集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成旁路二极管的倒装多结太阳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】
[0002]太阳电池是重要的清洁能源之一，由于太阳光能的分散性，形成规模的电源系统都必须采用大量太阳电池片进行串并联，由此带来的问题是，一旦串并联网络中其中一片电池片失效，将导致整个网络的发电功率大幅下降，同时，失效的电池片相当于一负载，形成所谓热斑，长时间负荷下将导致该失效电池片受到不可逆破坏，也就是整个网络受到不可逆效率衰减，甚至整个网络失效。因此，通常都会为每片电池片并联一反向二极管，称旁路二极管，正常工作状态下，旁路二极管由于反接于电池片，相当于开路；而当某一电池片失效，处于不工作状态，旁路二极管处于正向串联于相邻电池片，在较低压降下导通，保证了整个网络的正常运行。然而，加入旁路二极管，一方面增加了成本及封装工艺的复杂程度，另一方面，对于非聚光电池系统，如空间应用电池，由于电池紧密排列，旁路二极管将占用较大一部分面积，降低了太阳光的利用，而对于聚光电池系统，在一些同样需要密排的电池系统中，如电热联产电池系统，则无法实现每片电池片配置一个旁路二极管。目前，在一些太阳电池中，将旁路二极管集成在电池片上，即在电池片中隔离出一部分面积制成二极管，简化了电池封装工艺，同时也一定程度地降低了旁路二极管占用的光照面积，然而，这种方法仍未能完全避免光照面积的浪费，而更重要的，这种方法只适用于较小光生电流的情况下，因为旁路二极管允许通过的电流与其P-η结面积成正比，光生电流越大，要求旁路二极管面积也就越大，如在聚光电池中，旁路二极管将占用30%以上光照面积，显然是不适用的。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提供一种集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片及其制备方法，将旁路二极管设置于电池芯片背面，且其电极也位于电池背面，实现了有效光照面积的零浪费，并且，由于旁路二极管处于电池非受光面，对其面积大小没有限制，也就解决了大电流电池无法实现旁路二极管集成的问题。
[0004]根据本发明的第一方面，提供一种集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，所述倒装多结太阳电池芯片自上而下包含:玻璃盖片；透明粘接层；正面电极；n/p光电转换层；p/n隧穿结；n/p旁路二极管结构层，其P型层被部分蚀刻，露出部分η型层；第一背面电极，覆盖但不超出所述的旁路二极管Ρ型层；第二背面电极，覆盖但不超出露出的旁路二极管η型层；所述太阳电池芯片还包括至少一通孔，其贯穿所述η/ρ光电转换层、ρ/η隧穿结、η/ρ旁路二极管结构层，通孔内壁沉积有电绝缘层，通孔内填充金属，连接所述的正面电极与第一背面电极。
[0005]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述正面电极为栅状电极，对应所述的通孔位置设置有主电极，所述主电极覆盖并超出通孔端口，所述栅状电极的栅电极汇集连接到所述主电极。
[0006]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述η/ρ光电转换层为倒装生长多结电池结构，其中η型层为电池发射区，ρ型层为电池基区，所述η/ρ光电转换层还包括η型层上表面的窗口层，以及ρ型层下表面的背场层，所述多结电池通过遂穿结串联。
[0007]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述η/ρ旁路二极管结构层的ρ-η结方向与所述的η/ρ光电转换层相同，其中η型层厚度为1-5 μπι，ρ型层厚度为50-100nm。
[0008]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述η/ρ旁路二极管结构层的Ρ型层被部分蚀刻，剩余的Ρ型层区域涵盖并超出所述的通孔位置。
[0009]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述η/ρ旁路二极管结构层蚀刻后剩余的Ρ型层面积大小依据电池短路电流大小确定，使得旁路二极管ρ-η结通过的电流密度不大于70mA/mm2。
[0010]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述第一背面电极覆盖但不超出所述的旁路二极管P型层，所述第一背面电极涵盖并超出所述的通孔位置，所述第一背面电极与旁路二极管P型层形成欧姆接触。
[0011]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片，其特征在于:所述通孔内沉积电绝缘层，厚度为0.5-2 μ m。
[0012]根据本发明的第二方面，提供一种集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片的制备方法，其步骤包括:提供一倒装生长多结太阳电池外延片，其自下而上包括:外延衬底、η/ρ光电转换层、ρ/η隧穿结、η/ρ旁路二极管结构层；蚀刻掉部分所述的旁路二极管结构层的Ρ型层，露出部分η型层；蒸镀制备第一及第二背面电极；将上述外延片临时键合至玻璃衬底；去除外延衬底；蚀刻形成通孔，其贯穿所述的η/ρ光电转换层、ρ/η隧穿结、η/ρ旁路二极管结构层；沉积电绝缘层于通孔侧壁；沉积金属层，填充通孔内部，并形成正面电极，实现正面电极与第一背面电极的电连接；采用透明粘接剂将上述电池片与玻璃盖片贴合；去除临时键合玻璃衬底。
[0013]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片的制备方法，其特征在于:所述键合介质采用聚合物或玻璃浆料或低熔点金属。
[0014]所述的集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片的制备方法，其特征在于:所述通孔采用ICP干法蚀刻、化学溶液蚀刻方法，所述通孔截面为圆形或矩形，所述通孔为上宽下窄，侧壁为斜面，以利于通孔内绝缘层及填充金属的沉积。
[0015]对于聚光电池，电池散热是一项重要课题，而对于空间电池，电池厚度则是一项极为重要的参数，本发明提供的太阳电池芯片，外延衬底被完全去除，电池光电转换层产生的热量直接通过背面电极消散，大幅改善了电池的散热，另一方面，电池无衬底，则最大限度减轻了电池重量，在空间电池应用中具有突出优势。
【附图说明】
[0016]图1示意了提供一倒装多结太阳电池片，包含外延衬底、η/ρ光电转换层、ρ/η隧穿结、η/ρ旁路二极管结构层。
[0017]图2示意了蚀刻部分旁路二极管的ρ型层，露出部分η型层。
[0018]图3示意了沉积第一、第二背面电极。
[0019]图4不意了将图3不意的电池片临时键合至玻璃衬底。
[0020]图5示意了去除外延衬底。
[0021]图6示意了在对应上述剩余的旁路二极管η型层区域形成通孔。
[0022]图7示意了在上述通孔内壁沉积电绝缘层。
[0023]图8示意了在上述通孔内填充金属，并沉积正面电极。
[0024]图9示意了在上述电池片正面粘贴玻璃盖片。
[0025]图10示意了将临时键合玻璃衬底去除，形成一种集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片。
[0026]图11示意了一种集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片的正面俯视图。
[0027]图12示意了一种集成旁路二极管的倒装多结太阳电池芯片的背面俯视图。
[0028]图13示意了采用连接带将本发明提供的集成旁路二极管倒装多结太阳电池芯片串联，当其中一个或多个电池的光电转换层失效时，电流将经集成的旁路二极管流通，不会对该失效电池造成破坏。
[0029]图中标示:001:外延衬底；002:n/p光电转换层；003:p/n隧穿结；004:旁路二极管结构η型层；005:旁路二极管结构ρ型层；006:第一背面电极；007:第二背面电极；008:临时键合介质层；009:临时键合玻璃衬底；010:通孔;011:电绝缘层;012:正面电极;012a:正面电极主电极；012b:正面电极栅电极；013:通孔内填充金属；014:粘结剂；015:
玻璃盖片。
【具体实施方式】
[0030]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。实施例
[0031]如图1所示，提供