一种太阳能电池衬底的转移方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能电池衬底的转移方法，包括以下步骤，S1、电池结构生长，S2、电池外延层、柔性衬底的表面进行金属键合层蒸镀，S3、临时衬底制作，S4、临时衬底键合层蒸镀，S5、衬底转移，S6、衬底去除，S7、器件制作，S8、退火，S9、临时衬底转移，S10、划片、测试。本发明专利技术工艺简单，操作方便，不仅能有效地解决薄膜电池剥离后临时键合胶粘结不牢问题，带胶清洁困难，带胶不易合金退火问题，柔性衬底与外延层膨胀系数不匹配，而引起的电池表面鼓泡、失效的问题，并且能够降低电池成本，提高了该电池的良品率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池衬底的转移方法
本专利技术涉及太阳能电池的
，具体为一种太阳能电池衬底的转移方法。
技术介绍
砷化镓薄膜太阳电池各结电池带隙较好的匹配全光谱，有助于太阳光的充分吸收，使得其光电转换效率远远领先于其他太阳电池，且其质量轻、易弯曲的特性，受到航天、航空等空间电源系统的高度依赖。平流层飞艇和太阳能无人机，主要用于通讯、资源勘探和军事侦查等领域，由于其白昼滞空时间长、灵活机动强和覆盖区域大等需求，砷化镓薄膜电池作为一个不可替代的选择。提高砷化镓太阳电池转化效率、降低电池面密度、电池成本迫不及待，尤其衬底剥离重复和转移衬底工艺是当前的一个技术难题，因此各高等院校、研究所、企事业单位以此作为攻关的重点方向。以下为目前砷化镓柔性薄膜电池普遍做法，主要步骤如下：（1）外延生长：采用MOCVD设备在GaAs衬底上依次生长N-GaAs的缓冲层、AlAs牺牲层、GaInP腐蚀截止层、N-GaAs接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P-InGaAs接触层完成外延片的生长；（2）电镀金属衬底将生长好的倒置结构太阳电池经过刻号、清洗，采用磁控溅射或者电子束依次蒸镀Ti、Pd和Au层打底，再将蒸镀完的电池表面电镀沉积一层铜衬底，厚度约20~25um;（3）衬底剥离：把镀铜一面粘合在具有一定支撑力的柔性材料，采用设计的剥离装置，用氢氟酸水溶液浸泡，腐蚀倒置结构中AlAs牺牲层，直到电池的外延层和衬底完全分离；（4）临时键合、衬底抛光将剥离下来的电池片，采用键合胶bonding到刚性支撑衬底；分离后的砷化镓衬底经过研磨粗抛、精抛光以备二次外延生长；（5）电极制作：采用负性光刻胶工艺光刻电极栅线图形，用电子束和热阻真空蒸镀的方式，在顶电池欧姆接触层上制备金属电极，并通过有机剥离将完成上电极制作；将完成选择性腐蚀的电池片，采用电子束蒸镀的方法蒸镀TiOx/Al203双层减反射膜；（6）解键合芯片器件工艺制作完成，通过加热或激光解键合，分离临时支撑衬底，清洗干净以备下一道工序。（7）退火、划片、测试完成铜衬底支撑的柔性太阳电池芯片制作；现有技术缺点在于：技术步骤（2）中，铜衬底膨胀系数约为电池外延层3倍，且铜厚度较厚，经过高低温后应力释放，电池外延层容易碎裂，电池光电性能失效；技术步骤（3）中，对专业衬底剥离设备依赖很强，目前暂无适合于产业化剥离的设备，剥离时间相当长，大约每片剥离时间6~10小时；另外，剥离时间长电池表面容易受腐蚀，影响产品良品率，不利于规模化生产；技术步骤（4）（6）中，剥离下来较薄的外延层及柔性衬底，大于30~40微米结构，临时键合操作比较复杂，键合的质量要求极高；键合后需要经过一系列的器件工艺加工，由于电池结构和支撑衬底之间有一层胶，工艺中的清洗、蚀刻会因溶液腐蚀键合层，影响键合的质量，导致分层；另外，晶片携带胶，合金退火需要增加了麻烦，需要制作专业的夹具固定晶片，不便于良品率控制。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：本专利技术提供了一种太阳能电池衬底的转移方法，包括以下步骤，S1：电池结构生长，采用MOCVD设备在GaAs衬底上生长电池外延层；S2：电池外延层、柔性衬底的表面进行金属键合层蒸镀，将生长好的电池外延层和柔性衬底，经过有机超声清洗，分别通过电子束和/或热蒸发依次蒸镀电池外延层金属键合层、柔性衬底金属键和层；S3：临时衬底制作，选取一片单面抛光硅片，采用激光将硅片刻穿通孔，从而制作出临时衬底；S4：临时衬底键合层蒸镀，临时衬底完成激光打孔，经有机清洗、干燥后在正表面化学气相沉积一层SiO2，形成SiO2牺牲层，并通过电子束沉积金属键合材料。S5：衬底转移，将蒸镀后的电池外延层金属键合层、柔性衬底和SiO2牺牲层相对合在一起，经过低温低压，使电池外延层、柔性衬底和临时衬底牢牢地粘附起来，取得键合好的电池片；S6：衬底去除，去除键合好的电池片上电池外延层的GaAs衬底，直至露出GaInP腐蚀截止层；S7：器件制作，去除所述GaInP腐蚀截止层，在N-GaAs接触层上制作上电极；先采用负性光刻胶工艺光刻电极栅线图形，用电子束和热阻真空蒸镀的方式，蒸镀腔体温度小于100℃，在外延片上制备金属电极，并通过有机剥离形成上电极；将电池外延层中N-GaAs接触层有选择性腐蚀去除上电极以外部分，在电池外延层的上电极以外区域，采用电子束或PECVD沉积的方法在外延片上蒸镀减反射膜；S8：退火，采用400℃快速退火炉，退火60s，形成良好的欧姆接触；S9：临时衬底转移，在退火好的电池表面涂一层容易去除的光刻胶作为临时保护层，使用化学溶液分离临时衬底；S10：划片、测试，采用金刚石刀片切割或激光切割对电池芯片分割，将非电池区域部分切除留下完整电池芯片，将切割好电池芯片侧面腐蚀清洗掉切割残渣颗粒，完成测试。优选的，所述电池外延层生长过程通过使用分子束外延和/或金属有机物化学气相沉积方法实现的。优选的，所述通孔横截面设置为圆形和矩形结构。优选的，所述的柔性衬底设置为刚性衬底，采用PI、PET、不锈钢或者可伐合金材质。优选的，所述单面抛光硅片厚度设置为300~500μm，所述通孔尺寸设置为1~3mm，相邻所述通孔之间的间隙设置为1~10mm。优选的，所述化学溶液为柠檬酸、双氧水、磷酸、硝酸、氢氟酸或者冰乙酸单一组成和/或多个组合。优选的，所述电池外延层从下往上依次包括N-GaAs的缓冲层、GaInP腐蚀截止层、N-GaAs接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P-InGaAs接触层。本专利技术有益效果（1）本专利技术工艺简单，操作方便，不仅能有效地解决薄膜电池剥离后临时键合胶粘结不牢问题，带胶清洁困难，带胶不易合金退火问题，柔性衬底与外延层膨胀系数不匹配，而引起的电池表面鼓泡、失效的问题，并且能够降低电池成本，提高了该电池的良品率。（2）本专利技术采用带孔刚性衬底，表面沉积、蒸镀较高蚀刻选择比材料，不需要可卷曲的柔性衬底，也可以通过浸泡、超声波震动完成衬底分离。（3）本专利技术采用电池外延片、柔性衬底和临时衬底三明治同时键合工艺，提高键合的牢固度，电池外延片衬底非常容易的腐蚀去除，露出平整的表面，方便光刻镀膜等器件工艺。（4）本专利技术采用AuIn低温低压共晶键合，有助于降低芯片的制造成本，提升临时衬底的使用寿命。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术电池外延片结构示意图。图3为本专利技术临时衬底结构俯视图。附图标记说明：10-GaAs衬底，11-N-GaAs的缓冲层，12-GaInP腐蚀截止层，13-N-GaAs接触层，14-GaInP顶电池，15-第一隧穿结，16-GaAs本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池衬底的转移方法，其特征在于，包括以下步骤，/nS1：电池结构生长，采用MOCVD设备在GaAs衬底（10）上生长电池外延层（36）；/nS2：电池外延层（36）、柔性衬底（34）的表面进行金属键合层蒸镀，将生长好的电池外延层（36）和柔性衬底（34），经过有机超声清洗，分别通过电子束和/或热蒸发依次蒸镀电池外延层金属键合层（35）、柔性衬底金属键和层（33）；/nS3：临时衬底（30）制作，选取一片单面抛光硅片，采用激光将硅片刻穿通孔（31），从而制作出临时衬底（30）；/nS4：临时衬底（30）键合层蒸镀，临时衬底（30）完成激光打孔，经有机清洗、干燥后在正表面化学气相沉积一层SiO

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池衬底的转移方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1：电池结构生长，采用MOCVD设备在GaAs衬底（10）上生长电池外延层（36）；
S2：电池外延层（36）、柔性衬底（34）的表面进行金属键合层蒸镀，将生长好的电池外延层（36）和柔性衬底（34），经过有机超声清洗，分别通过电子束和/或热蒸发依次蒸镀电池外延层金属键合层（35）、柔性衬底金属键和层（33）；
S3：临时衬底（30）制作，选取一片单面抛光硅片，采用激光将硅片刻穿通孔（31），从而制作出临时衬底（30）；
S4：临时衬底（30）键合层蒸镀，临时衬底（30）完成激光打孔，经有机清洗、干燥后在正表面化学气相沉积一层SiO2，形成SiO2牺牲层（32），并通过电子束沉积金属键合材料；
S5：衬底转移，将蒸镀后的电池外延层金属键合层（35）、柔性衬底（34）和SiO2牺牲层（32）相对合在一起，经过低温低压，使电池外延层（36）、柔性衬底（34）和临时衬底（30）牢牢地粘附起来，取得键合好的电池片；
S6：衬底去除，去除键合好的电池片上电池外延层（36）的GaAs衬底（10），直至露出GaInP腐蚀截止层（12）；
S7：器件制作，去除所述GaInP腐蚀截止层（12），在N-GaAs接触层（13）上制作上电极；先采用负性光刻胶工艺光刻电极栅线图形，用电子束和热阻真空蒸镀的方式，蒸镀腔体温度小于100℃，在外延片上制备金属电极，并通过有机剥离形成上电极；将电池外延层（36）中N-GaAs接触层（13）有选择性腐蚀去除上电极以外部分，在电池外延层（36）的上电极以外区域，采用电子束或PECVD沉积的方法在外延片上蒸镀减反射膜；
S8：退火，采用400℃快速退火炉，退火60s，形成良好的欧姆接触；
S9：临时衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洪清，米万里，李俊承，杨文斐，孙志泉，
申请(专利权)人：南昌凯迅光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36