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CN102800726A - 一种倒装太阳能电池芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种倒装太阳能电池芯片及其制备方法，包含：一键合转移衬底，所述的键合转移衬底为绝缘体；一键合金属层；一倒装太阳能电池外延层；所述的倒装太阳能电池外延层通过键合金属层与键合转移衬底贴合；所述的倒装太阳能电池外延层连同键合金属层被分割成至少两部分或以上；所述的被分割开的倒装太阳能电池外延层表面形成有正面电极；键合金属层与正面电极首尾互连，使得分割开后的外延层形成串联。本发明的优点在于，电池外延层被分割成完全隔离的若干部分后形成串联，大大降低了光生电流，从而降低了电池芯片串联电阻的功耗，而输出电压成倍增加，提高电池芯片光电转换效率；采用键合金属层作为背电极，实现了背电极极低的电阻性损耗。

Description

一种倒装太阳能电池芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种倒装太阳能电池芯片及其制备方法，属半导体光电子器件与技术领域。
背景技术
太阳能电池发电是未来新能源领域的重要组成部分，然而目前太阳能电池发电成本还较高，要降低成本，最直接有效地方法就是提高太阳能电池的光电转换效率。影响太阳能电池光电转换效率的因素很多，其中电池内部串联电阻的功率损耗是最重要的因素之一。
电池串联电阻的功率损耗由串联电阻以及光生电流的大小共同决定，在电池串联电阻一定的情况下，其功率损耗与电池的光生电流大小的二次方成正比，因此降低电池光生电流的同时提高电池电压的方法能有效地降低电池串联电阻的功率损耗，这一点在高倍聚光型太阳能电池的应用中尤为重要（目前聚光型太阳能电池多应用于1000倍左右聚光条件下，其电流密度达13-15A/cm2）。
减小电池芯片面积是降低电池光生电流的最有效方法之一，同时还可降低电池串联电阻。然而，减少电池芯片面积意味着在相同发电量要求的情况下，电池的封装数量即封装成本将成倍增加，如一颗1 cm2的高倍聚光太阳能电池芯片只需封装成一个太阳光接收器，而将其分割成0.04 cm2的电池芯片则需封装成25个接收器，虽然电池效率提高了，但封装成本成倍增加，最终的发电成本很有可能反而升高。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种倒装太阳能电池芯片及其制备方法。
根据本发明的第一个方面，一种倒装太阳能电池芯片，包含：绝缘性转移衬底，键合金属层及倒装太阳能电池外延层，所述倒装太阳能电池外延层通过键合金属层与转移衬底贴合，其特征在于：所述倒装太阳能电池外延层连同键合金属层被分割成至少若干单元，所述被分割开的倒装太阳能电池外延层表面设置有正面电极，所述键合金属层与所述正面电极首尾互连，使得分割开后的外延层形成串联连接。
优选地，所述转移衬底选自抛光玻璃、非掺杂硅片或有机绝缘衬底。
优选地，所述键合金属层为高电导材料，其既作为键合介质层，同时又作为背电极。
优选地，所述每个单元露出部分键合金属层，其一端与该单元的外延层连接，另一端向相邻各单元的外延层延伸。进一步地，所述相邻的两个单元之间，第一单元的键合金属层通过一金属连接层与第二单元的正面电极连接。更进一步地，还包括一绝缘层，其位于相邻的两个单元之间，所述金属连接层位于所述绝缘层上，所述绝缘薄膜的宽度大于连接金属层，长度小于连接金属层，保证了所述连接金属层与外延层侧壁的电绝缘，从而实现在同一转移衬底上形成若干完全隔离的小型太阳能电池。
根据本发明的第二个方面，一种倒装太阳能电池芯片的制备方法，包括步骤：1）提供一绝缘转移衬底及一倒装太阳能电池外延层；2）通过一键合金属层，采用金属键合工艺将所述倒装太阳能电池外延层转移至绝缘性转移衬底上；3）将倒装太阳能电池外延层连同键合金属层分割成若干单元；4）蚀刻各单元的太阳能电池外延层，露出部分键合金属层；5）在各单元的外延层正面制备正面电极；6）将露出的键合金属层与正面电极首尾互连，形成串联连接。
在本方法中，优选地，所述步骤4）中，各单元露出的键合金属层一端与太阳能电池外延层连接，另一端向相邻单元的外延层延伸。所述步骤6）包括：在各个单元露出的键合金属层与相邻单元的外延层之间形成一绝缘层；在所述绝缘层上形成一金属连接层，其连接所述露出的键合金属层和相邻单元的正面电极；其中，所述绝缘薄膜的宽度大于连接金属层，长度小于连接金属层，保证了所述连接金属层与外延层侧壁的电绝缘，从而实现在同一转移衬底上形成若干完全隔离的小型太阳能电池。
本发明的优点在于，将太阳能电池外延层分割成完全隔离的若干部分后形成串联，大大降低了光生电流，从而降低了电池芯片串联电阻的功耗，而输出电压成倍增加，提高了电池芯片光电转换效率，同时又由于分割开的各部分并未完全相互脱离，因此不会增加封装成本。进一步地，采用键合金属层作为背电极，避免了在未进行倒装键合的情况下必须外延生长高掺杂、厚度大的背面光生电流收集层，而外延生长的半导体光生电流收集层电阻较高、电阻性功率损耗高，因此，采用键合金属层作为背电极可实现背电极极低的电阻性损耗。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1～图12为根据本发明实施的一种倒装太阳能电池芯片制备工艺流程示意图。
图中各标号表示：
001：转移衬底；
002：倒装太阳能电池外延层；
003：倒装太阳能电池外延衬底；
004：键合金属层；
005：绝缘层；
006：连接金属层；
007：正面电极
具体实施方式
下面实施例公开了一种倒装太阳能电池芯片结构及其制备方法，该器件结构包括：绝缘性转移衬底，键合金属层及倒装太阳能电池外延层，其中倒装太阳能电池外延层通过键合金属层与转移衬底贴合。倒装太阳能电池外延层连同键合金属层被分割成至少若干单元，各单元外延层表面设置有正面电极，其与键合金属层首尾互连，使得分割开后的外延层形成串联连接。在一些实施例中，绝缘性转移衬底可以为抛光玻璃、硅片或有机绝缘衬底等绝缘性材料，以散热基板为佳。
下面结合对本发明的实施作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。一种倒装太阳能电池芯片的制备方法，主要包括衬底转移、外延片分割、制作导电连接等步骤，下面结合图1～图12进行具体说明。
如图1所示，提供倒装太阳能电池外延片及绝缘性转移衬底001。其中倒装太阳能电池外延片包括倒装太阳能电池外延衬底003及外延层002，键合转移衬底001为未经掺杂的硅片。
如图2所示，采用电子束蒸镀方法分别在倒装太阳能电池外延层002及转移衬底001表面蒸镀键合金属层004。
如图3所示，采用金属键合工艺将倒装太阳能电池外延片及键合转移衬底通过键合金属层004键合在一起。
如图4所示，采用化学腐蚀方法去除倒装太阳能电池外延衬底003。
如图5所示，通过光刻、蚀刻等工艺步骤将倒装太阳能电池外延层002连同键合金属层004蚀刻成若干个单元，其中相邻图形之间的间距为20～50微米之间，在保证图形之间完全分割的前提下尽量少浪费面积。图6为完成此步骤后的样品的俯视图，从图中可看出，每个单元呈“L”分布，分为主体区和连线区，其中末端突出部为连线区，且每个单元的起始端S位于主体区，末端E位于连线区。
如图7所示，采用光刻、蚀刻等工艺将各单元的连线区的外延层蚀刻去除，露出其下的部分键合金属层004，图8为沿线A-A的剖面图。
如图9所示，在电池芯片表面蒸镀绝缘层，通过光刻、蚀刻等工艺形成横跨相邻的分割单元边缘的绝缘层005，此处采用的绝缘薄膜为电子束蒸镀的二氧化硅材料。图10为图9中B部的局部剖面图。
如图11所示，采用光刻、金属蒸镀、金属剥离等工艺在绝缘层005之上形成连接金属层006，同时在分割开的外延层表面形成正面电极007。其中，连接金属层006宽度略小于所述的绝缘薄膜005，长度略大于绝缘薄膜005，从而实现相邻分割部分的背面电极（即键合金属层004）与正面电极007的电连接，同时又不会经外延层侧壁形成漏电甚至短路。
图12为图11中B的局部剖面图，从图中可看出，相邻的两个分割单元，在首尾相接的地方，其下方覆盖有绝缘层005，避免外延层侧壁产生漏电或短路，在绝缘层005上方形成金属连接线006，实现键合金属层与正面电极首尾互连，实现在同一转移衬底上形成串联式小型太阳能电池阵列。

Claims (10)

1.一种倒装太阳能电池芯片，包含：绝缘性转移衬底，键合金属层及倒装太阳能电池外延层，所述倒装太阳能电池外延层通过键合金属层与转移衬底贴合，其特征在于：
所述倒装太阳能电池外延层连同键合金属层被分割成至少若干单元，所述被分割开的倒装太阳能电池外延层表面设置有正面电极，所述键合金属层与所述正面电极首尾互连，使得分割开后的外延层形成串联连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池芯片，其特征在于：所述转移衬底选自抛光玻璃、非掺杂硅片或有机绝缘衬底。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池芯片，其特征在于：所述键合金属层为高电导材料，其既作为键合介质层，同时又作为背电极。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池芯片，其特征在于：所述每个单元露出部分键合金属层，其一端与该单元的外延层连接，另一端向相邻各单元的外延层延伸。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池芯片，其特征在于：相邻的两个单元之间，第一单元的键合金属层通过一金属连接层与第二单元的外延层连接。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池芯片，其特征在于：还包括一绝缘层，其位于相邻的两个单元之间，所述金属连接层位于所述绝缘层上。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池芯片，其特征在于：所述绝缘薄膜的宽度大于连接金属层，长度小于连接金属层，保证了所述连接金属层与外延层侧壁的电绝缘，从而实现在同一转移衬底上形成若干完全隔离的小型太阳能电池。
8.一种倒装太阳能电池芯片的制备方法，包括步骤：
1）提供一绝缘转移衬底及一倒装太阳能电池外延层；
2）通过一键合金属层，采用金属键合工艺将所述倒装太阳能电池外延层转移至绝缘性转移衬底上；
3）将倒装太阳能电池外延层连同键合金属层分割成若干单元；
4）蚀刻各单元的太阳能电池外延层，露出部分键合金属层；
5）在各单元的外延层正面制备正面电极；
6）将露出的键合金属层与正面电极首尾互连，形成串联连接。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中，各单元露出的键合金属层一端与太阳能电池外延层连接，另一端向相邻单元的外延层的延伸。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤6）包括：
在各个单元露出的键合金属层与相邻单元的外延层之间形成一绝缘层；
在所述绝缘层上形成一金属连接层，其连接所述露出的键合金属层和相邻单元的正面电极；
其中，所述绝缘薄膜的宽度大于连接金属层，长度小于连接金属层，保证了所述连接金属层与外延层侧壁的电绝缘，从而实现在同一转移衬底上形成若干完全隔离的小型太阳能电池。
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