一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，屬半導體器件與工藝技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，作為第三代光伏發(fā)電技術(shù)的多結(jié)化合物太陽電池開始倍受關注，通過優(yōu)化子電池的數(shù)量和能帶結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，其光電轉(zhuǎn)化效率無論理論還是實際都是太陽能電池中最高的，被廣泛的應用于注重效率的空間電源領域。另外由于三五族材料良好的耐熱能力，使得多結(jié)化合物太陽電池十分適合于高倍聚光條件，在民用聚光光伏領域也有廣闊的應用前景。
[0003]多個太陽能電池芯片通過串并聯(lián)形成電池模組時，為了避免由于某一片電池芯片因被遮光而損壞，通常需要在電池芯片上并聯(lián)一個旁路二極管。單獨制備的旁路二極管封裝工藝較為復雜，因此在多結(jié)太陽能電池芯片上集成旁路二極管成為發(fā)展趨勢。在多結(jié)太陽能芯片上集成旁路二極管通常有兩種方案，一種是在多結(jié)太陽能電池外延結(jié)構(gòu)之上再外延生長二極管結(jié)構(gòu)，但這種方案增加了外延成本，且由于正面半導體極性不同而使得電極制備較為復雜。另一種方案是利用原有的多結(jié)太陽能電池外延結(jié)構(gòu)隔離出一個區(qū)域制備旁路二極管，這種方案的缺點是由于外延結(jié)構(gòu)不是針對旁路二極管設計，制備出的旁路二極管通常正向壓降較高，使得整個模組在旁路二極管上消耗的功率較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，包括以下步驟:
1)在襯底上形成多結(jié)太陽能電池外延層結(jié)構(gòu)；
2)形成太陽能電池制作區(qū)域與旁路二極管制作區(qū)域之間的隔離槽；
3)對旁路二極管制作區(qū)域的外延層進行特定能量的離子注入，使其多結(jié)子電池中的至少一個子電池pn結(jié)的摻雜情況被改變；
4)對上述旁路二極管制作區(qū)域的外延層進行特定波長的強光照射，使其多結(jié)子電池中的至少一個子電池pn結(jié)受到高溫退火處理；
5)制備太陽能電池與旁路二極管的正面、背面電極與減反射膜；
6)按照互聯(lián)規(guī)則封裝太陽能電池與旁路二極管。
[0005]優(yōu)選地，所述多結(jié)太陽能電池外延結(jié)構(gòu)包含多個子電池結(jié)構(gòu)，從上到下各個子電池的基區(qū)材料帶隙逐步減小，實現(xiàn)對不同波段的太陽光的吸收。
[0006]優(yōu)選地，所述離子注入過程只在旁路二極管制作區(qū)域進行，太陽能電池制作區(qū)域采用光刻膠、介質(zhì)層材料保護的方式來避免受到離子注入的影響。
[0007]所述離子注入過程通過調(diào)節(jié)注入離子的能量來控制注入深度，使其只作用于多結(jié)子電池外延層中的個別層。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟4)中利用太陽能電池各外延層的光吸收波段的不同，通過控制入射光波長，實現(xiàn)對特定外延層的光照退火。
[0009]優(yōu)選地，所述入射光具有良好的單色性，其能量的波長分布的半峰寬小于lOOnm，可以是激光或經(jīng)過濾光得到的單色光。。
[0010]優(yōu)選地，所述入射光是是脈沖光，通過調(diào)節(jié)激光能量密度、脈沖寬度、脈沖重復率，來控制目標外延層的退火溫度。
[0011]優(yōu)選地，為避免目標外延層以外的外延層受到影響，光照退火時對外延片采用水冷或液氮方式降溫，同時遮擋太陽能電池制作區(qū)域，只對旁路二極管制作區(qū)域進行光照退火。
[0012]本發(fā)明的創(chuàng)新點及優(yōu)點包括:利用太陽能電池每層外延層的光吸收波段的不同，通過控制入射光波長，實現(xiàn)對特定外延層的光照退火，同時結(jié)合可控注入深度的離子注入技術(shù)，實現(xiàn)對特定區(qū)域的特定外延層的摻雜情況的改變，利用該技術(shù)，在不影響其他區(qū)域的情況下，使得多結(jié)太陽能電池外延層制作的集成的旁路二極管的正向壓降減小或反向漏電減小，從而減少整個太陽能電池模組在旁路二極管上產(chǎn)生的功率損失。此方案不需要更改外延結(jié)構(gòu)，正面電極制備也較為簡單，且可以得到較好性能的旁路二極管。
【附圖說明】
[0013]圖1?4為本發(fā)明的GalnP/InGaAs/Ge三結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的結(jié)構(gòu)側(cè)面剖面示意圖，圖2-3中左側(cè)為旁路二極管制作區(qū)域，右側(cè)為太陽能電池制作區(qū)域。圖5為本發(fā)明圖4的等效電路圖。
[0014]圖中標示:001:p型Ge襯底;002:Ge底電池;003:中底電池隧穿結(jié);004:1nGaAs中電池;005:中頂電池隧穿結(jié);006: GaInP頂電池;007: η型InGaAs歐姆接觸層;008:隔離槽;009:SiNx絕緣層;O1:正面電極金屬;011:減反膜;012:背面電極金屬。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0016]—種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，可以選擇如下步驟獲得:
如圖1所示，本實例采用的襯底為P型Ge襯底(001)，用MOCVD方式在Ge緩沖層上依次生長Ge底電池(002)、中底電池隧穿結(jié)(003)、InGaAs中電池(004)、中頂電池隧穿結(jié)(005)、GaInP頂電池(006)、η型InGaAs歐姆接觸層(007)，所述InGaAs中電池的材料能帶寬度在1.3?I.5之間，所述GaInP頂電池的材料能帶寬度在1.8?1.9之間。
[0017]如圖2所示，在該外延片正面進行光刻并通過Cl2/Ar混合氣體氛圍下的反應離子刻蝕制備出太陽能電池與旁路二極管之間的隔離槽(008)。采用PECVD方式在太陽能電池制備區(qū)域上形成一層SiNx絕緣層(009)，通過光刻和腐蝕的方法去除旁路二極管區(qū)域的SiNx絕緣層，露出外延層。
[0018]通過離子注入，調(diào)節(jié)注入深度和劑量，在中頂電池隧穿結(jié)(005 )、InGaAs中電池
(004)、中底電池隧穿結(jié)(003)中注入P型摻雜雜質(zhì)Be。由于中頂電池隧穿結(jié)距離頂電池基區(qū)較近，不可避免的會在頂電池基區(qū)也注入雜質(zhì)，但只需控制諸如深度，不在頂電池發(fā)射區(qū)注入到雜質(zhì)即可。
[0019]通過離子注入，調(diào)節(jié)注入深度和劑量，在Ge底電池(002)中注入p型摻雜雜質(zhì)B。
[0020]采用820nm大功率脈沖激光，控制激光照射的區(qū)域，對旁路二極管制作區(qū)域的中頂電池隧穿結(jié)(005)、InGaAs中電池(004)、中底電池隧穿結(jié)(003)進行激光退火。調(diào)節(jié)激光能量密度、脈沖寬度、脈沖重復率，同時退火時對外延片進行水冷降溫，使中頂電池隧穿結(jié)
(005)、InGaAs中電池(004)、中底電池隧穿結(jié)(003)目標層的退火溫度足夠高，同時GaInP頂電池(006)保持較低溫度，使目標層摻雜的Be雜質(zhì)激活，轉(zhuǎn)變?yōu)镻型半導體層。
[0021]采用1064nm大功率脈沖激光，控制激光照射的區(qū)域，對旁路二極管制作區(qū)域的Ge底電池(002)進行激光退火。調(diào)節(jié)激光能量密度、脈沖寬度、脈沖重復率，同時退火時對外延片進行水冷降溫，使Ge底電池(002)目標層的退火溫度足夠高，同時GaInP頂電池(006)保持較低溫度，使目標層摻雜的B雜質(zhì)激活，轉(zhuǎn)變?yōu)镻型半導體層。
[0022]如圖3所示，去除SiNx層，用電子束蒸發(fā)的方法在太陽電池正面形成正面電極金屬
(010)和減反膜(011)。在襯底背面形成背面電極金屬(012)。對芯片進行快速熱退火使得金屬與半導體相熔合形成歐姆接觸。
[0023]如圖4所示，將制備好的太陽能電池芯片進行串并聯(lián)形成電池模組。每一顆電池芯片上集成的旁路二極管與下一顆電池芯片并聯(lián)，最終等效電路如圖5所示。
【主權(quán)項】
1.一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其步驟包括: I)在襯底上形成多結(jié)太陽能電池外延層結(jié)構(gòu)； 2)形成太陽能電池制作區(qū)域與旁路二極管制作區(qū)域之間的隔離槽； 3)對旁路二極管制作區(qū)域的外延層進行離子注入，控制離子注入的深度，使其多結(jié)子電池中的至少一個子電池pn結(jié)的摻雜情況被改變； 4)對上述旁路二極管制作區(qū)域的外延層進行特定波長的強光照射，使其多結(jié)子電池中的至少一個子電池pn結(jié)受到高溫退火處理； 5)制備太陽能電池與旁路二極管的正面、背面電極與減反射膜； 6)按照互聯(lián)規(guī)則封裝太陽能電池與旁路二極管。2.如權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:所述多結(jié)太陽能電池外延結(jié)構(gòu)包含多個子電池結(jié)構(gòu)，從上到下各個子電池的基區(qū)材料帶隙逐步減小，實現(xiàn)對不同波段的太陽光的吸收。3.如權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:所述離子注入過程只在旁路二極管制作區(qū)域進行，太陽能電池制作區(qū)域采用光刻膠、介質(zhì)層材料保護的方式來避免受到離子注入的影響。4.如權(quán)利要求3所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:所述離子注入過程通過調(diào)節(jié)注入離子的能量來控制注入深度，使其只作用于多結(jié)子電池外延層中的個別層。5.如權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中利用太陽能電池各外延層的光吸收波段的不同，通過控制入射光波長，實現(xiàn)對特定外延層的光照退火。6.如權(quán)利要求5所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:所述入射光是激光、單色光或其他單色性較好的光。7.如權(quán)利要求5所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:所述入射光是脈沖光，通過調(diào)節(jié)脈沖頻率、脈沖占空比、光強度來控制目標外延層的退火溫度。8.如權(quán)利要求1所述的一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，其特征在于:為避免目標外延層以外的外延層受到影響，光照退火時對外延片采用水冷或液氮方式降溫，同時遮擋太陽能電池制作區(qū)域，只對旁路二極管制作區(qū)域進行光照退火。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多結(jié)太陽能電池的集成旁路二極管的制備方法，包括以下步驟：在襯底上形成多結(jié)太陽能電池外延結(jié)構(gòu)；形成太陽能電池制作區(qū)域與旁路二極管制作區(qū)域之間的隔離槽；對旁路二極管制作區(qū)域的外延層進行特定能量的離子注入，使其多結(jié)子電池中的至少一個子電池pn結(jié)的摻雜情況被改變；對上述旁路二極管制作區(qū)域的外延層進行特定波長的強光照射，使其多結(jié)子電池中的至少一個子電池pn結(jié)受到高溫退火處理；制備太陽能電池與旁路二極管的正面、背面電極與減反射膜；按照互聯(lián)規(guī)則封裝太陽能電池與旁路二極管。
【IPC分類】H01L31/0725, H01L31/18, H01L31/074, H01L27/142
【公開號】CN105514207
【申請?zhí)枴緾N201510894699
【發(fā)明人】劉冠洲, 畢京鋒, 熊偉平, 李明陽, 楊美佳, 宋明輝, 李森林, 陳文浚
【申請人】天津三安光電有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月8日