一种柔性氮化物薄膜太阳能电池及制作方法
阅读说明：本技术 一种柔性氮化物薄膜太阳能电池及制作方法 (flexible nitride thin-film solar cell and manufacturing method thereof ) 是由 马亮 于 2018-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光伏电池及其制造技术领域,尤其涉及一种柔性氮化物薄膜太阳能电池及制作方法。该电池包括自下而上依次设置的支撑衬底、背电极、氮化物外延层和前电极,所述背电极包括第一预应力层。该制作方法通过在衬底晶圆的上表面制备具有第一预应力层的背电极,其中,背电极内设有第一预应力层；然后在背电极的上表面固定支撑衬底；通过机械剥离将所述氮化物外延层与牺牲层之间分离,并在分离后的所述氮化物外延层上依次制备前电极和抗反射层。该电池的吸收系数和能量转换率高、重量轻并可弯曲延展,其背电极能作为预应力强化层,既加固电池结构,又能在制备时提供足够大的剥离应力,且在电池制作完成后无需额外将预应力强化层清除。(The invention relates to the technical field of photovoltaic cells and manufacturing thereof, in particular to a flexible nitride thin-film solar cell and a manufacturing method thereof. The battery comprises a supporting substrate, a back electrode, a nitride epitaxial layer and a front electrode which are sequentially arranged from bottom to top, wherein the back electrode comprises a first pre-stress layer. The manufacturing method comprises the steps of preparing a back electrode with a first pre-stress layer on the upper surface of a substrate wafer, wherein the first pre-stress layer is arranged in the back electrode; then fixing a support substrate on the upper surface of the back electrode; and separating the nitride epitaxial layer from the sacrificial layer through mechanical stripping, and sequentially preparing a front electrode and an anti-reflection layer on the separated nitride epitaxial layer. The battery has high absorption coefficient and energy conversion rate, light weight and flexibility and extension, the back electrode of the battery can be used as a prestress strengthening layer, the battery structure is strengthened, enough peeling stress can be provided during preparation, and the prestress strengthening layer does not need to be additionally removed after the battery is manufactured.)
技术领域
本发明涉及光伏电池及制造技术领域，尤其涉及一种柔性氮化物 薄膜太阳能电池及制作方法。
背景技术
近年来，一方面，以铟镓氮(InxGa1-xN,0≤x≤1)、铟铝氮(InyAl1-yN, 0≤y≤1)为代表的氮化物半导体材料因其禁带宽度与太阳能光谱几乎完 美的匹配，或者完全覆盖太阳光谱辐射的能量范围，而太阳能电池制 作中得到广泛应用。另一方面，柔性薄膜太阳能电池具有重量轻，可 弯曲、可伸展的优点，其应用场合更加广泛。从各式各样的中、大型 耗电设备(比如电动汽车、船舶、无人飞机、建筑等)，到小型的可穿 戴消费电子设备，均可采用柔性薄膜太阳能电池提供能源补给。因此， 轻薄、可弯曲的柔性薄膜太阳能电池不仅极大地提高了单位重量的输 出功率，而且为太阳能电池的设计、安装、使用提高了非常大的自由 度。因此，氮化物薄膜太阳能电池在航空、航天等作业环境严酷的应 用方面具有十分明显的优势。
现有技术中，现有氮化物薄膜太阳能电池通常以无机晶体衬底作 为制作衬底，并在使用中保留重量较高的无机晶体衬底，但是，这样 制作出的器件结构存在重量较大、不能弯曲、不能伸展的缺点，此外， 为了满足电极的使用要求，在制作工艺中，通常需要额外将多余的部 分清除，导致工艺繁琐，并且容易对产品造成不必要的损伤。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供了一种柔性氮化物薄膜太阳能电 池及制作方法，该太阳能电池在保有吸收系数高、能量转换率高、以 及耐高温耐辐射的优点同时，其背电极既能实现电极导电的作用，又 能作为电池制造时的预应力强化层，并在电池制作完成后无需额外将 预应力强化层清除。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性氮化物薄膜太阳 能电池，包括自下而上依次设置的支撑衬底、背电极、氮化物外延层 和前电极，所述背电极包括第一预应力层。
优选的，在所述氮化物外延层和背电极之间设有介电反射层，所 述介电反射层包括若干个反射块，各个所述反射块离散地分布在所述 氮化物外延层和背电极之间。
优选的，所述前电极上设有抗反射层。
优选的，所述背电极包括顺次连接的粘附层、所述第一预应力层 和导电层，所述粘附层与氮化物外延层连接，所述导电层与支撑衬底 连接。
优选的，所述粘附层和所述第一预应力层之间设有电极反射层；
优选的，所述粘附层具有Ni、Pd、Mo、Pt、Cr、Ti、Ta和W中 的至少一种金属元素；
和/或，所述电极反射层具有Ag和Al中的至少一种金属元素；
和/或，所述第一预应力层具有Ni、Mo、Cr、Pd、Pt、W、Ti和 Ta中的至少一种金属元素；
和/或，所述导电层具有Al、Cu、Ni、Ag、Au和Pt中的至少一种 金属元素。
优选的，所述第一预应力层与导电层之间设有阻挡层。
优选的，所述阻挡层具有W、Mo、Ta和Ti中的至少一种金属元 素；
优选的，所述氮化物外延层包括顺序连接的缓冲层、n型掺杂层、 非掺杂多量子阱层和p型掺杂层，所述缓冲层与前电极连接，所述p 型掺杂层与背电极连接。
优选的，所述非掺杂多量子阱层包括1～200对由 InxwGaywAl1-xw-ywN/InxbGaybAl1-xb-ybN构成周期性结构，每个所述周期性 结构的每个周期由量子阱层InxwGaywAl1-xw-ywN和量子垒层 InxbGaybAl1-xb-ybN组成，其中，0≤xw≤1，0≤yw≤1，0≤xb≤1，0≤yb≤1， 0≤xw+yw≤1，0≤xb+yb≤1，xw>xb。
优选的，所述支撑衬底包括金属衬底或聚合物衬底，所述支撑衬 底为聚合物衬底时，所述支撑衬底内开设有通孔，所述通孔贯穿所述 聚合物衬底，以连通所述背电极或穿入所述背电极的内部。
本发明还提供了一种柔性氮化物薄膜太阳能电池的制作方法，该 方法包括以下步骤：
S1、在衬底晶圆的上表面制备牺牲层；
S2、在所述牺牲层的上表面制备氮化物外延层；
S3、在所述氮化物外延层的上表面制备背电极，其中，所述背电 极内设有第一预应力层；
S4、在所述背电极的上表面固定支撑衬底；
S5、将所述氮化物外延层与牺牲层之间分离，并在分离后的所述 氮化物外延层上依次制备前电极和抗反射层。
优选的，所述步骤S3和步骤S4之间、或者在步骤S4和步骤S5 之间，还包括：
S31、在所述衬底晶圆下表面制备第二预应力层，所述第一预应力 层和所述第二预应力层分别对所述氮化物外延层施加一对互为反向的 平衡张应力。
优选的，所述第二预应力层中包括Cr、Mo、Ni、Pd、Pt、Ti、Ta 中的至少一种金属元素。
优选的，所述步骤S2中，具体包括：
在所述氮化物外延层的上表面制备介电反射层，所述介电反射层 包括若干个反射块，各个所述反射块离散地分布在所述氮化物外延层 和背电极之间。
优选的，所述步骤S5所述的分离之前还包括，通过刻蚀工艺去除 所述氮化物外延层的边缘，以使所述氮化物外延层的边缘与所述牺牲 层之间成阶梯结构。
优选的，所述步骤S3中，具体包括：
在所述氮化物外延层上依次制备粘附层、电极反射层、所述第一 预应力层、阻挡层和导电层，以在所述氮化物外延层上形成所述背电 极。
优选的，所述步骤S5中，具体包括：
S51、在所述分离后，在所述氮化物外延层上背离背电极的一侧制 备前电极；
S52、在制备有所述前电极的氮化物外延层上分别确定多个分割位 置，分别沿各个所述分割位置将所述氮化物外延层分割为多个子单元；
S53、分别在每个所述子单元上制备抗反射层；
S54、分别在每个所述子单元的支撑衬底下表面开设通孔，每个所 述通孔分别贯穿所述支撑衬底至接触所述背电极、或者穿入所述背电 极内；
S55、分别沿各个所述分割位置分割所述支撑衬底和背电极，以得 到多个所述电池。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
首先，本发明所述的柔性氮化物薄膜太阳能电池中，电池单元包 括自下而上依次设置的支撑衬底、背电极、氮化物外延层和前电极， 所述背电极包括第一预应力层，该太阳能电池不仅具有吸收系数高、 能量转换效率高、耐高温、耐辐射等优点，而且同时具有重量轻、可 弯曲、可伸展的优点，上述技术优点极大地助推所述柔性太阳能电池 的应用领域。
同时，本发明公开的柔性氮化物薄膜太阳能电池的制作方法中， 在衬底晶圆和氮化物外延层之间增设牺牲层，该石墨烯牺牲层与氮化 物外延层在界面连接处能形成键能较弱的分子键，其化学键强度远小 于共价键，从而为氮化物外延层的机械剥离提供了有力条件。
特别地，本发明的柔性氮化物薄膜太阳能电池中，背电极既能具 备欧姆接触、实现电极导电的作用，又能作为电池制造时的预应力强 化层，为氮化物外延层的剥离提供足够的应力支持，并在电池制作完 成后无需额外将预应力强化层清除，优化生产工艺流程的同时，为电 池本身的结构强化提供了可靠的保障。
本发明的制作方法中公开了双面应力结构，利用该结构不仅可以 解决氮化物外延层自衬底晶圆上分离时，需要对残留的应力管理层额 外去除的问题，还可以同时降低晶圆的弯曲度，保证制成的太阳能电 池具有良好的平整性，提高机械剥离的良率。
具体的，本发明通过介电反射层的离散排布结构保证背电极与氮 化物外延层的直接接触，从而实现背电极的多重功能，具体为：一方 面使得背电极具备欧姆接触、导电的功能；第二方面使得背电极作为 第一预应力层，对氮化物外延层施加预应力，既能为剥离时的氮化物 外延层提供足够的剥离应力，又能为制成的电池结构提供可靠的支撑； 第三方面，在氮化物外延层剥离时，背电极作为第一预应力层与衬底 晶圆上的第二预应力层同步作用，有效增加了预应力作用大小，从而 增加氮化物外延层在石墨烯牺牲层位置附近的应力作用，并且还降低 了晶圆的弯曲度，提高了氮化物外延层剥离平整度；第四方面，在整个制作方法过程中，无须引入应力管理层的单独去除工序，有效简化 工艺流程，提高制作效率。
附图说明
图1为本发明实施例的柔性氮化物薄膜太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例的背电极的结构示意图；
图3为本发明实施例的外延层的结构示意图；
图4～图16依序为本发明实施例的柔性氮化物薄膜太阳能电池制 备方法中各阶段的电池截面示意图；
其中，
图9a和图9b分别为本发明实施例的方法中制备预应力层前后的 电池应力状态对比图。
上述各图中，100、抗反射层；200、前电极；310、衬底晶圆；320、 牺牲层；330、氮化物外延层；331、缓冲层；332、n型掺杂层；333、 非掺杂多量子阱层；334、p型掺杂层；400、介电反射层；500、背电 极；510、通孔；520、粘附层；530、电极反射层；540、第一预应力 层；550、阻挡层；560、导电层；600、支撑衬底；700：第二预应力 层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。 以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个 以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头 部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关 系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的 装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不 能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目 的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实施例公开了一种柔性氮化物薄膜太阳能电池，该太阳能电池 不仅具有吸收系数高、能量转换效率高、耐高温、耐辐射等优点，而 且同时具有重量轻、可弯曲、可伸展的优点，上述技术优点将极大地 助推所述柔性太阳能电池的应用领域。
具体的，如图1、图2所示，该太阳能电池包括自下而上依次设置 的支撑衬底600、背电极500、氮化物外延层330和前电极200，所述 背电极500包括第一预应力层540，背电极500能实现电极导电的作用， 且背电极500的第一预应力层540既能作为电池结构中的应力支撑层， 以使电池结构的强度得到有利强化，又能作为电池制造时的预应力强 化层，为氮化物外延层330的剥离提供足够的应力支持，以保证在制 作电池时，氮化物外延层330能够快速高效的从衬底晶圆上剥离，且 剥离后的氮化物外延层330结构完整，保证电池质量，并在电池制作 完成后无需额外将该预应力强化层(即第一预应力层540)清除，优化 生产工艺流程的同时，为电池本身的结构强化提供了可靠的保障。
优选在前电极200上设有抗反射层100，以获得较好的光电转换效 率；优选在氮化物外延层330和背电极500之间设有介电反射层400， 介电反射层400包括若干个反射块，各个反射块离散地分布在氮化物 外延层330和背电极500之间，介电反射层400成离散点状阵列结构， 均匀地分布在氮化物外延层330上；同时，在没有介电反射层400覆 盖的区域，背电极500可以和氮化物外延层330保持直接有效的接触， 即背电极500同时制作在介电反射层400和外延层330之上。
本实施例的背电极500为多层金属薄膜功能层组成的欧姆接触电 极，并且具有较大的预应力。具体地，如图2所示，按照从氮化物外 延层330指向支撑衬底的方向，背电极500包括顺次连接的粘附层520、 第一预应力层540和导电层560，粘附层520与氮化物外延层330连接， 导电层560与支撑衬底600连接。由于第一预应力层540设置在背电 极500内部，故而可将背电极500的整体结构视为第一预应力层540。
优选的，第一预应力层厚度为10～100000nm；粘附层520具有Ni、 Pd、Mo、Pt、Cr、Ti、Ta和W中的至少一种金属元素；和/或第一预 应力层540具有Ni、Mo、Cr、Pd、Pt、W、Ti和Ta中的至少一种金 属元素；和/或导电层560具有Al、Cu、Ni、Ag、Au和Pt中的至少一 种金属元素。优选在粘附层和第一预应力层之间设有电极反射层530， 可以增强薄膜电池的背反射，从而提高器件对光电的转换效率，进一 步优选电极反射层530具有Ag和Al中的至少一种金属元素。优选第 一预应力层540与导电层560之间设有阻挡层550，以防止第一预应力 层540与导电层560之间发生原子扩散，从而对导电性能造成不良影 响，进一步优选阻挡层550具有W、Mo、Ta和Ti中的至少一种金属 元素。
如图3所示，本实施例的氮化物外延层330包括多层氮化物薄膜 子层，具体的，按照从前电极200指向背电极500的方向，该氮化物 外延层330包括顺序连接的缓冲层331、n型掺杂层332、非掺杂多量 子阱层333和p型掺杂层334，且缓冲层331与前电极200连接，p型掺杂层334与背电极500连接。优选的，缓冲层331的厚度为 0.001～10μm；n型掺杂层332的厚度为0.1～20μm；非掺杂多量子阱层 333的厚度为1～5000nm；p型掺杂层334的厚度为0.05～5μm。
进一步的，缓冲层331由至少一种氮化物Alx1Iny1Ga1-x1-y1N构成， 其中，0≤x1≤1，0≤y1≤1，x1+y1≤1；n型掺杂层332由至少一种氮化物 Alx2Iny2Ga1-x2-y2N构成，其中，0≤x2≤1，0≤y2≤1，x2+y2≤1，且n型掺 杂层332中掺杂有Si、Sn、S、Se和Te中的至少一种元素；非掺杂多 量子阱层333包括1～200对由InxwGaywAl1-xw-ywN/InxbGaybAl1-xb-ybN构成 周期性结构，每个周期性结构由量子阱层InxwGaywAl1-xw-ywN和量子垒 层InxbGaybAl1-xb-ybN组成，其中，0≤xw≤1，0≤yw≤1，0≤xb≤1，0≤yb≤1， 0≤xw+yw≤1，0≤xb+yb≤1，xw>xb；p型掺杂层334由至少一种氮化物 Alx3Iny3Ga1-x3-y3N构成，其中，0≤x3≤1，0≤y3≤1，x3+y3≤1，并且p型 掺杂层334中掺杂有Be、Mg、Zn、Cd和C中的至少一种元素。
本实施例中，优选前电极200的厚度为0.01～10微米，优选前电 极200包括Ti、Au、Al、Cr、Ni、Pt、Ag、W和Pb中的至少一种金 属元素。
本实施例所述的电池中，优选支撑衬底600包括金属衬底或聚合 物衬底。当支撑衬底600为金属衬底时，可直接利用支撑衬底600作 为导电载体，从而使得背电极500通过支撑衬底600直接与外部导电， 实现电极作用；当支撑衬底600为聚合物衬底时，支撑衬底600内开 设有通孔510，通孔510贯穿聚合物衬底(即支撑衬底600)，以连通 背电极500、或穿入背电极500的内部，从而利用通孔510引入导线， 以使得背电极500与外部导电，实现电连接。
如图4～图16所示，本实施例还提供了一种柔性氮化物薄膜太阳能 电池的制作方法，该方法用于制作如上所述的柔性氮化物薄膜太阳能 电池。具体的，该方法包括以下步骤：
S1、在衬底晶圆310的上表面制备牺牲层320；
S2、在牺牲层320的上表面制备氮化物外延层330；
S3、在氮化物外延层330的上表面制备背电极500，其中，背电极 500内设有第一预应力层540；
S4、在背电极500的上表面固定支撑衬底600；
S5、将氮化物外延层330与牺牲层320之间分离，并在分离后的 氮化物外延层330上依次制备前电极200和抗反射层100。
本实施例中，为了便于在制备时将氮化物外延层330自衬底晶圆 310上安全剥离，优选在衬底晶圆310上制备牺牲层320，在氮化物外 延层330自衬底晶圆310上分离之前，氮化物外延层330通过牺牲层 320与衬底晶圆310连接，增设的牺牲层320优选为石墨烯层，该石墨 烯层与氮化物外延层330在界面连接处能形成键能较弱的分子键，其 化学键强度远小于共价键，从而为氮化物外延层330的剥离提供了有 力条件。
在步骤S1中，具体包括：利用碳氢化合物的化学气相沉积法或者 石墨化退火处理法，在衬底晶圆310上制备牺牲层320。
碳氢化合物的化学气相沉积法的具体步骤为：首先将SiC衬底晶 圆310置入温度为1300～1800℃、压强为≥1mTorr的化学气相沉积反应 炉中，然后向反应炉内通入氢气，并在温度为1300～1800℃的条件下对 衬底晶圆310进行退火、清洁处理；接着，再通入碳氢化合物并保持 氩气的动态通入；最后通入氢气，在600～1800℃温度条件下进行退火 处理，最后得到具有石墨烯牺牲层320的衬底晶圆310。
石墨化退火处理法的具体步骤为：首先，将SiC衬底晶圆310置 入温度为1200～1450℃的氢气气氛中进行高温退火、清洁工艺；然后， 调整工艺条件为：温度为1500～2000℃、压强为≤10-3Pa的真空环境， 或者温度为1300～1800℃、压强为≥102Pa的氩气气氛，从而通过衬底 晶圆310表面Si原子的升华而实现石墨化的过程；最后，在氢气气氛 中进行退火处理而得到具有石墨烯牺牲层320的衬底晶圆310。
在步骤S2中，具体包括：在牺牲层320上顺序制备缓冲层331、n 型掺杂层332、非掺杂多量子阱层333和p型掺杂层334，以制备氮化 物外延层330；优选通过有机金属化学气相沉积、分子束外延、射频磁 控溅射、脉冲激光沉积、以及远程等离子体增强化学气相沉积中的至 少一种方法制备氮化物外延层330，氮化物外延层330在制备时的生长 温度范围为200℃～1500℃；优选在氮化物外延层330的上表面制备介 电反射层400，进一步的，优选通过光刻、丝网印刷、喷墨印刷中的至 少一种方法，在氮化物外延层330上制备介电反射层400，以使介电反 射层400的各个反射块离散的均匀分布在氮化物外延层330和背电极 500之间。
在步骤S3中，具体包括：通过电镀、物理气相沉积方法中的至少 一种方法，在氮化物外延层330上依次制备粘附层520、电极反射层 530、第一预应力层540、阻挡层550和导电层560，以在氮化物外延 层330上形成背电极500。
在步骤S5中，所述的分离可以采用机械剥离。在步骤S5所述的 分离之前还包括：通过刻蚀工艺去除氮化物外延层330的边缘，以使 氮化物外延层330的边缘与牺牲层320之间成阶梯结构。
在步骤S5中，具体包括：
S51、在分离后，在氮化物外延层330上背离背电极500的一侧制 备前电极200；
S52、在制备有前电极200的氮化物外延层330上分别确定多个分 割位置，分别沿各个分割位置将氮化物外延层330分割为多个子单元；
S53、分别在每个子单元上制备抗反射层100；
S54、分别在每个子单元的支撑衬底600下表面开设通孔510，每 个通孔510分别贯穿支撑衬底600至接触背电极500、或者穿入背电极 500内。
S55、分别沿各个分割位置分割支撑衬底600和背电极500，以得 到多个电池。
具体的，在步骤S54中，具体包括：通过机械穿孔、等离子体刻 蚀穿孔、以及激光穿孔中的至少一种方法开设通孔510，该通孔510 的设置能够在该太阳能电池的制备过程中，提供分割的基础定位，提 高制备效率。
本实施例中，在步骤S3和步骤S4之间、或者在步骤S4和步骤 S5之间，还包括：
S31、在衬底晶圆310下表面制备第二预应力层700，第一预应力 层540和第二预应力层700分别对氮化物外延层330施加一对互为反 向的平衡张应力，从而构成双面应力结构。
在步骤S31中，具体包括：通过电镀和物理气相沉积中的至少一 种方法制备第二预应力层700，其中第二预应力层700中包括Cr、Mo、 Ni、Pd、Pt、Ti、Ta中的至少一种金属元素。
本实施例中，由于背电极500包含有第一预应力层540，且在衬底 晶圆310上制备有第二预应力层700，优选第二预应力层的厚度为 1～5000μm。因此该背电极500能在制成的电池中起到电极作用；同时， 在制作电池过程中，第一预应力层540和第二预应力层700分别被制 备在氮化物外延层330的上下两侧，从而分别对氮化物外延层330施 加一对互为反向的平衡张应力，以在氮化物外延层330的两侧构成双 面应力结构；为有效提高预应力的作用，在本实施例的衬底晶圆310 的底部制作有金属薄膜，从而形成第二预应力层700。该双面应力结构 使得氮化物外延层330自衬底晶圆310上分离时，保持在水平状态， 从而不仅可以解决氮化物外延层330自衬底晶圆310上分离时，需要 对残留的应力管理层额外去除的问题，还可以同时降低晶圆的弯曲度， 保证制成的太阳能电池具有良好的平整性，提高机械剥离的良率。
如图9a和图9b的对比所示，可知如果仅设置第一预应力层540， 则在制备太阳能电池时，氮化物外延层330会在单侧的预应力作用下， 向一侧过度弯曲，从而影响晶圆的整体平整，而本实施例利用第一预 应力层540和第二预应力层700共同向氮化物外延层330施加一对平 衡力，从而在保证应力足够的条件下，降低晶圆的弯曲度，即提高晶 圆的平整度，如此，可以改善氮化物外延层330在进行机械剥离时的 良率。
综上可知，该双面应力结构的设置一方面使得背电极500具备欧 姆接触、导电的功能；另一方面使得背电极500作为第一预应力层540， 对氮化物外延层330施加预应力，从而与衬底晶圆310上的第二预应 力层700同步作用，有效增加了预应力作用大小，从而增加氮化物外 延层330在石墨烯牺牲层320位置附近的应力作用，并且还降低了晶 圆的弯曲度，提高了氮化物外延层330剥离平整度。此外，在整个制 作方法过程中，无须引入应力管理层的单独去除工序，有效简化工艺 流程，提高制作效率。
以下以三个具体实施例详细说明上述的太阳能电池及制作方法。
实施例一
本实施例一所述的柔性氮化物薄膜太阳能电池自下而上依次由支 撑衬底600、背电极500、介电反射层400、氮化物外延层330、前电 极200和抗反射层100组成，并且通孔结构510贯穿了支撑衬底，到 达背电极500内部。其中，支撑衬底600采用聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)材料；介电反射层400采用绝缘油墨制作。
进一步地，背电极500为多层金属薄膜功能层组成的欧姆接触电 极，按照从氮化物外延层330指向支撑衬底600的方向，依次包括： 粘附层520、电极反射层530、第一预应力层540、阻挡层550和导电 层560。其中，粘附层520采用金属Ni薄膜构成；电极反射层530采用金属Al薄膜构成，也可以采用金属Ag薄膜构成；第一预应力层540 采用金属Ni薄膜构成，厚度优选为300nm～400nm；阻挡层550采用金 属W薄膜构成，也可以采用金属Mo薄膜构成；导电层560采用金属 Cu薄膜构成。需要说明的是，上述的粘附层520、电极反射层530、 第一预应力层540、阻挡层550和导电层560的厚度分别根据需要进行 选择即可。
进一步地，如图3所示，氮化物外延层330由多层氮化物薄膜子 层构成，按照从前电极200指向背电极500的方向，依次包括：缓冲 层331、n型掺杂层332、非掺杂多量子阱层333、以及p型掺杂层334。
进一步地，缓冲层331由GaN构成；n型掺杂层332由GaN构成， n型掺杂层332中掺杂的元素为Si，且掺杂浓度可根据实际需要确定； 非掺杂多量子阱层333包括30对In0.2Ga0.8N/GaN周期性结构，每个周 期均由量子阱层In0.2Ga0.8N和量子垒层GaN交替组成，上述的周期性 结构中的成分对数可以根据实际需要确定，例如也可以选用40对上述 的成分组成该周期性结构。p型掺杂层334由GaN构成，p型掺杂层7 中掺杂的元素为Mg，掺杂浓度范围根据需要确定即可。
进一步地，前电极200由金属Al和Au两层金属薄膜组成，具体 厚度可以根据实际需要进行调整。
进一步地，抗反射层100由三组SiO2和Ta2O5薄膜交替构成，其 中，两种材质的薄膜的组数以及各层薄膜的具体厚度可以根据实际需 要进行调整。
实施例二
本实施例二公开了一种用于制作如实施例一所述的柔性氮化物薄 膜太阳能电池的制作方法，该方法将上述的制备方法进一步细化为以 下步骤：
第1步，如图4所示，在4H-SiC衬底晶圆310上制备石墨烯牺牲 层320；
第2步，如图5所示，在牺牲层320上生长具有如实施例一或实 施例二中所述的薄膜太阳能电池结构的氮化物外延层330；
第3步，如图6所示，在氮化物外延层330上制作介电反射层400；
第4步，如图7所示，在介电反射层400和氮化物外延层330上 制作背电极500，同时，将背电极500作为第一预应力层；
第5步，如图8所示，在衬底晶圆310底面制作由金属Ni薄膜构 成的第二预应力层700，且Ni薄膜的厚度为2μm；
第6步，如图10所示，采用刻蚀方法去除氮化物外延层330的边 缘，以形成台阶结构；
第7步，如图11所示，在具有台阶结构的晶圆的背电极500上层 压、粘接支撑衬底600；
第8步，如图12所示，将附着在支撑衬底600上的背电极500、 介电反射层400和氮化物外延层330从衬底晶圆310上机械剥离下来， 剥离过程发生在石墨烯牺牲层320所在的位置；
第9步，如图13所示，将剥离面朝上、支撑衬底600朝下放置， 即氮化物外延层330朝上、且支撑衬底600朝下放置，并在剥离面上 方制作前电极200；
第10步，如图14所示，根据电池单元的大小，在剥离面上进行 分离刻蚀处理，形成多个电池单元；
第11步，如图15所示，在剥离面一侧进行抗反射膜100制作；
第12步，如图16所示，在支撑衬底600一侧进行通孔510制作， 并进行各个电池单元之间的切割分离。
在第1步中，在4H-SiC衬底晶圆310上进行石墨烯牺牲层320的 外延生长方法采用在衬底晶圆310上进行碳氢化合物的化学气相沉积 方法，具体步骤为：首先将100cm×100cm见方、(0001)晶面方向的衬 底晶圆310置入温度为1400℃、压强为100mTorr的化学气相沉积反应 炉中；然后，向反应炉内通入流量为200sccm的氢气，在温度为1450℃ 的条件下对衬底晶圆310进行退火、清洁处理；接着，通入流量为 200sccm的乙烯，并保持流量为300sccm的氩气动态通入；最后通入流 量为300sccm的氢气，在1000℃温度条件下进行退火处理。最终，便 可得到具有石墨烯/SiC复合结构的带有牺牲层320的衬底晶圆310。
在第2步中，氮化物外延层330的氮化物薄膜的生长设备采用 MOCVD系统，在牺牲层320上依次生长GaN缓冲层331、n型GaN 掺杂层332、30对In0.2Ga0.8N/GaN周期性结构的非掺杂多量子阱层333、 以及p型GaN掺杂层334。其中，GaN缓冲层331的生长温度为550℃， 生长压强为500Torr；n型GaN掺杂层332的生长温度为1080℃，生长 压强为200Torr；非掺杂多量子阱层333包含由量子阱层In0.2Ga0.8N和 量子垒层GaN组成的周期性结构，其中，量子阱层In0.2Ga0.8N的生长 温度和压强为760℃和200Torr，量子垒层GaN的生长温度和压强为880℃和200Torr；p型GaN掺杂层334的生长温度和压强为950℃和 300Torr。
在第3步中，在氮化物外延层330上制作介电反射层400的方法 为喷墨印刷。
在第4步中，背电极500的制备方法为：采用磁控溅射设备(物 理气相沉积方法)在介电反射层400或氮化物外延层330上依次制作 粘附层520、电极反射层530、第一预应力层540、阻挡层550和导电 层560。
在第5步中，第二预应力层700的金属Ni薄膜采用电子束蒸发台 (物理气相沉积方法)设备制作。
在第12步中，采用激光穿孔的方法制作通孔510。
实施例三
本实施例三公开了另一种用于制作如实施例一所述的柔性氮化物 薄膜太阳能电池的制作方法。需要说明的是，本实施例三所述的制作 方法中，与实施例二所述的方法相同的部分不再赘述，仅对不同的部 分进行详细说明。
具体的，该方法将制备方法进一步细化为以下步骤：
第1步，如图4所示，在6H-SiC衬底晶圆310上制备石墨烯牺牲 层320；
第2步，如图5所示，在牺牲层320上生长具有如实施例一或实 施例二中所述的薄膜太阳能电池结构的氮化物外延层330；
第3步，如图6所示，在氮化物外延层330上制作介电反射层400；
第4步，如图7所示，在介电反射层400和氮化物外延层330上 制作背电极500，同时，将背电极500可作为第一预应力层；
第5’步，采用刻蚀方法去除氮化物外延层330的边缘，以形成台 阶结构；
第6’步，在具有台阶结构的晶圆的背电极500上层压、粘接支撑 衬底600；
第7’步，在衬底晶圆310底面制作由金属Mo薄膜构成的第二预 应力层700，且Mo薄膜的厚度为3μm；
第8步，如图12所示，将附着在支撑衬底600上的背电极500、 介电反射层400和氮化物外延层330从衬底晶圆310上机械剥离下来， 剥离过程发生在石墨烯牺牲层320所在的位置；
第9步，如图13所示，将剥离面朝上、支撑衬底600朝下放置， 并在剥离面上方制作前电极200；
第10步，如图14所示，根据电池单元的大小，在剥离面上进行 分离刻蚀处理，形成多个电池单元；
第11步，如图15所示，在剥离面一侧进行抗反射膜100制作；
第12步，如图16所示，在支撑衬底600一侧进行通孔510制作， 并进行各个电池单元之间的切割分离。
在第1步中，在6H-SiC衬底310上进行石墨烯牺牲层320的外延 生长方法采用在6H-SiC衬底310进行石墨化退火处理制备石墨烯，具 体步骤如下：首先将6H-SiC衬底置入温度为1300℃、压强为100mTorr 真空高温炉中；然后通入流量为200sccm的氢气，对6H-SiC衬底进行 退火、清洁处理；之后，升温至1700℃、抽真空至3×10-3Pa，6H-SiC 衬底310在此条件下退火3小时，通过6H-SiC衬底表面Si原子的升 华而实现石墨化；最后降温至1000℃，通入流量为200sccm的氢气， 退火处理30min，便可得到具有石墨烯/SiC复合结构的带有牺牲层320 的衬底晶圆310。
在第2步中，氮化物外延层330的氮化物薄膜的生长设备采用 MOCVD系统，在牺牲层320上依次生长GaN缓冲层331、n型GaN 掺杂层332、40对In0.25Ga0.75N/GaN周期性结构的非掺杂多量子阱层 333、以及p型GaN掺杂层334。其中，GaN缓冲层331的生长温度为 500℃，生长压强为600Torr；n型GaN掺杂层332的生长温度为1100℃， 生长压强为200Torr；非掺杂多量子阱层333包含由量子阱层 In0.25Ga0.75N和量子垒层GaN组成的周期性结构，其中，量子阱层 In0.25Ga0.75N的生长温度和压强为740℃和200Torr；量子垒层GaN的生 长温度和压强为880℃和200Torr；p型GaN掺杂层334的生长温度和 压强为950℃和200Torr。
在第5步中，第二预应力层700的金属Mo薄膜采用电子束蒸发 台(物理气相沉积方法)设备制作。
在第12步中，采用等离子体刻蚀穿孔的方法制作通孔510。
综上所述，本实施例的所述的柔性氮化物薄膜太阳能电池中，电 池单元包括由下至上顺次连接的支撑衬底600、背电极500和氮化物外 延层330，电池单元通过氮化物外延层330自衬底晶圆310上分离而得， 该太阳能电池不仅具有吸收系数高、能量转换效率高、耐高温、耐辐 射等优点，而且同时具有重量轻、可弯曲、可伸展的优点，上述技术 优点将极大地助推所述柔性太阳能电池的应用领域。
同时，本实施例的柔性氮化物薄膜太阳能电池的制作方法中，在 衬底晶圆310和氮化物外延层330之间增设牺牲层320，该石墨烯牺牲 层320与氮化物外延层330在界面连接处能形成键能较弱的分子键， 其化学键强度远小于共价键，从而为氮化物外延层330的机械剥离提 供了有力条件。
特别地，在上述的柔性氮化物薄膜太阳能电池及其制作方法中还 公开了双面应力结构，利用该结构不仅可以解决氮化物外延层330自 衬底晶圆310上分离时，需要对残留的应力管理层额外去除的问题， 还可以同时降低晶圆的弯曲度，保证制成的太阳能电池具有良好的平 整性，提高机械剥离的良率。
在双面应力结构中，通过介电反射层400的离散排布结构保证背 电极500与氮化物外延层330的直接接触，从而实现背电极500的双 重功能，具体为：一方面使得背电极500具备欧姆接触、导电的功能； 另一方面使得背电极500作为第一预应力层540，对氮化物外延层330 施加预应力，从而与衬底晶圆310上的第二预应力层700同步作用， 有效增加了预应力作用大小，从而增加氮化物外延层330在石墨烯牺 牲层320位置附近的应力作用，并且还降低了晶圆的弯曲度，提高了 氮化物外延层330剥离平整度。此外，在整个制作方法过程中，无须 引入应力管理层的单独去除工序，有效简化工艺流程，提高制作效率。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗 漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的 普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明 本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本 发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。