一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法技术

一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法，该柔性薄膜太阳电池包括柔性薄膜衬底、柔性薄膜衬底上的外延层结构、位于外延层结构和柔性薄膜衬底之间的下电极以及位于外延层之上的上电极，还包括外延结构上的贯穿过孔、通过贯穿过孔与下电极相连的贯穿电极、至少包覆贯穿过孔侧壁并位于贯穿电极和外延结构上表面之间的绝缘层结构，该绝缘层结构将贯穿电极与外延层绝缘；该贯穿电极与上电极包括位于外延层同侧的焊盘结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法
本专利技术提供了一种柔性薄膜太阳电池及其制造方法，属于半导体器件与工艺

技术介绍
柔性薄膜太阳电池因其质量轻、质量功率比高、可弯曲、适应环境多样等特点，在航天领域、军事领域、甚至是民用市场备受关注。柔性薄膜太阳电池的衬底一般为聚合物材料，这些聚合物薄膜为绝缘材料，所以制作的柔性薄膜电池其电极形式为同侧电极。相对于传统上N下P的电池器件结构，改变了原来的电池阵排列及焊接方式；其中一侧电极直接位于聚合物薄膜或者极薄的外延接触层上，此处电极的附着牢固度及可焊性相对于传统结构都有所降低，给柔性薄膜太阳电池阵的可靠性带来一定风险。通过改善柔性薄膜太阳电池的器件结构、优化工艺流程来提高柔性薄膜太阳电池的可靠性，是亟待解决的问题之一。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一柔性薄膜太阳电池及其制造方法。本专利技术的柔性薄膜太阳电池，包括柔性薄膜衬底、柔性薄膜衬底上的外延层结构、位于外延层结构和柔性薄膜衬底之间的下电极以及位于外延层之上的上电极，其特征在于：还包括外延结构上的贯穿过孔、通过贯穿过孔与下电极相连的贯穿电极、至少包覆贯穿过孔侧壁并位于贯穿电极和外延结构上表面之间的绝缘层结构，所述绝缘层结构将贯穿电极与外延层绝缘；所述贯穿电极与上电极包括位于外延层同侧的焊盘结构。所述柔性薄膜太阳电池的外延层厚度小于15um。所述柔性薄膜太阳电池的外延生长衬底的保留厚度小于10um。所述柔性薄膜太阳电池的上电极和下电极分别为一正电极和一负电极，其中上电极具有焊盘结构，供焊接使用。所述柔性薄膜太阳电池的贯穿电极与下电极电性相连，贯穿电极具有焊盘结构，供焊接使用。所述柔性薄膜太阳电池的贯穿电极焊盘结构位于绝缘层结构上，贯穿电极的非焊盘结构区域下方为贯穿过孔，通过该过孔处的电极，贯穿电极得以与下电极电性相连。优选地，所述柔性薄膜太阳电池的绝缘层结构包括但不限于SiO2、SiNx、Al2O3、MgF2、Ti3O5单层或多层膜结构；绝缘层材料可以采用与减反膜材料相同的结构，采用等离子增强的沉积方式。优选地，所述柔性薄膜太阳电池的衬底为聚合物柔性薄膜衬底，包含但不限于PET、PI、PMMA，采用旋涂固化的成膜方式，形成电池的柔性薄膜衬底或者采用商用的柔性薄膜衬底。所述柔性薄膜太阳电池包含但不限于单结或多结GaAs基、Ge基构成的三五族电池、硅基电池、铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何二种以上电池的复合型电池。优选地，所述柔性薄膜太阳电池的柔性薄膜衬底厚度小于150um；更优选地，所述的薄膜衬底厚度为50um。优选地，所述柔性薄膜太阳电池上电极、下电极和贯穿电极的至少一种电极采用金属或透明导电材料组成，透明导电材料包括但不限于ITO、IZO、GTO、TCO；贯穿电极的非焊盘区域采用透明导电材料制成，使贯穿过孔的侧壁及电池表面入射更多光线，从而提高电池效率。优选地，所述柔性薄膜太阳电池形成的组件，其连接形式为将贯穿电极焊盘与另外一颗太阳电池的上电极焊盘连接，不需从下电极处引线焊接。优选地，所述外延层结构还包括外延生长衬底，下电极设置在外延衬底和柔性薄膜衬底之间。优选地，外延生产衬底的厚度小于10um，贯穿孔贯穿外延生长衬底。根据本专利技术的第二个方面，一种柔性薄膜太阳电池的制造方法，包括如下步骤：（1）提供一太阳电池外延片，外延片包含外延层结构及生长衬底；（2）在所述太阳电池外延片上进行上胶掩膜，对所述贯穿电极区域进行曝光显影；对所述贯穿电极区域进行蚀刻，形成贯穿过孔；（3）在所述太阳电池外延片上进行绝缘介质膜沉积，并通过光罩、蚀刻，保留外延片上用于贯穿电极的区域以及贯穿过孔侧壁的绝缘层结构；（4）进行电极沉积前的光罩制作掩膜过程；然后进行贯穿电极以及上电极金属层沉积、剥离并去除掩膜材料；（5）将电池外延片临时键合至刚性支撑衬底，进行外延生长衬底减薄或去除；（6）进行下电极金属层沉积；（7）进行衬底制作，并移除刚性支撑衬底；（8）退火划片、并进行切割槽处理。优选地，所述步骤（2）中的蚀刻过程采用等离子刻蚀方式。优选地，所述步骤（3）中，所述柔性薄膜太阳电池的绝缘层结构包括但不限于SiO2、SiNx、Al2O3、MgF2、Ti3O5单层或多层膜结构；绝缘层材料可以采用与减反膜材料相同的结构，采用等离子增强的沉积方式，采用等离子辅助沉积的方式。优选地，所述步骤（5）中，所述外延生长衬底的减薄或去除可以采用机械研磨再化学腐蚀的方法，这样能够提高整个外延层的机械强度。优选地，所述步骤（5）中，利用化学法去除外延衬底的情况可以在衬底与外延层之间具有腐蚀截止结构。优选地，所述步骤（6）中，所述临时键合材料采用TPU热熔胶。优选地，所述步骤（8）中，所述步骤(7)中，所述衬底为聚合物非导电性衬底，采用溶液旋涂固化成膜的方式形成或直接采用商品化聚合物薄膜，采用溶液旋涂固化成膜的方式形成或直接采用商品化聚合物薄膜通过键合方式连接在下电极。优选地，所述步骤（3）贯穿过孔贯穿至至少部分外延衬底，步骤（5）减薄至外延生长衬底出现过孔的区域。本专利技术的有益效果在于：柔性薄膜太阳电池的正负极焊盘在全部的电池外延层上，相对于坐落在较薄接触层外延层或者柔性薄膜衬底薄膜上的电极焊盘，焊盘的可焊性大大提高，可靠性也进一步增强；焊盘通过过孔区域的贯穿电极与下电极相连，也即焊盘与整面的下电极相连，从而不至于影响柔性薄膜太阳电池的发电效率；电极材料可部分地（焊盘以外的电极）设置为透明电极材料，绝缘层的材料可以与减反射层材料相同，以增加光透过率；另外，进行衬底减薄或去除且蒸镀下电极后，采用直接旋涂成膜的方式形成最终使用的柔性薄膜衬底，从而避免了柔性薄膜衬底在电池工艺过程中受热，因为热膨胀系数不匹配而导致的电池失效情况，使柔性薄膜太阳电池的制作工艺更加稳定可靠，从而增加了电池本身及焊接后组件的可靠性。附图说明本附图说明以GaAs衬底双结电池外延片，制作柔性薄膜太阳电池为例进行说明，但不应以此局限本专利技术的保护范围。图1为实施例1的器件结构图，其中图1a为侧视图，图1b为俯视图；图2为实施例1的GaAs衬底双结太阳电池外延结构图；图3为实施例1中完成过孔蚀刻的器件结构示意图；图4为实施例1中完成过孔蚀侧壁绝缘的器件结构示意图，其中4a为侧视图，4b为俯视图；图5为实施例1中完成太阳电池正面电极和过孔电极及减反膜的器件结构示意图，其中5a为侧视图，5b为俯视图；；图6为实施例1中完成GaAs衬底去除并进行下电极沉积后的器件结构示意图；图7为实施例1柔性薄膜太阳电池进行组件制作的结构示意图，其中图7a为侧视图，图7b为俯视图。图中：001：GaAs衬底002：P型接触层003：中电池...

【技术保护点】
1.一种柔性薄膜太阳电池，包括柔性薄膜衬底、柔性薄膜衬底上的外延层结构、位于外延层结构和柔性薄膜衬底之间的下电极以及位于外延层结构之上的上电极，其特征在于：还包括外延层结构上的贯穿过孔、通过贯穿过孔与下电极相连的贯穿电极、至少包覆贯穿过孔侧壁并位于贯穿电极和外延层结构上表面之间的绝缘层结构，所述绝缘层结构将贯穿电极与外延层绝缘；所述贯穿电极与上电极包括位于外延层同侧的焊盘结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种柔性薄膜太阳电池，包括柔性薄膜衬底、柔性薄膜衬底上的外延层结构、位于外延层结构和柔性薄膜衬底之间的下电极以及位于外延层结构之上的上电极，其特征在于：还包括外延层结构上的贯穿过孔、通过贯穿过孔与下电极相连的贯穿电极、至少包覆贯穿过孔侧壁并位于贯穿电极和外延层结构上表面之间的绝缘层结构，所述绝缘层结构将贯穿电极与外延层绝缘；所述贯穿电极与上电极包括位于外延层同侧的焊盘结构。


2.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳电池的外延层厚度小于15um。


3.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述外延层结构还包括外延生长衬底。


4.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述外延生产衬底的厚度小于10um，贯穿过孔贯穿外延生长衬底。


5.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳电池的贯穿电极焊盘结构位于绝缘层结构上；贯穿电极的非焊盘结构区域下方包括贯穿过孔。


6.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳电池的绝缘层结构包括但不限于SiO2、SiNx、Al2O3、MgF2、Ti3O5单层或多层膜结构。


7.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：绝缘层材料采用与减反膜材料相同的结构。


8.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜衬底为非导电性衬底。


9.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜衬底为聚合物柔性薄膜衬底。


10.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：聚合物柔性薄膜衬底为PET、PI、PMMA中的至少一种制成。


11.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳电池包含但不限于单结或多结GaAs基、Ge基构成的三五族电池、硅基电池、铜铟镓硒、铜锌锡硫、碲化镉、有机电池、染料敏化电池、量子点电池或以上任何二种以上电池的复合型电池。


12.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳电池的柔性薄膜衬底厚度小于150um。


13.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：所述柔性薄膜太阳电池上电极、下电极和贯穿电极的至少一种电极采用金属或透明导电材料组成，透明导电材料包括但不限于ITO、IZO、GTO、TCO。


14.根据权利要求1所述的柔性薄膜太阳电池，其特征在于：其中贯穿电极的非焊盘区域和或上电极采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明阳，刘冠洲，毕京锋，李森林，宋明辉，陈文浚，
申请(专利权)人：天津三安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12