一种薄膜太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种GaAs薄膜太阳能电池的制备方法以及该方法制备的太阳能电池。
【背景技术】
[0002]取之不尽用之不竭且无污染的太阳能一直是人们关注的焦点，随着传统燃料能源日益枯竭，空气污染问题日益严重，如何有效将光能转化为电能逐渐成为研宄热点。光伏发电根据光生伏特效应原理，可以通过太阳能电池将太阳光直接转化为电能，是目前太阳能最有效的利用方式。其中，以GaAs太阳电池为代表的II1-V族化合物太阳电池技术发展迅速。
[0003]GaAs太阳电池是以GaAs衬底为基础，通过MOCVD (金属有机化学气相沉积)外延制备的单结或多结太阳电池。随着技术日益成熟和MOCVD设备成本的降低，越来越多的研宄机构加大力度投入GaAs太阳电池研发。2010年后，GaAs太阳电池最高效率突破更趋频繁，目前，非聚光条件下单结电池效率可达28.8 %，多结电池效率可达38 %，远高于其它材料类型的太阳电池。GaAs太阳电池的应用领域逐步拓展，从最初的空间应用逐步扩展到地面应用，在便携式能源、汽车电子、消费电子等领域具有非常大的发展空间。
[0004]通常，GaAs薄膜太阳电池至少包括依次层叠设置的支撑层、背电极层、GaAs层、窗口层以及栅型电极层，其中，实现光电转换的部分在于GaAs层。为了得到性能良好的GaAs层，通常采用在GaAs衬底上先通过外延工艺生长牺牲层，再通过外延工艺生长GaAs层，然后通过刻蚀工艺除去牺牲层，剥离得到GaAs薄膜的工艺，这种用于制备半导体薄膜的技术被称为外延片剥离(Epitaxial Lift Off, EL0)工艺。
[0005]由于现有工艺的限制，GaAs衬底通常是由圆柱状单晶切割得到的晶圆，这就使得生长出的GaAs薄膜也为圆形。为了有效减少单位功率下光伏组件的面积，提高组件单位面积内的能量输出，通常会将圆形的GaAs薄膜进行裁切后再进行串并联以制成组件。但是，由于GaAs薄膜非常薄(仅有I μπι?10 μm)，而且为脆性材料，在裁切的过程中极易破碎，产品良率很低，生产成本很高，严重影响GaAs薄膜太阳能电池的商业应用。
【发明内容】
[0006]为此，本发明所要解决的是在GaAs薄膜太阳能电池的生产过程中，GaAs层图形化成本高的问题，从而提供GaAs层图形化成本低、工艺简单的薄膜太阳能电池制备方法，以及该方法制备的薄膜太阳能电池。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0009]S1、在GaAs衬底的上表面依次形成牺牲层、GaAs层和第一电极层；
[0010]S2、在第一电极层远离GaAs层的表面上形成掩膜层；
[0011]S3、通过刻蚀工艺对GaAs层和第一电极层进行图案化；
[0012]S4、除去掩膜层，在第一电极层远离GaAs层的表面上形成支撑层；
[0013]S5、除去牺牲层。
[0014]步骤S2中还包括在所述GaAs衬底的下表面以及侧面形成保护层的步骤。
[0015]步骤S3中所述的刻蚀工艺为湿法刻蚀。
[0016]步骤S3所形成的图案为单一图形。
[0017]步骤S3所形成的图案为多图形阵列。
[0018]所述多图形阵列中相邻图形的间距大于100 μπι。
[0019]所述步骤S5之后还包括在所述GaAs层上形成第二电极层的步骤。
[0020]所述掩膜层为耐无机酸碱腐蚀材料层，厚度为10 μπι?100 μ m ;所述保护层为耐无机酸碱腐蚀材料层。
[0021 ] 所述牺牲层为AlxGa^As层。
[0022]所述的薄膜太阳能电池的制备方法所制备的薄膜太阳能电池。
[0023]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
[0024]1、本发明提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，以外延片剥离技术为基础，先对GaAs层进行图案化，将图案化后的GaAs层负载至支撑层上之后再进行GaAs层的剥离。以第一金属层与牺牲层为依托，增加了刻蚀过程中GaAs层的强度，不但有效避免了 GaAs层在图案化过程中的损伤，提高了产品良率，降低了生产成本；而且，可以将GaAs层刻蚀为各种形状，扩大了所述薄膜太阳能电池的产品设计范围和应用范围。
[0025]2、本发明提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，在图案化的过程中可以通过图案设计将GaAs层生长过程中形成的坏点除去，提高GaAs层的利用率。而且，由于先对GaAs层进行图案化后进行牺牲层的剥离，剥离液与牺牲层的接触面增大，加速了剥离过程，提高了生产效率。
[0026]3、本发明提供一种薄膜太阳能电池的制备方法，除去牺牲层后的GaAs衬底处理后可以循环使用，有效节约的生产成本。
【附图说明】
[0027]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0028]图1-图5为本发明所述薄膜太阳能电池在制备过程中的剖视图；
[0029]图6是图5的俯视图。
[0030]图中附图标记表示为:1_第一电极层、2-GaAs层、3-牺牲层、4-GaAs衬底、5-保护层、6-掩膜层、7-支撑层、8-第二电极层。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0032]本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
[0033]本实施例提供一种薄膜太阳能电池及其的制备方法，如图5和图6所示，所述薄膜太阳能电池包括同一支撑7上形成的4个扇形电池单元，每个电池单元包括依次层叠设置在支撑层7上的第一电极层UGaAs层2和第二电极层8。作为本