阅读说明：本技术 一种用于制备太阳能电池的衬底及其加工方法 (A kind of substrate being used to prepare solar battery and its processing method ) 是由 刘桂勇 杨涛 宋士佳 李琳琳 于 2018-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于制备太阳能电池的衬底,在砷化镓衬底的背面沉积至少一层保护膜,所述保护膜的材质为氮化硅或氮化碳。本发明还提出制备所述衬底的加工方法。本发明采用氮化硅薄膜保护砷化镓衬底背面,延长了衬底的重复使用次数,降低了衬底在加工过程中的破损风险,大大地降低了电池的制造成本。(The present invention provides a kind of substrate for being used to prepare solar battery, and in the backside deposition at least one layer protective film of gallium arsenide substrate, the material of the protective film is silicon nitride or carbonitride.The processing method that the present invention also proposes to prepare the substrate.The present invention protects the gallium arsenide substrate back side using silicon nitride film, extends the reuse number of substrate, reduces the breakage risk of substrate in process, greatly reduce the manufacturing cost of battery.)

一种用于制备太阳能电池的衬底及其加工方法

技术领域

本发明光伏技术领域，具体涉及一种用于制备太阳能电池的衬底及其加工方法。

背景技术

砷化镓(GaAs)薄膜太阳能电池以其较高的光电转换效率(单结理论效率达27％，多结理论效率超过50％)而极具应用前景，但是，用于制造电池的砷化镓衬底本身较为昂贵，目前，市场上同样尺寸的砷化镓衬底的价格大约是硅衬底的10倍，为了进一步降低砷化镓薄膜太阳能电池的制造成本，通常会采用外延层剥离技术，以达到对砷化镓衬底重复使用降低成本的目的。

目前，砷化镓薄膜太阳能电池的制造工艺流程是：抛光后的砷化镓衬底通过MOCVD外延生长功能层薄膜，之后经过化学液的腐蚀作用，刻蚀掉牺牲层，使功能层薄膜与砷化镓衬底分离开，随后功能层薄膜会进入后续工序直到被组装成各种规格的电池组件；而剥离后的衬底依次经过预清洗、抛光、最终清洗烘干，再次进入MOCVD外延生长功能层薄膜，后续重复上述加工步骤从而使砷化镓衬底反复使用以降低生产成本。

砷化镓衬底在上述的重复使用过程中，其表面和背面都要经历多次的刻蚀、抛光，每次循环中衬底的单面掉量大约2-10μm；在各工序之间传送时衬底背面也不可避免地会被擦伤、污染，增加了衬底破损的风险；在MOCVD外延过程中，由于热应力的作用，砷化镓衬底会发生翘曲，当翘曲超过衬底的屈服强度就会导致衬底破裂，所以，目前衬底的厚度一般不小于400μm，而厚度小于400μm的衬底通常就直接报废了，这样造成了极大的浪费。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种用于制备太阳能电池的衬底

本发明的另一目的是提出一种用于制备太阳能电池的衬底加工方法。

实现本发明上述目的的具体技术方案为：

一种用于制备太阳能电池的衬底，在砷化镓衬底的背面沉积至少一层保护膜，所述保护膜的材质为氮化硅或氮化碳。

优选地，所述保护膜的厚度为2～6μm。

更优选地，所述砷化镓衬底的厚度为300～800μm。

一种制备所述衬底的加工方法，所述衬底为砷化镓衬底，在砷化镓衬底的背面沉积至少一层保护膜，所述保护膜的材质为氮化硅或氮化碳。

所述的衬底的加工方法，采用物理气相沉积或化学气相沉积的方法在所述砷化镓衬底的背面沉积所述保护膜。

进一步地，所述的衬底的加工方法为，直接在所述砷化镓衬底的背面沉积所述保护膜；或者，在使用所述砷化镓衬底进行太阳能电池制备的过程中，在所述砷化镓衬底表面外延生长完功能层薄膜后，在所述功能层薄膜表面沉积背电极以后，将所述砷化镓衬底翻转过来，在所述砷化镓衬底的背面上沉积所述保护膜。

本发明一种优选技术方案是采用物理气相沉积方法。所述物理气相沉积的条件为：靶材使用氮化硅靶，沉积时间100～200min，真空室压力0.1～10Pa。采用氮化硅靶沉积得到氮化硅保护膜。

或，所述物理气相沉积的条件为：靶材使用碳靶，物理气相沉积设备的真空室内通入高纯氮气，沉积时间100～200min，真空室压力0.1～10Pa。采用碳靶沉积得到氮化碳保护膜。

更优选地，所述方法还包括：在所述衬底的使用过程中记录其重复使用的次数Rework，第一次使用的衬底Rework＝0，衬底在第二次被加工时Rework＝1，依次类推；若Rework＝0，则需要先在衬底背面沉积保护膜，若Rework≠0，则直接使用所述砷化镓衬底进行太阳能电池的制备。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的加工方法，充分利用现有的工艺、设备外延生长氮化硅或氮化碳保护膜，节约了生产成本，简化了生产工艺；

采用氮化硅或氮化碳薄膜保护砷化镓衬底背面，延长了衬底的重复使用次数，降低了衬底在加工过程中的破损风险，大大地降低了电池的制造成本。

在砷化镓衬底第一次沉积完背金属电极时，不需要更换设备、工艺而在原位继续沉积氮化硅薄膜，极大地简化了在砷化镓背面沉积氮化硅保护膜的工艺流程，节约了时间和资金成本。

附图说明

图1为本发明的有保护膜的砷化镓衬底的结构图。

图中，1为氮化硅保护膜，2为砷化镓衬底。

具体实施方式

现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如无特别说明，实施例中采用的技术手段为本领域所公知的技术手段。

实施例1：

见图1，一种有保护膜的砷化镓衬底，在砷化镓衬底2的背面设置有氮化硅保护膜1。本实施例中，所述砷化镓衬底2的厚度为500μm。

本结构的砷化镓衬底制备工艺如下：衬底在MOCVD工序外延生长完功能层薄膜后进入背金属沉积工序，此时，把衬底放在PVD设备的溅射工位上，设定好沉积时间与真空室压力，在功能层薄膜表面采用PVD的方式继续沉积一定厚度的金属层薄膜作为电池的背电极，等衬底冷却后打开真空室，用专用夹具把砷化镓衬底翻转过来使背面朝上，靶材切换为氮化硅靶，调整好PVD工艺参数(沉积时间100～200min，真空室压力0.1～10Pa)，沉积一层厚度为2μm的氮化硅薄膜，自然冷却后取出继续后续外延层剥离工艺，当衬底与外延层剥离后，背面镀有氮化硅保护膜的衬底就可以重复加工使用了。

衬底在重复使用过程中对其重复使用的次数(Rework)做好记录，第一次使用的衬底Rework＝0，衬底在第二次被加工时Rework＝1，依次类推。所以，衬底在沉积完背金属电极后只需查看其Rework记录即可，若Rework＝0，则需要在衬底背面沉积氮化硅，若Rework≠0，则直接进入后续工序。

本砷化镓衬底背面镀保护膜，避免了衬底在刻蚀时被腐蚀掉一定的厚度，延长了衬底的重复使用次数；衬底背面镀保护膜，增强了衬底抵抗MOCVD外延过程中的翘曲破损的风险，使厚度在500μm左右的衬底能够正常使用100次。

实施例2：

一种有保护膜的砷化镓衬底，在所述砷化镓衬底的背面设置有氮化硅保护膜。所述氮化硅保护膜的厚度为3μm。本实施例中，所述砷化镓衬底的厚度为400μm。

制备工艺同实施例1。

实施例3：

一种有保护膜的砷化镓衬底，在所述砷化镓衬底的背面设置有氮化碳保护膜。所述氮化碳保护膜的厚度为5μm。本实施例的砷化镓衬底的厚度为300μm。

制备工艺基本同实施例1，只是在保护膜沉积工序时，以碳靶为溅射靶材，通入99.99％高纯N₂，沉积时间100～200min，真空室压力1Pa。

实施例4：

对市购的厚度为500μm砷化镓衬底进行研磨、抛光、清洗工艺处理，表面状况达到了氮化物外延层生长的要求。

将该砷化镓衬底放在PVD设备的溅射工位，背面朝上，靶材使用氮化硅靶，在砷化镓衬底背面沉积一层氮化硅保护膜。沉积工艺参数同实施例1。此外，也可以采用CVD方法在砷化镓衬底背面沉积氮化硅保护膜。

记录本衬底Rework＝1。待用于太阳能电池制备。

实施例5：

对市购的厚度为500μm砷化镓衬底进行研磨、抛光、清洗工艺处理，表面状况达到了氮化物外延层生长的要求。

将该砷化镓衬底放在PVD设备的溅射工位，背面朝上，靶材使用碳靶，真空室内通入高纯氮气，在砷化镓衬底背面沉积一层氮化碳保护膜。沉积工艺参数同实施例3。

记录本衬底Rework＝1。待用于太阳能电池制备。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。