專利名稱：基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法。
背景技術(shù)：
目前，III—V太陽電池的反向生長成為又一種提高太陽電池效率的重要技術(shù)。反向生長的多結(jié)太陽電池的制作方法為與正向生長結(jié)構(gòu)中薄的發(fā)射區(qū)在厚的基區(qū)后生長不同，在反向生長中，發(fā)射區(qū)在基區(qū)之前生長；頂電池最先生長，接著是中電池和底電池，然后將外延片鍵合到一個二次支撐物上，之后原始 的襯底被除去，把太陽電池的頂部表面暴露出來。反向生長的太陽電池第一個特點是，它容許底電池在與襯底晶格失配時也可以生長通過調(diào)整各子電池的帶隙，使得頂電池、中間電池和襯底晶格匹配，幾乎沒有缺陷，而只在最后生長的底電池外延過程中采用晶格失配和漸變緩沖層技術(shù)，將失配和位錯的影響降到最小，這種生長方法被稱為多結(jié)反向變形生長方法；第二個特點是，它可以對原始襯底進行回收和再利用。隨著薄膜剝離技術(shù)的日漸成熟，反向生長太陽電池的這一優(yōu)點會逐步體現(xiàn)出來。由于可以把襯底剝離，采用更輕更廉價的基版作支撐物，從而可以極大減小電源系統(tǒng)的質(zhì)量和體積，而超高的轉(zhuǎn)換效率可以降低成本，因而在各領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用空間和良好的發(fā)展前景。采用小于400°C的低溫鍵合技術(shù)，可以將晶格嚴重失配的材料直接連接起來，并且連接機械強度非常高。更重要的是晶格失配所產(chǎn)生的大量位錯和缺陷也都限制在鍵合界面附近幾個納米的薄層區(qū)域內(nèi)，不會對其他區(qū)域材料的性能造成影響。低溫鍵合技術(shù)為III-V族化合物多結(jié)太陽電池的設(shè)計打開了新空間，運用低溫鍵合技術(shù)，可以在同一個多結(jié)電池結(jié)構(gòu)中選用晶格嚴重失配的材料。但是，通常采用的低溫鍵合技術(shù)，常常會出現(xiàn)由于鍵合氣體副產(chǎn)物帶來的大量微孔洞、微氣泡，最終影響電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種無微孔洞、微氣泡，提高太陽電池性能的基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法。本發(fā)明基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法包括如下技術(shù)方案基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，包括將Si襯底和GaInAs外延片經(jīng)拋光、在400°C以下鍵合成一體的制備過程，其特點是所述Si襯底鍵合的面上制備有豎直微氣孔，所述豎直微氣孔包括以下制備步驟步驟⑴Si襯底上熱生長SiO2掩膜層在清洗、摻雜P型摻雜劑后形成的Si襯底上，采用高溫?zé)嵫趸夹g(shù)，溫度為800-900°C，時間40-60分鐘，熱生長SiO2掩膜層；步驟⑵SiO2掩膜層上涂光刻膠在SiO2掩膜層上旋涂光刻膠后，置于干燥裝置，85_90°C下烘干5-10分鐘；
步驟⑶光刻膠上光刻出豎直微氣孔陣列采用光刻機，將一面帶有圓柱狀陣列的光刻版放置于機臺的光刻版架上，在步驟⑵烘干后的光刻膠上光刻出豎直微氣孔陣列，再置入干燥箱中100-120°C下烘干15-20分鐘步驟⑷SiO2掩膜層上腐蝕出豎直微氣孔陣列將步驟⑶完成后的Si襯底置入BHF腐蝕液中10-15分鐘，SiO2掩膜層上形成與光刻膠上孔徑、相鄰孔間距一致的豎直微氣孔陣列；步驟(5)去除掉光刻膠
將步驟⑷完成后的Si襯底置入丙酮中，去除掉光刻膠；步驟(6) Si襯底上刻蝕出豎直微氣孔陣列采用電感耦合等離子體ICP刻蝕工藝，壓力設(shè)置為10_2 - 10—1托、射頻功率100W、流量比為5:1的BCl3和Cl2，刻蝕速率為500 - 600nm/min，沿著步驟(5)完成后的SiO2掩膜層上的豎直微氣孔陣列對Si襯底進行刻蝕，Si襯底上形成與SiO2掩膜層上孔徑、相鄰孔間距一致的豎直微氣孔陣列步驟(7)去除SiO2掩膜層將步驟(6)完成后的Si襯底置入BHF腐蝕液中，去除掉SiO2掩膜層，即完成Si襯底上豎直微氣孔陣列的制作。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施所述步驟⑴中Si襯底的清洗步驟如下表所述
清洗步驟溶液時間(Min) 溫度(°C ) I超聲頻率(KHz)
~ 去離子水527700 1000
2SCl580700 1000
3去離子水527700 1000 ~ SC2 5 80 700 1000
5去離子水527700 1000
~6SC3580700 1000
~去離子水527700 1000
8DHF 溶液527700 1000
~9去離子水527700 1000
~10N2 氣吹干227700 1000表中的SCl為體積百分比含量15% NH3. H2O+!5% H202+70% H2O的溶液；SC2為體積百分比含量15% HCl+15% H202+70%H20的溶液；SC3為體積比含量濃硫酸H202=3 1的溶
液；DHF溶液為體積比HF = H2O=I :5-10的溶液。所述Si襯底和GaInAs外延片在拋光前和拋光后均進行清洗；其中拋光前清洗
的步驟如下表所述
權(quán)利要求
1.基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，包括將Si襯底和GaInAs外延片經(jīng)拋光、在400°C以下鍵合成一體的制備過程，其特征在于所述Si襯底鍵合的面上制備有豎直微氣孔，所述豎直微氣孔包括以下制備步驟 步驟⑴Si襯底上熱生長SiO2掩膜層 在清洗、摻雜P型摻雜劑后形成的Si襯底上，采用高溫?zé)嵫趸夹g(shù)，溫度為800-900°C，時間40-60分鐘，熱生長SiO2掩膜層； 步驟⑵SiO2掩膜層上涂光刻膠 在SiO2掩膜層上旋涂光刻膠后，置于干燥裝置，85-90°C下烘干5-10分鐘； 步驟⑶光刻膠上光刻出豎直微氣孔陣列 采用光刻機，將一面帶有圓柱狀陣列的光刻版放置于機臺的光刻版架上，在步驟⑵烘干后的光刻膠上光刻出豎直微氣孔陣列，再置入干燥箱中100-120°C下烘干15-20分鐘 步驟⑷SiO2掩膜層上腐蝕出豎直微氣孔陣列 將步驟⑶完成后的Si襯底置入BHF腐蝕液中10-15分鐘，SiO2掩膜層上形成與光刻膠上孔徑、相鄰孔間距一致的豎直微氣孔陣列； 步驟(5)去除掉光刻膠 將步驟⑷完成后的Si襯底置入丙酮中，去除掉光刻膠； 步驟(6) Si襯底上刻蝕出豎直微氣孔陣列 采用電感耦合等離子體ICP刻蝕工藝，壓力設(shè)置為10_2 - KT1托、射頻功率100W、流量比為5:1的BCl3和Cl2，刻蝕速率為500 - 600nm/min，沿著步驟(5)完成后的SiO2掩膜層上的豎直微氣孔陣列對Si襯底進行刻蝕，Si襯底上形成與SiO2掩膜層上孔徑、相鄰孔間距一致的豎直微氣孔陣列 步驟(7)去除SiO2掩膜層 將步驟(6)完成后的Si襯底置入BHF腐蝕液中，去除掉SiO2掩膜層，即完成Si襯底上豎直微氣孔陣列的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，其特征在于步驟⑴中Si襯底的清洗步驟如下表所述
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，其特征在于所述Si襯底和GaInAs外延片在拋光前和拋光后均進行清洗；其中拋光前清洗的步驟如下表所述
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，其特征在于步驟⑵中的干燥裝置為真空干燥箱中或加熱板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，其特征在于步驟⑶中所述光刻版為一面上有相鄰中心距50-400 u m、直徑為# 5 ii m的圓柱狀陣列的光刻鉻版。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，其特征在于所述相鄰中心距為50 u m、100 ii m、200 ii m或400 u m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于豎直微氣孔的Si與GaInAs低溫鍵合方法，包括將Si襯底和GaInAs外延片經(jīng)拋光、在400℃以下鍵合成一體的制備過程，其特點是所述Si襯底鍵合的面上制備出豎直微氣孔陣列。本發(fā)明由于在Si襯底的鍵合面上制備了豎直微氣孔陣列作為通道，Si襯底與GaInAs外延片低溫鍵合時，出現(xiàn)的微孔洞、微氣泡隨著鍵合時的壓力進入作為通道的豎直微氣孔中，避免了Si襯底與GaInAs外延片低溫鍵合時接觸面之間出現(xiàn)的微孔洞、微氣泡，有效提高了太陽電池的性能。
文檔編號H01L31/18GK102769074SQ20121028049
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者劉如彬, 孫強, 康培, 張啟明, 王帥, 穆杰, 高鵬 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所, 天津藍天太陽科技有限公司