专利名称：一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法
技术领域：
本发明是涉及太阳电池芯片，尤其是光电转换效率高的一种倒装型多结化 合物太阳电池芯片的制备方法。
背景技术：
利用太阳电池把太阳光能量转换为电能是目前开发利用太阳能的热点课 题。用于制备太阳电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硫化
镉、铜铟硒等等，每种半导体材料都具有确定的带隙宽度Eg 。
用一种半导体材料制成的单结太阳电池，只能将太阳光谱中能量大于等于 Eg的部分光子能量转换成电能，因而对太阳光谱中全部波长光子的利用是极其 不充分的。图1为AMI. 5条件下太阳光光谱分布情况，从图中可以看到太阳光 波长从几百纳米到几个微米都有分布。而太阳电池只对其带隙宽度Eg附近的太 阳光谱有较高的响应，而对其他部分的光谱响应较低。由于这种原因，太阳电 池对于太阳光的利用很不充分，转换效率较低，特别是只有一个pn结的太阳电 池。
从理论来说，太阳电池也只能把部分太阳光转换为电能。对于太阳电池光 电转换的过程来说，进入太阳电池的太阳光被电池层所吸收，电池层把其中一 部分转换成电能，另外一部分转换成热能使得太阳电池温度升高，使得光电转 换效率下降，影响太阳电池的使用。
为了提高太阳电池的效率， 一个最常采用的技术途径是，将不同Eg的几种 半导体迭加起来，制成多结级联太阳电池，各子电池分别将不同波段的太阳光能量转换成电能，这样可以更有效更充分地利用太阳能，大大提高太阳电池光
电转换效率。图2为典型三结化合物太阳电池结构，太阳电池主要包括Ge底电 池(禁带宽度约0. 67eV)、 Ga(In) As中电池(禁带宽度约1. 4eV)和GalnP顶太 阳电池(禁带宽度约1.9eV)。典型三结化合物太阳电池外延的顺序是先外延生 长中电池再外延生长顶电池，外延生长时要求中电池外延层和衬底晶格匹配， 而对顶电池外延层和衬底的晶格匹配要求相对较低。对于三结化合物太阳电池 来说，最理想的三结太阳电池的各层电池的禁带宽度分别是1.0eV、 1.4eV、 1. 9eV，而GalnAs电池如果设计成1. 0eV必然需要增加In组分，使得GalnAs 电池外延层和衬底晶格不匹配，外延出来的样品质量较差，达不到预期的效果。 目前解决这种问题的方法主要是设计倒装结构的太阳电池，即先外延晶格匹配 的GalnP顶太阳电池和Ga (In) As中电池，然后再外加In组分相对较多的GalnAs 底电池，太阳电池芯片制备过程中把Ge或者GaAs衬底剥离。图3为典型倒装 结构的三结化合物太阳电池，太阳电池芯片通过衬底转移制备到新的基板上面， 顶电池和底电池上制备上电极。但是对于倒装型的三结化合物太阳电池来说， 对于太阳光谱中大于1. 2微米的部分吸收很小，同样于提高光电转换效率不利。
发明内容
为解决倒装型太阳电池不能吸收大于1.2微米部分太阳光谱的问题，以提 高多结太阳电池芯片的光电转换效率，本发明提出一种倒装型多结化合物太阳 电池芯片的制备方法。
本发明实现上述目的所采用的技术方案是一种倒装型多结化合物太阳电池 芯片的制备方法，其步骤如下-
1)采用气象外延的方法制备倒装结构的多结化合物太阳电池,在外延片衬底上先外延顶电池，再外延中电池，最后外延底电池；
2) 在转移衬底的表面蒸镀制备有高反射率的金属电极,-
3) 在上述转移衬底的表面涂覆网格状荧光粉层；
4) 在上述转移衬底表面和多结化合物太阳电池的底电池表面制备有用于键 合的网格状厚金属电极；
5) 把转移衬底的表面和多结化合物太阳电池的底电池的表面键合在一起，荧 光粉层的表面同样和多结化合物太阳电池的底电池表面紧密接触；
6) 把多结化合物太阳电池外延片衬底去除。
本发明所涂覆的荧光粉是一种把长波长光谱转变为短波长光谱的荧光粉， 涂覆的荧光粉的厚度小于10微米；荧光粉选自碳酸盐荧光粉、YAG荧光粉或硅 酸盐荧光粉；黏附性溶剂选自室温固化硅橡胶、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇縮丁 醛、透明双氧树酯或聚醋酸乙烯，黏附性溶剂在可见光范围内具有高透光性、 具有弹性，在涂覆荧光粉之前，荧光粉与黏附性溶剂调配混和并搅拌均匀。本 发明的高反射率金属电极材料为Ag或Al，网格状厚金属电极材料选自Au、 Al、 Ag、 Sn、 Ti、 AuSn合金、AuGe合金、M、 Pb或PbSn;网格状厚金属总厚度大 于荧光粉层的厚度，但不超过0.5微米。
本发明的有益效果是通过在芯片制备过程中把荧光粉均匀涂覆在倒装型 太阳电池底电池的表面，所涂覆荧光粉可以把大于1.2微米部分太阳光谱转变 成短波长的太阳电池光谱灵敏度较高的光谱，这样太阳电池吸收的太阳光谱范 围拓宽，可以大大提高太阳电池的光电转换效率。
图i为太阳光光谱分布(AMI. 5);图2为典型三结化合物太阳电池结构； 图3典型倒装结构三结化合物太阳电池； 图4第一次光刻时转移衬底的表面图案； 图5第二次光刻时转移衬底表面图案； 图6根据本发明方法制备的太阳电池芯片。
图中100.外延片衬底；200.顶电池；300.中电池；400,底电池；500,转 移衬底；600.反射金属电极；700网格状荧光粉层；800.网格状厚金属电极。
具体实施例方式
下面结合附图3 图6和实施例对本发明进一步说明。
如图6所示的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片，其制备方法如下-
第一步采用气象外延的方法制备三结化合物太阳电池，先在外延片衬底
100上先外延顶电池200，再外延中电池300，最后外延底电池400，形成倒装 结构的三结化合物太阳电池，对外延好的倒装型太阳电池外延片进行清洗；
第二步对转移衬底500进行清洗，在转移衬底500表面蒸镀一层薄的反 射率较高的Ag金属电极层600;
第三步进行第一光刻工艺，在转移衬底500表面形成如图4所示的规则 的网状图案，黑色部分为留下的光刻胶；荧光粉为YAG荧光粉，黏附性溶剂在 可见光范围内具有高透光性、具有弹性，黏附性溶剂为室温固化硅橡胶，YAG荧 光粉与室温固化硅橡胶调配混和并搅拌均匀；进行荧光粉涂覆工艺，所涂覆的 荧光粉是一种把长波长光谱转变为短波长光谱的荧光粉，涂覆的荧光粉的厚度8 微米；然后进行剥离光刻胶工艺，在转移衬底的表面如图4中的白色格子部分 留下涂覆的荧光粉，黑色部分为留下的金属电极层800，第二次光刻工艺，在转移衬底500表面形成如图5所示的规则的网状图案，黑色部分为留下的光刻胶, 白色为金属电极层800;即在转移衬底500表面的形成一网格状荧光粉层700;
第四步在转移衬底表面蒸镀厚的网格状金属电极层800，以用于转移衬底 表面和多结化合物太阳电池的底电池表面的键合连接；剥离工艺，在转移衬底 表面形成网格状的金属电极800;底电池表面的电极制备，利用光刻、蒸镀电极 和剥离工艺在底电池表面形成和转移衬底表面同样的网状电极；网格状厚金属 电极材料为Au，网格状金属电极层800总厚度大于荧光粉层的厚度，网格状金 属电极层800总厚度为8.4微米。
第五步键合工艺，外延片底电池400表面和转移衬底500表面键合在一 起，网格状荧光粉层700的表面同样和多结化合物太阳电池的底电池400表面 紧密接触；
第六步如图3三结化合物太阳电池外延衬底与顶电池连接着，如图6所 示，本发明需要把倒装结构的三结化合物太阳电池的外延片衬底100剥离或者 腐蚀去除，露出顶电池；在顶电池上制备电极和减反射膜；切割工艺，把各个 太阳电池芯片分割开；进行检測，完成本发明三结化合物太阳电池的制作。
利用本发明制备好的倒装型化合物三结太阳电池芯片如图6所示，在底电 池400和转移衬底500中间除了电池层还多了一层网格形状的荧光粉层700;太 阳光照射到太阳电池芯片上面，大于1.2微米的长波长的光没有被太阳电池吸 收而是透射到荧光粉层700;荧光粉层把长波长的光转变为短波长的能够被太阳 电池吸收的光， 一部分直接返回被太阳电池吸收，另一部份被荧光份层下面的 高反射率的电极层600反射回太阳电池而被吸收，因此可以大大提升倒装型太 阳电池对于长波长的太阳光谱的吸收，从而可以提升太阳电池的光电转换效率。
权利要求
1.一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其步骤如下1)采用气象外延的方法制备倒装结构的多结化合物太阳电池，在外延片衬底上先外延顶电池，再外延中电池，最后外延底电池；2)在转移衬底的表面蒸镀制备有高反射率的金属电极；3)在上述转移衬底的表面涂覆网格状荧光粉层；4)在上述转移衬底表面和多结化合物太阳电池的底电池表面制备有用于键合的网格状厚金属电极；5)把转移衬底的表面和多结化合物太阳电池的底电池的表面键合在一起，荧光粉层的表面同样和多结化合物太阳电池的底电池表面紧密接触；6)把多结化合物太阳电池外延片衬底去除。
2. 如权利要求l所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特 征是所涂覆的荧光粉是一种把长波长光谱转变为短波长光谱的荧光粉。
3. 如权利要求1或2所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法， 其特征是所述的荧光粉选自碳酸盐荧光粉、YAG荧光粉或硅酸盐荧光粉。
4. 如权利要求l所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特 征是在涂覆荧光粉之前，荧光粉与黏附性溶剂调配混和并搅拌均匀；
5. 如权利要求4所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特 征是所述的黏附性溶剂选自室温固化硅橡胶、氟化乙烯丙烯、聚乙烯醇缩 丁醛、透明双氧树酯或聚醋酸乙烯。
6. 如权利要求5所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特 征是黏附性溶剂在可见光范围内具有高透光性、具有弹性。
7. 如权利要求1或2所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特征是所涂覆的荧光粉的厚度小于10微米。
8. 如权利要求l所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特 征是高反射率金属电极材料为Ag或Al。
9. 如权利要求l所述的一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，其特 征是网格状厚金属电极材料选自Au、 Al、 Ag、 Sn、 Ti、 AuSn合金、AuGe 合金、Ni、 Pb或PbSn;网格状厚金属总厚度大于荧光粉层的厚度，但不超过 0.5微米。
全文摘要
一种倒装型多结化合物太阳电池芯片的制备方法，采用气象外延的方法制备倒装结构的多结化合物太阳电池，在转移衬底的表面蒸镀制备有高反射率的金属电极；转移衬底的表面涂覆网格状荧光粉层；在上述转移衬底表面和多结化合物太阳电池的底电池表面制备有用于键合的网格状厚金属电极；把转移衬底和多结化合物太阳电池的底电池键合，荧光粉层的表面和多结化合物太阳电池的底电池表面紧密接触；把外延片衬底去除。通过在芯片制备过程中把荧光粉均匀涂覆在倒装型太阳电池底电池的表面，所涂覆荧光粉可把大于1.2微米部分太阳光谱转变成短波长的太阳电池光谱灵敏度较高的光谱，使太阳电池吸收的太阳光谱范围拓宽，可大大提高太阳电池的光电转换效率。
文档编号H01L31/18GK101656275SQ20091001829
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者杰 丁, 吴志强, 吴志敏, 林志东, 林桂江, 黄生荣 申请人:厦门市三安光电科技有限公司