太阳电池集成式双结二极管的结构设计及制造方法技术

本发明专利技术提供一种太阳电池集成式双结二极管的结构设计及制作方法，该集成式二极管为双结结构，从上到下依次设置有上电极金属层、GaAs子电池、Ge子电池、Ge衬底和下电极金属层。该方法包括以下步骤，1)第一次光刻、湿法腐蚀，将二极管区域腐蚀至隧穿结层；2)第二次光刻、湿法腐蚀，将隔离区腐蚀至衬底层；3)光刻、蒸镀上电极；4)蒸镀下电极；5)划片；6)制减反射膜。本发明专利技术的有益效果是：集成式二极管采用GaAs结和Ge结双结结构，其开启电压只有1.5V左右，有益于并联电池在出现故障之时，及时导通旁路二极管，避免出现更大的电池伤害；本发明专利技术降低了其热阻值，进而大大降低旁路二极管被热击穿的风险。

【技术实现步骤摘要】
太阳电池集成式双结二极管的结构设计及制造方法
本专利技术涉及物理电源
，尤其涉及一种太阳电池集成式双结二极管的结构设计及制造方法。
技术介绍
太阳电池在空间工作中，由于卫星运动造成的阴影或者电池单体失效等原因，很容易造成电池阵帆板热斑效应，破坏太阳电池。为了防止热斑效应的产生，在单体太阳电池的正负极间并联一个旁路二极管，避开问题电池，起到分流作用。对于空间太阳电池阵，旁路二极管必不可少，十分关键。常用的空间用旁路二极管分为分体式和集成式，分体式旁路二极管与电池主体分别设计与制造，工序繁琐；集成式能够大大简化生产制作的器件工艺流程和后期的贴片工艺，因此，集成式电池的需求日益增大。目前，集成式二极管均采用多结结构设计，通过干法或湿法刻蚀隔离旁路二极管和电池主体，保留了太阳电池主体的多结GaInP/GaAs/Ge结构。由于旁路二极管具有开启电压高、串联电阻大等原因，容易造成工作中发热量大使得二极管失效等技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种太阳电池集成式双结二极管的设计及制造方法，尤其适合于降低开启电压，降低内阻，降低成本的GaAs结旁路二极管。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种太阳电池集成式双结二极管的结构设计，三结GaAs太阳电池与集成二极管在同一晶片上，所述集成式二极管为双结结构，从上到下依次设置有上电极金属层、GaAs子电池、Ge子电池、Ge衬底和下电极金属层。还包括一种太阳电池集成式双结二极管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，1)通过第一次光刻腐蚀工艺，将隔离区和二极管区域腐蚀至隧穿结层；2)通过第二次光刻腐蚀工艺，将隔离区腐蚀至衬底层；3)光刻、蒸镀主体电池以及二极管上电极；4)蒸镀下电极；5)通过划片工艺划成所需要的电池尺寸；6)电池上表面蒸镀减反射膜。进一步的，所述光刻腐蚀中的光刻方式的步骤为涂光刻胶1500-2500r/m，85-95℃下烘烤10-20min；再进行曝光，时间为15-25s；显影采用NaOH溶液，溶度为0.8-1.2％，时间为15-25s；坚膜温度为120-130℃，时间为20-25min。进一步的，所述第一次光刻腐蚀中的腐蚀液包括腐蚀液F1和腐蚀液F2，所述腐蚀液F1为HCl溶液，所述腐蚀液F2为H3PO4、H2O2和H2O的混合液，所述第二次光刻腐蚀中的腐蚀液为腐蚀液F3和腐蚀液F4，所述腐蚀液F3为HCl、H2O2和H2O的混合液,所述腐蚀液F4为HF、H2O2和H2O的混合液。进一步的，所述腐蚀液F2中H3PO4、H2O2和H2O的体积比为1:2:7，所述腐蚀液F3中HCL、H2O2和H2O的体积比为6:2:1，所述腐蚀液F4为HF、H2O2和H2O的体积比为2:1:7。进一步的，所述第一次光刻腐蚀的腐蚀方式为依次使用所述腐蚀液F2腐蚀18-23s，所述腐蚀液F1腐蚀55-65s；所述第二次光刻腐蚀的腐蚀方式为进一步的，所述光刻上电极的光刻方式的步骤为涂光刻胶800-1300r/m，85-95℃下烘烤10-20min；再进行曝光，时间为25-40s；显影时间为45-60s。进一步的，所述蒸镀上电极为在低真空条件下依次蒸镀Au、Ag和Au的复合薄膜，所述复合薄膜的厚度为4.9-5.1μm。进一步的，所述蒸镀下电极为在低真空条件下依次蒸镀Au、Ge、Ag和Au的复合薄膜，所述复合薄膜的厚度为4.9-5.1μm。进一步的，所述电池上表面制成减反射膜为在高真空条件下依次蒸镀三氧化二钛和三氧化二铝的复合薄膜，所述三氧化二钛膜的厚度为40nm-50nm；所述三氧化二铝膜的厚度为70nm-80nm。本专利技术具有的优点和积极效果是：1.降低开启电压旁路二极管的功能之一是正向导通性，只要当二极管加上的正向电压大于开启电压时，二极管实现正向导通。而开启电压的大小跟本身材料和PN结内电场有关，过往的集成式二极管是由Ge结、GaAs结、GaInP结以及多种材料构成，开启电压为2Ⅴ～3Ⅴ，大大增大了其开启电压，本专利技术的集成式二极管只采用Ge结与GaAs结双结结构，其开启电压只有1.5Ⅴ左右，有益于并联电池在出现故障之时，及时导通旁路二极管，避免出现更大的电池伤害。2.降低内阻旁路二级管在导通工作时，其发热量是跟热阻有很大的关系，热阻越小，发热量就越小，散热效果也就越好，相应的工作温度也就越低，即可避免或减小了因过热导致的二极管失效的可能性。一般集成式旁路二极管主要由Ge结、GaAs结、GaInP结等多结构成，其热阻是多种材料内阻、结电阻、各结之间的面接触电阻等多个串联阻值之和；本专利技术的集成式旁路二极管由GaAs结和Ge结构成，降低了其热阻值，进而大大降低旁路二极管被热击穿的风险。3.降低成本本专利技术利用了主体电池外延结构，而不是通过增加外延工艺实现旁路二极管的构造，本专利技术取得了降低开启电压、降低内阻的有益效果，减少了外延的费用，大大降低了电池的使用成本。附图说明图1是本专利技术集成式旁路二极管与其它类剖面结构差异图其中，图1A为一般集成式二极管的剖面图，图1B为本专利技术集成式双结式旁路二极管的剖面图，101-Ge衬底，102-Ge子电池，103-GaAs子电池，104-GaInP子电池，105-上电极金属层(Au/Ag/Au)，106-下电极金属层(Au/Ge/Ag/Au)图2是本专利技术集成式旁路二极管太阳电池剖面结构示意图其中，A-太阳电池，B-隔离槽，C-二极管，201-Ge衬底(p)，202-Ge外延层(n+)，203-第一隧道二极管，204-GaAs子电池，205-第二隧道二极管，206-GaInP子电池，207-GaAs帽子层，208-上电极金属层(AuAgAu)，209-减反射膜，210-下电极金属层(AuGeAgAu)图3是本专利技术集成式旁路二极管太阳电池正面俯视图其中，3-A-旁路二极管区，301-上电极金属Au/Ag/Au，302-双结二极管，303-隔离槽图4是本专利技术集成式双结旁路二极管太阳电池制造流程具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细说明。本专利技术对这种具有双结结构设计的集成式旁路二极管进行制作工艺说明。图4是依据集成式双结旁路二极管太阳电池制造流程顺序并结合图1、图2与图3进行工艺详细说明。本专利技术只针对集成式双结旁路二极管，与主体太阳电池有关的结构设计、电极工艺、减反射膜工艺、划片等工艺和一般工艺类似。如图1B所示，一种太阳电池集成式双结二极管的结构设计，集成式二极管为双结结构，从上到下依次设置有上电极金属层、GaAs子电池、Ge子电池、Ge衬底和下电极金属层，如图1A所示，普通集成式二极管的结构为多结结构，从上到下依次为上电极金属层、GaInP子电池、GaAs子电池、Ge子电池、电池主体和下电极金属层。如图4所示，一种太阳电池集成式双结二极管的制造方法，该方法包括以下步骤，1)依据三结外延结构在Ge衬底201上依次生长Ge子电池202、第一隧道二极管203、GaAs子电池204、第二隧道二极管205、GaInP子电池206、GaAs帽子层207；2)经过第一次光刻腐蚀去除隔离环区域以及二极管PN结区域上的GaInP结子电池206、GaAs帽子层207的外延层，腐蚀至隧穿结；3)经过第二次光刻腐蚀依次去除隔离环的Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳电池集成式双结二极管的结构设计，其特征在于：三结GaAs太阳电池与集成二极管在同一晶片上，所述集成式二极管为双结结构，从上到下依次设置有上电极金属层、GaAs子电池、Ge子电池、Ge衬底和下电极金属层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳电池集成式双结二极管的结构设计，其特征在于：三结GaAs太阳电池与集成二极管在同一晶片上，所述集成式二极管为双结结构，从上到下依次设置有上电极金属层、GaAs子电池、Ge子电池、Ge衬底和下电极金属层。2.一种太阳电池集成式双结二极管的制造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，1)通过第一次光刻腐蚀工艺，将隔离区和二极管区域腐蚀至隧穿结层；2)通过第二次光刻腐蚀工艺，将隔离区腐蚀至衬底层；3)光刻、蒸镀主体电池以及二极管上电极；4)蒸镀下电极；5)通过划片工艺划成所需要的电池尺寸；6)电池上表面蒸镀减反射膜。3.根据权利要求2所述的一种太阳电池集成式双结二极管的制造方法，其特征在于：所述光刻腐蚀中的光刻方式的步骤为涂光刻胶1500-2500r/m，85-95℃下烘烤10-20min；再进行曝光，时间为15-25s；显影采用NaOH溶液，溶度为0.8-1.2％，时间为15-25s；坚膜温度为120-130℃，时间为20-25min。4.根据权利要求2或3所述的一种太阳电池集成式双结二极管的制造方法，其特征在于：所述第一次光刻腐蚀中的腐蚀液包括腐蚀液F1和腐蚀液F2，所述腐蚀液F1为HCl溶液，所述腐蚀液F2为H3PO4、H2O2和H2O的混合液，所述第二次光刻腐蚀中的腐蚀液为腐蚀液F3和腐蚀液F4，所述腐蚀液F3为HCl、H2O2和H2O的混合液,所述腐蚀液F4为HF、H2O2和H2O的混合液。5.根据权利要求4所述的一种太阳电池集成式双结二极管的制造方法，其特征在于：所述腐蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁存宝，杜永超，铁剑锐，王鑫，孙希鹏，李晓东，刘建生，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，天津恒电空间电源有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12