常规HCPV芯片的生产过程如下:首先利用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)技术在4/6 in锗衬底上外延砷化镓磷形成3结电池片的材料,然后在外延片上利用光刻、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、蒸镀等技术,制备减反膜以及主要成份为银的金属电极,再经划片清洗等工艺,生产出HCPV芯片。
典型具体的芯片外延生长过程:
(1)成核层(nucleation layer)生长:采用最合适的成核层材料及外延条件,以达到最佳的底电池p-n界面、外延表面缺陷密度及平滑度。
(2)缓冲层(buffer layer)生长:采用最合适的缓冲层材料、厚度及外延条件,以兼顾生产速度及电池性能。
(3)底层隧穿结(bottom tunnel junction)生长:采用合适的材料类型、浓度、厚度及外延条件,以达最低的吸光程度、电阻效应及参杂元素扩散效应,进而降低对底电池及中电池的效能影响并满足整体电池效能目标。
(4)中电池(middle cell)生长:采用合适的射极(emitter)、基极(base)、窗层(window layer)及背电场层(BSF)的材料类型、浓度、厚度及外延条件,以达最佳的光子吸收效率及最低的载子复合效应,进而达到最佳的中电池效能。
(5)上层隧穿结(top tunnel junction)生长:采用合适的材料类型、浓度、厚度及外延条件,以达最低的吸光程度、电阻效应及参杂元素扩散效应,进而降低对中电池及顶电池的效能影响并满足整体电池效能目标。
(6)顶电池(top cell)生长:采用合适的射极(emitter)、基极(base)、窗层(window layer)及背电场层(BSF)的材料类型、浓度、厚度及外延条件,以达最佳的光子吸收效率及最低的载子复合效应,进而达到最佳的顶电池效能。
(7)电极接触层(cap layer)生长:采用合适的材料组成、浓度、厚度及外延条件,以达最低的接触及串联电阻效应。
(8)外延条件优化:优化外延条件,增加外延稳定性、降低外延成本,实现批量生产。
(9)电池正面与背面金属层之优化设计:以达到高聚光倍率下的最佳电池转换效率、最少贵金属的使用同时满足可靠度的要求。
(10)正面与背面金属层蒸镀技术研究与制程优化设计:选择适当的蒸镀金属材料,并优化蒸镀工艺设计、蒸镀速率、真空条件、温度、蒸镀顺序等各项参数,来实现电池正面与背面金属层总体的优化设计。
(11)蚀刻工艺制程的优化:选择最佳的化学材料,并优化所需各材料的比率、蚀刻时间、浓度、温度等各项参数。
(12)黄光工艺制程的优化:选择最佳的光阻、显影等化学材料与优化光罩设计、并优化光阻厚度、光阻涂布条件、显影条件、烘烤时间、温度等各项参数。
(13)优化电池表面抗反射层:选择适当放入镀膜材料,并以优化蒸镀工艺放入的双层抗反射层,来实现最小反射率及光电转换效率的耗损。
(14)合理的工艺制程与工序:各工序流程间的优化整合设计,使生产流程间达到最佳效率,以实现最佳的制造绩效、稳定的电池质量水平,降低整体量产成本,及实现规模生产的目标。
(15)优化电池表面抗反射层:选择适当放人镀膜材料,并以优化蒸镀工艺放人的双层抗反射层,来实现最小反射率及光电转换效率的耗损。
由于聚光电池在目前常规工艺中,Ge村底在制作成芯片最终成本中占比例30%左右,所以聚光电池厂家纷纷在尝试Ge衬底复用技术,或者Ge材料替换成其他低成本半导体材料。