牺牲层，使太阳能电池外延结构的待剥离衬底与电池层分离。

该步骤具体包括：将电化学腐蚀后的太阳能电池外延结构浸没于氢氟酸溶液中进行化学腐蚀，去除多孔结构的第一砷化铝层和第二砷化铝层并去除第三砷化铝层。

本实用新型的有益效果：本实用新型中所提供的太阳能电池外延结构，通过设置具有至少一个由相互叠置的n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层和第二砷化铝层构成的叠层单元的牺牲层，在待剥离衬底剥离时，在酸性电解液的电化学腐蚀作用下，n型掺杂浓度不同的第一砷化铝层和第二砷化铝层会被表面反型层的空穴氧化，使第一砷化铝层和第二砷化铝层中的多个局部氧化形成铝氧化物，铝氧化物溶解于酸性电解液，从而使第一砷化铝层和第二砷化铝层形成多孔结构层，多孔结构层在电化学腐蚀后的氢氟酸溶液湿法腐蚀中，与氢氟酸溶液的接触面积增大，进而提高了湿法腐蚀的效率和待剥离衬底剥离效率，另外，多孔结构层还能在待剥离衬底的剥离过程中，缓和电池层与待剥离衬底之间产生的剥离拉扯力，进而提高了待剥离衬底与电池层的分离良率。

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。