通过湿法蚀刻分离III-V多结太阳能电池

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1、摘要

2、III-V多结太阳能电池的微制造周期包括几个技术步骤，最后使用晶片切割步骤来分离单个电池。

3、该步骤引入了对作为电荷俘获中心的连接侧的损伤，这可能导致性能和可靠性问题，随着当今单元尺寸缩小的趋势，这些问题变得越来越重要。

4、在这篇论文中，我们提出了一种湿法微槽蚀刻工艺，它允许单个太阳能电池的电隔离而不损坏侧壁。

5、用溴-甲醇(通常用于非选择性蚀刻-族化合物的溶液)进行蚀刻，会在半导体表面形成不必要的蚀刻孔。

6、我们研究了空穴形成的起源，并讨论了克服这种影响的方法。

7、我们提出了实现隔离步骤的太阳能电池制造工艺流程。

8、这种改进的制造工艺为提高模具的强度、成品率和可靠性开辟了道路。

9、介绍

10、对于CPV制造商来说，在不损失性能和产量的情况下有效分割太阳能电池是一个重要问题。

11、标准切割技术会在边缘产生缺陷，例如不受控制的破碎、碎裂、应力引起的裂纹、碎裂和热引起的损坏。

12、这种对有源层的损坏可能导致短路或增加圆周复合。

13、应力引起的损伤削弱了模具的机械强度，导致结构完整性失效。

14、另一种避免切割过程中损坏的方法是在第三层至第五层中插入湿蚀刻沟槽，以确定MJSC的周长。

15、然而，由于多结太阳能电池结构的不同III-V层的不同蚀刻选择性增加了该工艺的复杂性，因此MJSC的一步湿法蚀刻还没有报道。

16、介绍了一种溴基湿法刻蚀分离技术。

17、首先，我们发现溴-甲醇溶液会在介质掩膜下的IIIV结构中导致不必要的空穴，并延伸到pn连接，从而降低太阳能电池的性能。

18、在第二步中，我们提出了一个研究孔的起源和克服这个问题的方法。

19、后者是通过优化电介质掩模和增加蚀刻剂的粘度来实现的。

20、最后，我们演示了如何将这种隔离过程集成到MJSC制造和模具分离过程中。

21、MJSC隔离技术的发展

22、溴-甲醇刻蚀过程中-层孔隙的形成：图3中的扫描电镜图像显示，溶液刻蚀整个MJSC-结构的平均速率为1 m/min。

23、观察到具有多个斜率的横截面，这表明在这种非选择性各向同性蚀刻的不同层中存在一些残余的晶体取向依赖性。

24、通过光学显微镜和截面扫描电镜的进一步研究，发现III-V层中随机分布的孔隙位于介质掩膜下方。

25、基体对成孔的影响：在实验的下一部分，将一系列GaAs、磷化铟和-/锗三结样品涂上100纳米厚的二氧化硅掩模，然后暴露于溴-羟甲基(1: 100)中，在图形化的-/锗太阳能电池结构上完成台面刻蚀。

26、根据光学显微镜，在二氧化硅掩模或砷化镓或磷化铟晶片中没有发现孔。

27、椭圆偏移法测得的二氧化硅层厚度保持不变。

28、然而，在太阳能电池结构的-层中可以看到空隙。

29、因此，由于通过二氧化硅层上的孔或微孔蚀刻，很可能在显微镜下看不到太阳能电池晶片的-层上的孔。

30、二氧化硅掩模层厚度对成孔的影响。

31、省略

32、介质应力对成孔的影响。

33、省略

34、利用应力补偿介质掩膜3360最小化穿透掩膜的扩散根据上述结果，减少溴-甲醇刻蚀工艺中III-V层孔洞的关键是避免介质掩膜中的强压应力。

35、这可以通过在前掩模沉积之前在晶片的背面沉积压应力层来实现。

36、即使本质上是压应力，晶圆弯曲应力也会降低前盖的残余应力。

37、然而，由于后沉积发生在前蚀刻掩模沉积之前，后蚀刻掩模可能由于与PECVD反应器中的样品架接触而被不必要的颗粒污染。

38、颗粒的存在可能导致未被掩模保护的区域，导致蚀刻剂渗透到-层。

39、通过增加蚀刻溶液的粘度略微抑制了通过掩模的扩散。

40、模具成型与封装隔离技术

41、然而，像生长在锗衬底上的-族太阳能电池这样薄而脆的晶片的划分仍然是一样的。

42、常用的划线和断裂技术包括两个步骤。

43、创建划线以建立应力集中系数，用于在随后的断裂步骤中引发裂纹。

44、典型的划片方法利用金刚石划片、金刚石锯片锯切或激光划片。

45、这些技术可能对太阳能电池的芯片产量和性能有负面影响，

由于热或机械应力集中引入模具。

47、所提出的湿式蚀刻隔离技术具有许多优点。

48、当包括在制造过程中，湿蚀刻最大限度地减少微裂纹和裂缝，留下光滑的侧壁，用硬电介质涂层钝化。

49、这提供了额外的保护由于环境条件，以及在模具连接步骤中与焊料连接的意外短路。

50、与典型的刻痕技术相反，所提出的化学隔离不引入局部应力（既不是机械的，也不是热的），因此增加了模具的机械强度。

51、在此过程中不对表面造成损害，不产生碎片，不排放III-V化合物的V基元素等有害物质，因此不需要特殊的切割后处理。

52、这一过程也显示了“通过衬底细化切割”的潜力，从而消除锯切割的必要性。

53、最后，如果由于补充光刻、PECVD沉积和蚀刻而增加的加工成本被更高的产量和潜在的更高的性能和可靠性来补偿，那么作为非并行处理的隔离可能会对太阳能电池晶片的制造产生积极的经济影响。

结论

本文报道了用溴溶液进行IIIV/Ge晶圆的单步湿蚀刻分离工艺。

57、MJSC将分离步骤纳入其微制备过程。

58、结果表明，用标准品进行蚀刻，由于溴-甲醇溶液通过介电掩模的扩散，溴-甲醇溶液会在III-V层中形成空穴。

59、我们已经证明了这种扩散与IIIV/Ge结构中高压缩应力在等离子体沉积过程中介质掩模引起的缺陷有关。

60、这些缺陷在湿蚀刻过程中作为溴的扩散路径，可以通过应力补偿薄膜作为蚀刻掩模和高粘度溴-异丙醇溶液来抑制。

61、所演示的隔离技术为提高单个太阳能电池的性能和可靠性开辟了道路，因为它能够产生无损伤、光滑的侧壁，以及用介电PECVD薄膜钝化的可能性。

62、工作正在进行中，以量化对太阳能电池性能的提高，用这个过程制造。

63、审核

本文到此结束，希望对大家有所帮助。