[发明专利]一种串联式单片集成多结薄膜太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种串联式单片集成多结薄膜太阳能电池的制造领域。

背景技术

现有的量产太阳能电池，主要采用多晶硅、非晶硅等材料制作。由于硅的带隙只有1.1eV，且属于间接带隙半导体材料，故光电转换效率不高，仅有16％左右。若采用多结形式，通过多结结构吸收太阳光，则可以大大增加效率，可达40％以上。

现有多结太阳能电池均是单个分立结构，输出电压只有几伏，不能满足高压应用；而且由于使用硬衬底，造成电池是刚性的，不能满足有弧度表面如气球、飞艇上的应用；除此外造成太阳能电池重量较大，外延层仅有10μm左右有效，而支撑的衬底却有300-500μm厚，使传统太阳能电池95％以上的重量是无效的。因此，生产制造一种串联式单片集成的多结太阳能薄膜电池具有现实意义。

发明内容

本发明为了克服以上不足而提供一种串联式单片集成的多结薄膜太阳能电池的制造方法。

为达到本发明的目的，这种串联式单片集成的多结薄膜太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：

1、太阳能电池外延材料生长环节，使用分子束外延或者金属有机物化学气相沉积法在衬底上沉积太阳能电池外延材料，太阳能电池外延材料至少包括自衬底往上生成且依次连接的隔离层、下接触层、隧道结、多结p-n结结构、顶接触层，此技术方案能获得高质量的太阳能电池外延材料；

2、使用光刻技术和刻蚀技术腐蚀出下接触层台面，形成单片集成阵列排布的太阳能电池；

3、使用光刻技术和刻蚀技术将下接触层台面刻蚀到下层隔离层，使得相邻太阳能电池形成良好的电学隔离；

4、使用沉积方法在太阳能电池外延材料正面生长钝化绝缘层；

5、在钝化绝缘层上使用光刻技术和刻蚀技术开出电极窗口和入光窗口；

6、使用光刻技术和镀膜技术在电极窗口和钝化绝缘层上制备电连接层；

7、使用剥离技术和退火工艺，顶接触层和下接触层之间通过电连接层实现电连接。

太阳能电池外延材料生长环节还包括直接生长在衬底之上的腐蚀牺牲层，腐蚀牺牲层位于衬底与隔离层之间。

衬底材料是砷化镓材料，多结p-n结结构是镓铟磷/砷化镓双结或砷化镓/锗双结或镓铟磷/砷化镓/锗三结，顶接触层和下接触层是高掺杂的半导体材料，高掺杂的半导体材料是高掺杂的砷化镓，隔离层是半绝缘半导体或p-n结隔离，隧道结是指在下接触层上生长高掺杂且很薄的p-n结构层。至此形成了自上往下禁带宽度依次减小的多种半导体p-n结串联的太阳能电池外延材料，能够对太阳光进行多次吸收实现高效率光电转换。

刻蚀技术是感应耦合等离子体刻蚀或反应离子刻蚀或湿法刻蚀或等离子刻蚀。

沉积方法是等离子体增强化学气相淀积或微波电子回旋共振-化学气相沉积。

钝化绝缘层是纳米氧化硅薄膜或纳米氮化硅薄膜。

镀膜技术是电子束蒸发蒸镀或溅射镀膜。

利用衬底剥离和薄膜转移技术结合该技术专设腐蚀牺牲层工艺，将砷化镓衬底剥离，同时将太阳能电池外延材料转移至柔性薄膜衬底上，太阳能电池外延材料与柔性薄膜衬底的结合方式可以是范德瓦尔斯力或者粘接剂粘接的方式，柔性薄膜是聚四氟乙烯薄膜或聚酰亚胺薄膜或者铝箔。

本发明的优点在于，通过对太阳光的多次吸收实现高效率光电转换，仅一次金属沉积即可完成太阳能电池串联连接，可以灵活实现大范围电压输出和高电压输出，满足有弧度表面如气球、飞艇上的应用，太阳能电池重量大幅度的降低，实现高效、高压输出、轻量和柔性，可以应用在航天等专门领域；制作工艺的创新，使得该太阳能电池性价比更高，更具市场竞争力。

附图说明

图1是太阳能电池材料结构示意图。

图2是下接触层台面刻蚀示意图。

图3是太阳能电池台面隔离刻蚀示意图。

图4是p-n结隔离层的结构示意图。

图5是钝化沉积与开口示意图。

图6是相邻俩太阳能电池串联结构示意图。

图7是一字型串联的太阳能电池结构示意图。

图8是S型串联的太阳能电池结构示意图。

图9是黑蜡支撑的太阳能电池材料结构示意图。

图10是太阳能电池外延材料与柔性薄膜衬底的结构示意图。

图11是本发明串联式单片集成多结薄膜太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图用实施例对本发明进一步说明：