一种带防护集成旁路二极管的太阳电池及其制作方法
阅读说明：本技术 一种带防护集成旁路二极管的太阳电池及其制作方法 (A kind of solar cell and preparation method thereof of band protection integrated bypass diode ) 是由 李翛然 杨洪东 杨广 沈斌 张闻 何昕煜 肖瑶 郭丽丽 陈超奇 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种带防护集成旁路二极管的太阳电池及其制作方法,属于太阳电池制造技术领域,更为具体的涉及一种带防护集成旁路二极管的太阳电池,以及一种太阳电池阵包括如上所述太阳电池。对电池本体形成减反射层,增大太阳电池的光吸收效率；对二极管边缘形成边缘保护层,避免二极管边缘静电放电和P/N结边缘漏电,提高二极管可靠性；对二极管隔离槽形成保护层,防止互连片联接时互连片接触隔离槽造成二极管短路,提高太阳电池阵的可靠性。(The present invention relates to a kind of solar cells and preparation method thereof of band protection integrated bypass diode, belong to solar cell manufacturing technology field, the solar cell and a kind of solar battery array for being more specifically related to a kind of band protection integrated bypass diode include solar cell as described above.Antireflection layer is formed to battery body, increases the efficiency of light absorption of solar cell；Edge protection layer is formed to diode edge, avoids diode edge static discharge and P/N from tying edge current leakage, improves diode reliability；Protective layer is formed to diode-isolated slot, mutually contact isolation channel causes shorted diode in flakes when preventing from mutually coupling in flakes, improves the reliability of solar battery array.)
技术领域
本发明涉及一种带防护集成旁路二极管的太阳电池及其制作方法，属于太阳电池制造技术领域，更为具体的涉及一种带防护集成旁路二极管的太阳电池，以及一种太阳电池阵包括如上所述太阳电池。
背景技术
太阳电池阵在空间工作时，由于飞行器运动造成的阴影遮挡，或者电池本身出现问题，使得太阳电池阵中局部电池不能正常工作，对于受阴影遮挡的电池，由于其他电池的正常工作，受到较高的反向电压，电池此时将很快发热，导致永久性损害。单片电池损坏将导致整串电池失效，对于高功率的多结砷化稼太阳电池，某串电池的暂时失效将极大影响整个电池阵的工作。
旁路二极管是与电池并联的二极管，它可以保护与其并联的电池免于因局部阴影造成的热损害，进而避免整串电池失效，因此旁路二极管对保护太阳电池阵的正常工作有重要的作用。
一种多结砷化镓太阳电池一次腐蚀方法(申请号201410655829.5)采用一次腐蚀工艺制得隔离槽和划片槽，制得带集成旁路二极管的太阳电池，二极管隔离槽处于电池边缘。隔离槽和划片槽实质为Ge基底，隔离槽与正面电极之间的高度差为中间各层材料的厚度之和，仅为几个微米，具有与二极管正面焊接的互连片搭连的风险。
电池阵制作时，每片电池的集成旁路二极管与下一片电池互联，集成旁路二极管正面电极一般由互连片焊接并引出连接至相邻电池的背面电极，互连片一般为厚度十几微米的薄银片，存在与隔离槽接触的风险，互连片与隔离槽接触后将导致此片二极管短路，失去保护效果，并会造成与其相并联的电池短路失效，由于焊接已完成，此类失效很难返工。目前由于连接短路导致的电池失效时有发生，对生产成本造成较大损失，需要发明一种能够避免此类失效的带防护功能的集成二极管。
高效太阳电池新型圆角集成旁路二极管的制造方法(申请号200810204034.7)采用制备圆角二极管的方法，减小了发生静电击穿的风险，提升了二极管可靠性，但并未提及隔离槽处的防护方法。
一种带集成二极管的太阳电池制作方法(申请号201510883143.6)采用制备二极管边缘保护层的方法，避免二极管PN结边缘漏电，优化了PN结质量，但并未提及隔离槽处的防护方法，且制作保护层需要在原有制作过程的基础上额外增加一次光刻过程。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种带防护集成旁路二极管的太阳电池及其制作方法。
本发明的技术解决方案是：
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池，该太阳电池包括Ge衬底、底电池、中电池、顶电池、帽子层、上电极、下电极和氧化物减反射膜；
Ge衬底的下表面为下电极，下电极通过蒸镀金属的方式蒸镀在Ge衬底的下表面；
Ge衬底的上表面从左到右分为四个区，分别为第一区、第二区、第三区和第四区；
Ge衬底上表面的第一区从下到上依次外延有底电池、中电池、顶电池、帽子层，帽子层上表面为上电极，上电极通过蒸镀金属的方式蒸镀在帽子层的上表面，面积占百分之三以下，且位于Ge衬底上表面第一区的底电池的右侧面、中电池的右侧面、顶电池的右侧面、帽子层的右侧面和上电极的右侧面上均蒸镀有氧化物减反射膜，同时，位于Ge衬底上表面第一区的上电极上表面的非焊接区蒸镀有氧化物减反射膜；
Ge衬底上表面的第三区从下到上依次外延有底电池、中电池、顶电池、帽子层，帽子层上表面为上电极，上电极通过蒸镀金属的方式蒸镀在帽子层的上表面，帽子层上表面的中间部分有上电极，面积约为％，且位于Ge衬底上表面第三区的底电池的左侧面和右侧面、中电池的左侧面和右侧面、顶电池的左侧面和右侧面、帽子层的左侧面和右侧面以及上电极的左侧面和右侧面上均蒸镀有氧化物减反射膜；
Ge衬底上表面的第二区蒸镀有氧化物减反射膜；
Ge衬底上表面的第四区蒸镀有氧化物减反射膜；
底电池的材料为Ge(通过掺杂形成n型)；
中电池的材料为InGaAs；
顶电池的材料为GaInP；
帽子层的材料为GaAs；
上电极的材料为Au/AuGeNi/Au/Ag/Au；
下电极的材料为Pd/Ag/Au；
氧化物减反射膜的材料为Al2O3/Ti3O5。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池的制作方法，该方法的步骤包括：
(1)在外延片的下表面蒸镀Pd/Ag/Au材料，形成下电极；
外延片包括Ge衬底、底电池、中电池、顶电池和帽子层；
(2)通过光刻，将外延片的上表面从左到右分为四个区，分别为第一区、第二区、第三区和第四区，在第二区和第四区采用腐蚀的方法将Ge衬底露出；第三区的前后也腐蚀露出，从而使第二区和第四区连通。
(3)采用光刻、蒸镀的方法在第一区的帽子层的上表面的部分区域和第三区的帽子层的上表面的中间区域生长Au/AuGeNi/Au/Ag/Au材料，形成上电极；
(4)通过光刻、蒸镀的方法在第一区的外延片的右侧面、上电极的右侧面、上电极上表面的非焊接区、裸露出的帽子层的上表面，以及在第三区的外延片的左侧面和右侧面、前侧面和后侧面，上电极的左侧面和右侧面、前侧面和后侧面上均蒸镀Al2O3/Ti3O5形成氧化物减反射膜，得到带防护集成旁路二极管的太阳电池。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池阵，该太阳电池阵包括若干个上述的太阳电池，该若干个上述的太阳电池均为串联关系。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池阵的制作方法，该方法的步骤为：将若干个上述的太阳电池进行串联形成太阳电池阵。
本发明方法的优点在于在所述第一区、第二区、第四区，以及第三区的侧面蒸镀氧化物膜，同时起到以下作用：对电池本体形成减反射层，增大太阳电池的光吸收效率；对二极管边缘形成边缘保护层，避免二极管边缘静电放电和P/N结边缘漏电，提高二极管可靠性；对二极管隔离槽形成保护层，防止互连片联接时互连片接触隔离槽造成二极管短路，提高太阳电池阵的可靠性。
附图说明
图1为本发明的太阳电池剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种带防护集成旁路二极管的太阳电池，该太阳电池包括Ge衬底101、底电池102、中电池103、顶电池104、帽子层105、上电极106、下电极107和氧化物减反射膜108；
Ge衬底101的下表面为下电极107，下电极107通过蒸镀金属的方式蒸镀在Ge衬底101的下表面；
Ge衬底101的上表面从左到右分为四个区，分别为第一区、第二区、第三区和第四区；
Ge衬底101上表面的第一区从下到上依次外延有底电池102、中电池103、顶电池104、帽子层105，帽子层105上表面为上电极106，上电极106通过蒸镀金属的方式蒸镀在帽子层105的上表面，面积占百分之三以下，且位于Ge衬底101上表面第一区的底电池102的右侧面、中电池103的右侧面、顶电池104的右侧面、帽子层105的右侧面和上电极106的右侧面上均蒸镀有氧化物减反射膜108，同时，位于Ge衬底101上表面第一区的上电极106上表面的非焊接区蒸镀有氧化物减反射膜108；
Ge衬底101上表面的第三区从下到上依次外延有底电池102、中电池103、顶电池104、帽子层105，帽子层105上表面为上电极106，上电极106通过蒸镀金属的方式蒸镀在帽子层105的上表面，帽子层105上表面的中间部分有上电极106，面积约为95％，且位于Ge衬底101上表面第三区的底电池102的左侧面和右侧面、中电池103的左侧面和右侧面、顶电池104的左侧面和右侧面、帽子层105的左侧面和右侧面以及上电极106的左侧面和右侧面上均蒸镀有氧化物减反射膜108；
Ge衬底101上表面的第二区蒸镀有氧化物减反射膜108；
Ge衬底101上表面的第四区蒸镀有氧化物减反射膜108；
底电池102的材料为Ge(通过掺杂形成n型)；
中电池103的材料为InGaAs；
顶电池104的材料为GaInP；
帽子层105的材料为GaAs；
上电极106的材料为Au/AuGeNi/Au/Ag/Au；
下电极107的材料为Pd/Ag/Au；
氧化物减反射膜108的材料为Al2O3/Ti3O5。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池的制作方法，该方法的步骤包括：
(1)在外延片的下表面蒸镀Pd/Ag/Au材料，形成下电极107；
外延片包括Ge衬底101、底电池102、中电池103、顶电池104和帽子层105；
(2)通过光刻，将外延片的上表面从左到右分为四个区，分别为第一区、第二区、第三区和第四区，在第二区和第四区采用腐蚀的方法将Ge衬底101露出；第三区的前后也腐蚀露出，从而使第二区和第四区连通。
(3)采用光刻、蒸镀的方法在第一区的帽子层105的上表面的部分区域和第三区的帽子层105的上表面的中间区域生长Au/AuGeNi/Au/Ag/Au材料，形成上电极106；
(4)通过光刻、蒸镀的方法在第一区的外延片的右侧面、上电极106的右侧面、上电极106上表面的非焊接区、裸露出的帽子层105的上表面，以及在第三区的外延片的左侧面和右侧面、前侧面和后侧面，上电极106的左侧面和右侧面、前侧面和后侧面上均蒸镀Al2O3/Ti3O5形成氧化物减反射膜108，得到带防护集成旁路二极管的太阳电池。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池阵，该太阳电池阵包括若干个上述的太阳电池，该若干个上述的太阳电池均为串联关系。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池阵的制作方法，该方法的步骤为：将若干个上述的太阳电池进行串联形成太阳电池阵。
所述外延层划分为电池区(第一区)、二极管区(第三区)以及二者之间的隔离槽区(第二区和第四区)；
所述106上电极划分为电池区(第一区)电极、二极管区(第三区)电极，所述电池区电极和二极管区电极同时制作、处于同一平面；
所述电池区(第一区)电极包括主电极、栅格电极；
所述电池区(第一区)主电极为整面形状，用于与互连片的焊接；
所述栅格电极包含所述平面内任意方向的一维或二维栅格，栅格电极使大部分外延层裸露以接收光线；
所述二极管区(第三区)电极为整面形状，覆盖二极管区域95％以上的面积，用于与互连片的焊接。
所述电池区(第一区)电极和二极管区(第三区)电极互不相连，所述两个区之间的隔离槽内无金属；
所述隔离槽(第四区)处于电池边缘切割线上；
所述108氧化物膜可包含多层氧化物，应覆盖除了所述第一区主电极焊接区以及第三区电极焊接区以外的其他所有区域及其侧面，通过光刻、蒸镀的方法一次蒸镀。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
步骤1：制备上层电极，通过光刻板确定电池本体电极和二极管电极区域，通过电子束蒸发Au/AuGeNi/Au/Ag/Au制成二极管及电池本体的上电极；
步骤2：制备隔离槽，通过光刻板确定二极管隔离槽区域，隔离槽处于电池边缘切割线上，通过湿法腐蚀一次去除隔离槽区域的GaInP/GaAs子电池材料，露出Ge基底形成隔离槽；
步骤3：制备下电极，在Ge衬底的下面，通过电子束蒸发Pd/Ag/Au制成下电极；
步骤4：高温合金，使上述制备好电极的外延片处于400℃高温中20min，使金属和外延片产生欧姆接触，减小接触电阻。
步骤5：蒸镀氧化物膜，通过光刻使光刻胶覆盖焊接区，通过电子束蒸发一定厚度Al2O3/Ti3O5至二极管边缘、隔离槽及电池受光区。
实施例
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池，该太阳电池包括Ge衬底101、底电池102、中电池103、顶电池104、帽子层105、上电极106、下电极107和氧化物减反射膜108；
Ge衬底101的下表面为下电极107，下电极107通过蒸镀金属的方式蒸镀在Ge衬底101的下表面；
Ge衬底101的上表面从左到右分为四个区，分别为第一区、第二区、第三区和第四区；
Ge衬底101上表面的第一区从下到上依次外延有底电池102、中电池103、顶电池104、帽子层105，帽子层105上表面为上电极106，上电极106通过蒸镀金属的方式蒸镀在帽子层105的上表面，面积为百分之三，且位于Ge衬底101上表面第一区的底电池102的右侧面、中电池103的右侧面、顶电池104的右侧面、帽子层105的右侧面和上电极106的右侧面上均蒸镀有氧化物减反射膜108，同时，位于Ge衬底101上表面第一区的上电极106上表面的非焊接区蒸镀有氧化物减反射膜108；
Ge衬底101上表面的第三区从下到上依次外延有底电池102、中电池103、顶电池104、帽子层105，帽子层105上表面为上电极106，上电极106通过蒸镀金属的方式蒸镀在帽子层105的上表面，帽子层105上表面的中间部分有上电极106，面积为95％，且位于Ge衬底101上表面第三区的底电池102的左侧面和右侧面、中电池103的左侧面和右侧面、顶电池104的左侧面和右侧面、帽子层105的左侧面和右侧面以及上电极106的左侧面和右侧面上均蒸镀有氧化物减反射膜108；
Ge衬底101上表面的第二区蒸镀有氧化物减反射膜108；
Ge衬底101上表面的第四区蒸镀有氧化物减反射膜108；
底电池102的材料为Ge，通过掺杂形成n型；
中电池103的材料为InGaAs；
顶电池104的材料为GaInP；
帽子层105的材料为GaAs；
上电极106的材料为Au/AuGeNi/Au/Ag/Au；
下电极107的材料为Pd/Ag/Au；
氧化物减反射膜108的材料为Al2O3/Ti3O5。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池的制作方法，该方法的步骤包括：
(1)在外延片的下表面蒸镀Pd/Ag/Au材料，形成下电极107；
外延片包括Ge衬底101、底电池102、中电池103、顶电池104和帽子层105；
(2)通过光刻，将外延片的上表面从左到右分为四个区，分别为第一区、第二区、第三区和第四区，在第二区和第四区采用腐蚀的方法将Ge衬底101露出；第三区的前后也腐蚀露出，从而使第二区和第四区连通。
(3)采用光刻、蒸镀的方法在第一区的帽子层105的上表面的部分区域和第三区的帽子层105的上表面的中间区域生长Au/AuGeNi/Au/Ag/Au材料，形成上电极106；
(4)通过光刻、蒸镀的方法在第一区的外延片的右侧面、上电极106的右侧面、上电极106上表面的非焊接区、裸露出的帽子层105的上表面，以及在第三区的外延片的左侧面和右侧面、前侧面和后侧面，上电极106的左侧面和右侧面、前侧面和后侧面上均蒸镀Al2O3/Ti3O5形成氧化物减反射膜108，得到带防护集成旁路二极管的太阳电池。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池阵，该太阳电池阵包括若干个上述的太阳电池，该若干个上述的太阳电池均为串联关系。
一种带防护集成旁路二极管的太阳电池阵的制作方法，该方法的步骤为：将若干个上述的太阳电池进行串联形成太阳电池阵。
将上述得到的太阳电池阵进行电性能测试，未出现电池短路现象，结果表明本发明制作的太阳电池具有防短路的作用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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