柔性多结太阳电池及其制作方法

摘要

本发明公开了一种柔性多结太阳电池及其制作方法。该多结电池从下至上依次为柔性衬底、键合金属、多结电池外延结构，所述柔性衬底为比键合金属层的热膨胀系数低的金属材料薄膜，所述薄膜既提供一定柔韧性的支撑作用，也平衡所述键合金属层对外延结构的拉应力，使所述电池在最终使用之前处于平整状态。本发明之多结电池具有柔韧性，可适应大部分曲面场合应用，采用传统上、下电极结构，封装方便，且全金属结构十分利于散热。

权利要求

1.柔性多结太阳电池，从下至上依次包括柔性衬底、键合金属层、外延结构，所述外延结构不含有生长衬底，所述柔性衬底为比所述键合金属层热膨胀系数低的金属材料薄膜，采用沉积形成，所述薄膜既提供一定柔韧性的支撑作用，也平衡所述键合金属层对外延结构的拉应力，使所述电池在最终使用之前处于平整状态。

2.根据权利要求1所述的柔性多结太阳电池，其特征在于：所述金属材料薄膜的热膨胀系数与所述外延结构的热膨胀系数的差值小于或等于±4×10-6 /℃。

3.根据权利要求1所述的柔性多结太阳电池，其特征在于：所述金属材料薄膜的热膨胀-6系数为4 7×10  /℃。

~

4.根据权利要求1所述的柔性多结太阳电池，其特征在于：所述金属材料薄膜的厚度为

10 30μm。

~

5.根据权利要求1所述的柔性多结太阳电池，其特征在于：还包括位于所述外延结构之上的减反射膜，其为单层或多层结构，当为多结结构时，从外延结构表面开始，所述减反射层膜的折射率依次降低。

6.根据权利要求1所述的柔性多结太阳电池，其特征在于：所述金属材料薄膜的材料为Wu、Mo、Ge或其合金材料。

7.柔性多结太阳电池的制作方法，包含如下步骤：（1）提供第一衬底和倒装生长的多结电池外延结构；

（2）分别在所述第一衬底和外延结构的表面上形成键合金属层，将所述第一衬底和外延结构进行金属键合；

（3）将上述外延结构分隔成单颗芯粒结构；

（4）在所述外延结构远离所述第一衬底的一侧表面上形成具有一定支撑作用的可去除支撑层；

（5）去除所述第一衬底，露出所述键合金属层表面；

（6）在露出键合键层表面上形成一比所述键合金属层热膨胀系数低的金属材料薄膜，所述金属材料薄膜作为柔性衬底用于提供一定柔韧性的支撑作用，同时平衡所述键合金属层对外延结构的拉应力，使所述电池在最终使用之前处于平整状态；

（7）去除所述可去除支撑层。

8.根据权利要求7所述的柔性多结太阳电池的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述可去除支撑层为热熔性可剥离胶带。

9.根据权利要求7所述的柔性多结太阳电池的制作方法，其特征在于：所述步骤(6)中形成的所述金属材料薄膜的热膨胀系数为4 7×10-6 /℃。

~

10.根据权利要求7所述的柔性多结太阳电池的制作方法，其特征在于：所述步骤(6)中形成的所述金属材料薄膜的厚度为10 30μm。

~

说明书

柔性多结太阳电池及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳电池制作方法，属于半导体器件与工艺技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，随着空间太阳电池的应用，基于柔性衬底的高倍聚光太阳电池因其自身具有重量轻、可卷曲、便于携带、高重量比功率等优点逐渐取代传统的电池而成为人们广泛研究的热点。

[0003] 常见可靠性较好的柔性衬底，大部分都为绝缘材料，其热导率较低，对于散热要求较高的使用端，很难满足散热要求；另外这些有机材料与半导体及金属材料的热膨胀系数也有一定差异，在工艺完成后，往往柔性电池已处于弯曲状态，增加了后端的应用困难。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明提出一种柔性多结太阳电池及其制作方法。

[0005] 根据本发明的第一个方面，柔性多结太阳电池，从下至上依次包括柔性衬底、键合金属层、外延结构，所述柔性衬底为比所述键合金属层热膨胀系数低的金属材料薄膜，所述薄膜既提供一定柔韧性的支撑作用，也平衡所述键合金属层对外延结构的拉应力，使所述电池在最终使用之前处于平整状态。

[0006] 优选地，所述金属材料薄膜的热膨胀系数与所述外延结构的热膨胀系数的差值小于或等于±4×10-6 /℃。

[0007] 优选地，所述金属材料薄膜的热膨胀系数为4 7×10-6 /℃。~

[0008] 优选地，所述金属材料薄膜的厚度为10 30μm。~

[0009] 优选地，所述电池还包括位于所述外延结构之上的减反射膜，其材料为包括但不限于Ti3O5、Al2O3 、MgF2、SiO2中的一层或多层组合，从外延结构表面开始，所述减反射层膜的折射率依次降低。

[0010] 优选地，所述金属材料薄膜的材料为Wu、Mo、Ge或其合金材料。该金属材料薄膜具有较强的支撑作用，且有一定柔韧性，能同时作为背金进行后端封装和散热需求；另外可平衡键合金属层两侧的应力，使该电池在后端应用之前一直处于平整状态，方便后端应用。

[0011] 根据本发明的第二个方面，柔性多结太阳电池的制作方法，包含如下步骤：（1）提供第一衬底和倒装生长的多结电池外延结构；（2）分别在所述第一衬底和外延结构的表面上形成键合金属层，将所述第一衬底和外延结构进行金属键合；（3）将上述外延结构分隔成单颗芯粒结构；（4）在所述外延结构远离所述第一衬底的一侧表面上形成具有一定支撑作用的可去除支撑层；（5）去除所述第一衬底，露出所述键合金属层表面；（6）在露出键合键层表面上形成一比所述键合金属层热膨胀系数低的金属材料薄膜，所述金属材料薄膜作为柔性衬底用于提供一定柔韧性的支撑作用，同时平衡所述键合金属层对外延结构的拉应力，使所述电池在最终使用之前处于平整状态；（7）去除所述可去除支撑层。

[0012] 优选地，所述步骤（1）中的第一衬底包括但不限于玻璃基板、GaAs衬底等，可采用化学方法蚀刻去除。

[0013] 优选地，所述步骤（1）中的倒装生长的多结电池外延具有生长衬底，并在步骤（2）完成金属键合后去除生长衬底。

[0014] 优选地，所述步骤（2）中在第一衬底上蒸镀厚度金属镀层Ti/Pt/Au，在多结电池外延结构上蒸镀金属镀层Pt/Ti/Au，然后进行键合。

[0015] 优选地，所述步骤（3）包括在上述外延结构的表面上制作电极和减反膜结构，进行退火处理，再将上述外延结构分隔成单颗芯粒结构，并将切割道进行钝化保护。

[0016] 优选地，所述步骤（4）中，所述可去除支撑层为热熔性可剥离胶带，该热熔性剥离胶带加热即可自动卷起去除。该过程也可采用其它热熔性材料如石蜡等，同样可以提供支撑作用。

[0017] 优选地，所述步骤（5）中采用化学蚀刻所述第一衬底，其蚀刻溶液优选地为氢氟酸溶液。

[0018] 优选地，所述步骤（6）中形成的所述金属材料薄膜的热膨胀系数为4 7×10-6 /℃。~

[0019] 优选地，所述步骤（6）中形成的所述金属材料薄膜的厚度为10 30μm。~

[0020] 本发明的创新点及优点在于：在芯片器件工艺进行中采用第一刚性衬底来进行支撑，从而使器件工艺现对于原有工艺不会复杂化；然后采用一定厚度的低热膨胀系数金属镀层作为柔性衬底来取代第一刚性衬底，降低了重量，解决了散热问题，使器件具有柔韧性，且该柔性衬底具有应力平衡作用，能降低翘曲程度，从而大幅降低芯片应用困难，最终器件结构中完全没有生长衬底，而柔性衬底也是与外延层厚度相当的金属衬底，从而使得该电池器件质轻柔韧散热优异。

附图说明

[0021] 图1为根据本发明实施的一种柔性多结太阳电池的结构侧面示意图。

[0022] 图2为本发明的实施示例工艺流程图。

[0023] 图中：

[0024] 100 第一衬底

[0025] 200 低热膨胀系数金属薄膜柔性衬底

[0026] 300 键合金属Ti/Pt/Au

[0027] 400 GaAs衬底

[0028] 500 电池外延层

[0029] 600 键合金属Pt /Ti/Au

[0030] 700 上电极

[0031] 800 减反膜

[0032] 900 保护涂层及可剥离胶带。

具体实施方式

[0033] 下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。请参看图1，根据本发明实施的一种柔性多结太阳电池，其结构为从下至上依次为柔性金属薄膜衬底200、键合金属300和600、多结电池外延结构500、上电极700及减反射膜800。下面结合图2和具体制作方法对该多结太阳电池进行详细说明。

[0034] 参看图2的（a）（d），提供第一衬底100和倒装生长的多结电池外延结构，分别在第~一衬底100和多结电池外延结构的外延层500表面上形成键合金属层。具体地，第一衬底100选择刚性材料，以可以化学蚀刻去除为佳，可以为玻璃基板、GaAs衬底等，本实施例选用抛光玻璃作为第一衬底100。

[0035] 在抛光玻璃100上采用电子束蒸镀Ti/Pt/Au作为键合金属层300，各层的厚度范围分别为50nm 100nm、50nm 100nm、500nm 800nm； 多结电池的外延结构包括生长衬底400和~ ~ ~外延层500，其中生长衬底可选用GaAs衬底，在外延层500的表面上采用电子束蒸镀Pt/Ti/Au作为键合金属600，各层的厚度范围分别为50nm 100nm、50nm 100nm、500nm 800nm。
~ ~ ~

[0036] 参看图2的（e）（f），将蒸镀金属镀层的第一衬底100和多结太阳电池的外延层500~进行键合，键合后将多结电池的生长基底GaAs 400采用碱性腐蚀液去除，露出多结电池外延层结构。

[0037] 参看图2的（g），对上述结构进行电池工艺，具体为：在外延层500上制作上电极700和减反射膜结构800，进行退火处理，接着采用化学蚀刻在外延结构中制作出切割道，将整个外延结构分隔成单颗芯粒结构，并对切割道进行钝化保护，完成电池工艺然后。其中，上电极700的材料为包括但不限于Au、Ag、AuGe、Ti、Pt等金属或合金材料，减反射膜结构800的材料为包括但不限于Ti3O5、Al2O3 、MgF2、SiO2中的一层或多层组合，并从外延层表面开始，要求膜材料的折射率依次降低。在本实施例中，上电极700为AuGeNi/Au/Ag/Au，减反射膜结构800为氧化钛和氧化铝。

[0038] 参看图2的（h），进行完电池芯片工艺后，在电池表面涂覆一层光刻胶，烤干后在正面粘附一层具有一定支撑性作用的可剥离胶带，共同组成保护层900。其中，该光刻胶优选的为正性光刻胶；该胶带优选地为热熔性可剥离胶带，该过程也可采用其它热熔性材料如石蜡等，同样可以提供支撑作用。

[0039] 参看图2的（i），将第一衬底100去除，直到露出键合金属300，具体采用氢氟酸蚀刻第一衬底。

[0040] 参看图2的（j），在裸露出的键合金属300一侧上形成金属材料薄膜200作为柔性衬底用于支撑多结电池的外延层500，该金属材料薄膜200的热膨胀系数与外延层500的热膨胀系数相近（两者的差值小于或等于±4×10-6 /℃为佳），但比键合金属的热膨胀系数低，以提供一定柔韧性的支撑作用，同时平衡键合金属层对外延结构的拉应力。优选地，金属材料薄膜200的厚度为10 30μm，热膨胀系数为4 7×10-6 /℃，其材料包括但不限于Wu、Mo、Ge~ ~及能够组成满足该条件的合金材料。本实施例中蒸镀一层20μm厚度的钨金属镀层作为金属材料薄膜200，该金属镀层厚度同外延层500的厚度接近，热膨胀系数为4.2×10-6 /℃，与外延层接近；该金属镀层可以起到支撑作用，且具有柔韧性，同时作为背金进行后端封装和散热需求，另外该金属镀层可以平衡键合金属两侧的应力，使该电池在后端应用之前一直处于平整状态。

[0041] 参看图2的（k），首先加热至100℃，先将可剥离胶带直接剥离去掉，然后再使用有机溶剂将光刻胶胶层去除即可。

[0042] 在上述实施例中，至少具备以下有益效果：（1）器件结构中完全没有外延生长衬底，柔性衬底为与外延层厚度相当的金属衬底，从而使得该电池器件重量较轻，且散热性能优异；该柔性衬底热膨胀系数与外延层相近，可以平衡键合金属两侧的应力，使该电池在后端应用之前一直处于平整状态，从而使该电池既具有柔韧性又不给后端使用带来封装的麻烦；（3）该器件制作过程中采用第一刚性做支撑，从而不至于增加器件工艺的难度，且第一衬底去除方便；将器件转移至柔性衬底时，采用光刻胶和热熔性可剥离胶带做保护，通过加热和浸泡溶液即可轻松去除该保护层，简单易行。

[0043] 很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。