專利名稱：一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片及其制備方法，屬半導(dǎo)體光電子器件與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池發(fā)電是未來(lái)新能源領(lǐng)域的重要組成部分，然而目前太陽(yáng)能電池發(fā)電成本還較高，要降低成本，最直接有效地方法就是提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。影響太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的因素很多，其中電池內(nèi)部串聯(lián)電阻的功率損耗是最重要的因素之
O
電池串聯(lián)電阻的功率損耗由串聯(lián)電阻以及光生電流的大小共同決定，在電池串聯(lián) 電阻一定的情況下，其功率損耗與電池的光生電流大小的二次方成正比，因此降低電池光生電流的同時(shí)提高電池電壓的方法能有效地降低電池串聯(lián)電阻的功率損耗，這一點(diǎn)在高倍聚光型太陽(yáng)能電池的應(yīng)用中尤為重要(目前聚光型太陽(yáng)能電池多應(yīng)用于1000倍左右聚光條件下，其電流密度達(dá)13-15A/cm2)。減小電池芯片面積是降低電池光生電流的最有效方法之一，同時(shí)還可降低電池串聯(lián)電阻。然而，減少電池芯片面積意味著在相同發(fā)電量要求的情況下，電池的封裝數(shù)量即封裝成本將成倍增加，如一顆I Cm2的高倍聚光太陽(yáng)能電池芯片只需封裝成一個(gè)太陽(yáng)光接收器，而將其分割成O. 04 cm2的電池芯片則需封裝成25個(gè)接收器，雖然電池效率提高了，但封裝成本成倍增加，最終的發(fā)電成本很有可能反而升高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片及其制備方法。根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片，包含絕緣性轉(zhuǎn)移襯底，鍵合金屬層及倒裝太陽(yáng)能電池外延層，所述倒裝太陽(yáng)能電池外延層通過(guò)鍵合金屬層與轉(zhuǎn)移襯底貼合，其特征在于所述倒裝太陽(yáng)能電池外延層連同鍵合金屬層被分割成至少若干單元，所述被分割開(kāi)的倒裝太陽(yáng)能電池外延層表面設(shè)置有正面電極，所述鍵合金屬層與所述正面電極首尾互連，使得分割開(kāi)后的外延層形成串聯(lián)連接。優(yōu)選地,所述轉(zhuǎn)移襯底選自拋光玻璃、非摻雜娃片或有機(jī)絕緣襯底。優(yōu)選地，所述鍵合金屬層為高電導(dǎo)材料，其既作為鍵合介質(zhì)層，同時(shí)又作為背電極。優(yōu)選地，所述每個(gè)單元露出部分鍵合金屬層，其一端與該單元的外延層連接，另一端向相鄰各單元的外延層延伸。進(jìn)一步地，所述相鄰的兩個(gè)單元之間，第一單元的鍵合金屬層通過(guò)一金屬連接層與第二單元的正面電極連接。更進(jìn)一步地，還包括一絕緣層，其位于相鄰的兩個(gè)單元之間，所述金屬連接層位于所述絕緣層上，所述絕緣薄膜的寬度大于連接金屬層，長(zhǎng)度小于連接金屬層，保證了所述連接金屬層與外延層側(cè)壁的電絕緣，從而實(shí)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)移襯底上形成若干完全隔離的小型太陽(yáng)能電池。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片的制備方法，包括步驟1)提供一絕緣轉(zhuǎn)移襯底及一倒裝太陽(yáng)能電池外延層；2)通過(guò)一鍵合金屬層，采用金屬鍵合工藝將所述倒裝太陽(yáng)能電池外延層轉(zhuǎn)移至絕緣性轉(zhuǎn)移襯底上；3 )將倒裝太陽(yáng)能電池外延層連同鍵合金屬層分割成若干單元；4)蝕刻各單元的太陽(yáng)能電池外延層，露出部分鍵合金屬層；5)在各單元的外延層正面制備正面電極；6)將露出的鍵合金屬層與正面電極首尾互連，形成串聯(lián)連接。 在本方法中，優(yōu)選地，所述步驟4)中，各單元露出的鍵合金屬層一端與太陽(yáng)能電池外延層連接，另一端向相鄰單元的外延層延伸。所述步驟6)包括在各個(gè)單元露出的鍵合金屬層與相鄰單元的外延層之間形成一絕緣層；在所述絕緣層上形成一金屬連接層，其連接所述露出的鍵合金屬層和相鄰單元的正面電極；其中，所述絕緣薄膜的寬度大于連接金屬層，長(zhǎng)度小于連接金屬層，保證了所述連接金屬層與外延層側(cè)壁的電絕緣，從而實(shí)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)移襯底上形成若干完全隔離的小型太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，將太陽(yáng)能電池外延層分割成完全隔離的若干部分后形成串聯(lián)，大大降低了光生電流，從而降低了電池芯片串聯(lián)電阻的功耗，而輸出電壓成倍增加，提高了電池芯片光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)又由于分割開(kāi)的各部分并未完全相互脫離，因此不會(huì)增 加封裝成本。進(jìn)一步地，采用鍵合金屬層作為背電極，避免了在未進(jìn)行倒裝鍵合的情況下必須外延生長(zhǎng)高摻雜、厚度大的背面光生電流收集層，而外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體光生電流收集層電阻較高、電阻性功率損耗高，因此，采用鍵合金屬層作為背電極可實(shí)現(xiàn)背電極極低的電阻性損耗。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖I 圖12為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片制備工藝流程示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)表不
001:轉(zhuǎn)移襯底；
002:倒裝太陽(yáng)能電池外延層；
003:倒裝太陽(yáng)能電池外延襯底；
004:鍵合金屬層；
005:絕緣層；
006:連接金屬層；
007:正面電極
具體實(shí)施例方式下面實(shí)施例公開(kāi)了一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法，該器件結(jié)構(gòu)包括絕緣性轉(zhuǎn)移襯底，鍵合金屬層及倒裝太陽(yáng)能電池外延層，其中倒裝太陽(yáng)能電池外延層通過(guò)鍵合金屬層與轉(zhuǎn)移襯底貼合。倒裝太陽(yáng)能電池外延層連同鍵合金屬層被分割成至少若干單元，各單元外延層表面設(shè)置有正面電極，其與鍵合金屬層首尾互連，使得分割開(kāi)后的外延層形成串聯(lián)連接。在一些實(shí)施例中，絕緣性轉(zhuǎn)移襯底可以為拋光玻璃、硅片或有機(jī)絕緣襯底等絕緣性材料，以散熱基板為佳。下面結(jié)合對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片的制備方法，主要包括襯底轉(zhuǎn)移、外延片分割、制作導(dǎo)電連接等步驟，下面結(jié)合圖I 圖12進(jìn)行具體說(shuō)明。如圖I所示，提供倒裝太陽(yáng)能電池外延片及絕緣性轉(zhuǎn)移襯底001。其中倒裝太陽(yáng)能 電池外延片包括倒裝太陽(yáng)能電池外延襯底003及外延層002，鍵合轉(zhuǎn)移襯底001為未經(jīng)摻雜的硅片。如圖2所示，采用電子束蒸鍍方法分別在倒裝太陽(yáng)能電池外延層002及轉(zhuǎn)移襯底001表面蒸鍍鍵合金屬層004。如圖3所示，采用金屬鍵合工藝將倒裝太陽(yáng)能電池外延片及鍵合轉(zhuǎn)移襯底通過(guò)鍵合金屬層004鍵合在一起。如圖4所示，采用化學(xué)腐蝕方法去除倒裝太陽(yáng)能電池外延襯底003。如圖5所示，通過(guò)光刻、蝕刻等工藝步驟將倒裝太陽(yáng)能電池外延層002連同鍵合金屬層004蝕刻成若干個(gè)單元，其中相鄰圖形之間的間距為20 50微米之間，在保證圖形之間完全分割的前提下盡量少浪費(fèi)面積。圖6為完成此步驟后的樣品的俯視圖，從圖中可看出，每個(gè)單元呈“L”分布，分為主體區(qū)和連線區(qū)，其中末端突出部為連線區(qū)，且每個(gè)單元的起始端S位于主體區(qū)，末端E位于連線區(qū)。如圖7所示，采用光刻、蝕刻等工藝將各單元的連線區(qū)的外延層蝕刻去除，露出其下的部分鍵合金屬層004，圖8為沿線A-A的剖面圖。如圖9所示，在電池芯片表面蒸鍍絕緣層，通過(guò)光刻、蝕刻等工藝形成橫跨相鄰的分割單元邊緣的絕緣層005，此處采用的絕緣薄膜為電子束蒸鍍的二氧化硅材料。圖10為圖9中B部的局部剖面圖。如圖11所示，采用光刻、金屬蒸鍍、金屬剝離等工藝在絕緣層005之上形成連接金屬層006,同時(shí)在分割開(kāi)的外延層表面形成正面電極007。其中,連接金屬層006寬度略小于所述的絕緣薄膜005，長(zhǎng)度略大于絕緣薄膜005，從而實(shí)現(xiàn)相鄰分割部分的背面電極(即鍵合金屬層004)與正面電極007的電連接，同時(shí)又不會(huì)經(jīng)外延層側(cè)壁形成漏電甚至短路。圖12為圖11中B的局部剖面圖，從圖中可看出，相鄰的兩個(gè)分割單元，在首尾相接的地方，其下方覆蓋有絕緣層005，避免外延層側(cè)壁產(chǎn)生漏電或短路，在絕緣層005上方形成金屬連接線006，實(shí)現(xiàn)鍵合金屬層與正面電極首尾互連，實(shí)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)移襯底上形成串聯(lián)式小型太陽(yáng)能電池陣列。
權(quán)利要求
1.一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片，包含絕緣性轉(zhuǎn)移襯底，鍵合金屬層及倒裝太陽(yáng)能電池外延層，所述倒裝太陽(yáng)能電池外延層通過(guò)鍵合金屬層與轉(zhuǎn)移襯底貼合，其特征在于 所述倒裝太陽(yáng)能電池外延層連同鍵合金屬層被分割成至少若干單元，所述被分割開(kāi)的倒裝太陽(yáng)能電池外延層表面設(shè)置有正面電極，所述鍵合金屬層與所述正面電極首尾互連，使得分割開(kāi)后的外延層形成串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于所述轉(zhuǎn)移襯底選自拋光玻璃、非摻雜硅片或有機(jī)絕緣襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于所述鍵合金屬層為高電導(dǎo)材料，其既作為鍵合介質(zhì)層，同時(shí)又作為背電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于所述每個(gè)單元露出部分鍵合金屬層，其一端與該單元的外延層連接，另一端向相鄰各單元的外延層延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于相鄰的兩個(gè)單元之間，第一單元的鍵合金屬層通過(guò)一金屬連接層與第二單元的外延層連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于還包括一絕緣層，其位于相鄰的兩個(gè)單元之間，所述金屬連接層位于所述絕緣層上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)能電池芯片，其特征在于所述絕緣薄膜的寬度大于連接金屬層，長(zhǎng)度小于連接金屬層，保證了所述連接金屬層與外延層側(cè)壁的電絕緣，從而實(shí)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)移襯底上形成若干完全隔離的小型太陽(yáng)能電池。
8.一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片的制備方法，包括步驟 1)提供一絕緣轉(zhuǎn)移襯底及一倒裝太陽(yáng)能電池外延層； 2)通過(guò)一鍵合金屬層，采用金屬鍵合工藝將所述倒裝太陽(yáng)能電池外延層轉(zhuǎn)移至絕緣性轉(zhuǎn)移襯底上； 3)將倒裝太陽(yáng)能電池外延層連同鍵合金屬層分割成若干單元； 4)蝕刻各單元的太陽(yáng)能電池外延層，露出部分鍵合金屬層； 5)在各單元的外延層正面制備正面電極； 6 )將露出的鍵合金屬層與正面電極首尾互連，形成串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池芯片的制備方法，其特征在于所述步驟4)中，各單元露出的鍵合金屬層一端與太陽(yáng)能電池外延層連接，另一端向相鄰單元的外延層的延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能電池芯片的制備方法，其特征在于所述步驟6)包括 在各個(gè)單元露出的鍵合金屬層與相鄰單元的外延層之間形成一絕緣層； 在所述絕緣層上形成一金屬連接層，其連接所述露出的鍵合金屬層和相鄰單元的正面電極； 其中，所述絕緣薄膜的寬度大于連接金屬層，長(zhǎng)度小于連接金屬層，保證了所述連接金屬層與外延層側(cè)壁的電絕緣，從而實(shí)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)移襯底上形成若干完全隔離的小型太陽(yáng)能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種倒裝太陽(yáng)能電池芯片及其制備方法，包含一鍵合轉(zhuǎn)移襯底，所述的鍵合轉(zhuǎn)移襯底為絕緣體；一鍵合金屬層；一倒裝太陽(yáng)能電池外延層；所述的倒裝太陽(yáng)能電池外延層通過(guò)鍵合金屬層與鍵合轉(zhuǎn)移襯底貼合；所述的倒裝太陽(yáng)能電池外延層連同鍵合金屬層被分割成至少兩部分或以上；所述的被分割開(kāi)的倒裝太陽(yáng)能電池外延層表面形成有正面電極；鍵合金屬層與正面電極首尾互連，使得分割開(kāi)后的外延層形成串聯(lián)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，電池外延層被分割成完全隔離的若干部分后形成串聯(lián)，大大降低了光生電流，從而降低了電池芯片串聯(lián)電阻的功耗，而輸出電壓成倍增加，提高電池芯片光電轉(zhuǎn)換效率；采用鍵合金屬層作為背電極，實(shí)現(xiàn)了背電極極低的電阻性損耗。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102800726SQ20121032200
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者熊偉平, 林桂江, 吳志敏, 宋明輝, 安暉 申請(qǐng)人:天津三安光電有限公司