[发明专利]高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及砷化镓多结柔性太阳电池生产技术领域。

背景技术

我国的太阳电池发展迅速，其中GaAs太阳电池为航天事业承担着重要角色。目前GaAs多结太阳电池主要有以Ge和GaAs为衬底正装多结太阳电池，以及倒置结构的多结太阳电池，其中倒置多结太阳电池因为各结电池带隙较好的匹配全光谱，有助于太阳光吸收，使得其光电转换效率始终远远领先于其它太阳电池，备受人们的青睐。倒装太阳电池虽然转换效率较高，但因键合在Si片上，电池片的重量也不轻，导致重量比功率并不理想；加之使用衬底是刚性材料，应用范围局限于平整的基板。对于太阳电池空间来说，其中一种重要指标就是重量比功率，所以具有较高质量比功率的柔性太阳电池成为当前研究的一大热点。

如图1所示，现有的太阳电池生产步骤如下：

1、外延生长：

采用MOCVD设备在GaAs衬底上依次生长N型GaAs的缓冲层、GaInP腐蚀截止层、N型GaAs接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P型InGaAs接触层完成外延片24的生长。

2、衬底转移：

在电池外延片24的底电池背部和导电类型为P型的转移Si衬底22正面，分别通过电子束依次蒸镀Ti、Pt和Au层，再将蒸镀完电池外延片24与转移Si衬底22通过金属键合层23进行金属键合。

3、衬底剥离：

采用氨水、双氧水腐蚀液去除金属键合后的电池外延结构上的GaAs衬底。

4、电极制作：

采用负性光刻胶工艺光刻电极栅线图形，用电子束和热阻真空蒸镀的方式，在顶电池欧姆接触层上制备金属电极，并通过有机剥离将完成上电极26制作；在转移Si衬底22背面蒸镀制备下电极21。

5、减反射膜：

将完成选择性腐蚀的电池片，采用电子束蒸镀的方法蒸镀TiO₂/Al₂0₃双层减反射膜25。

6、退火、划片、端面处理完成倒装太阳电池芯片制作。

这种GaInP/GaAs/InGaAs倒装三结太阳电池目前效率最高的效率在32%左右，在光谱AM 0下，标准光强为136.7mw/cm²，输出功率约为43.74 mw/cm²率；以面积12cm²的倒装三结电池芯片为例，电池质量2.25g，质量比功率1945w/kg，已接近理论值，离3000w/kg空间需求还有一定距离。

若能将衬底去除或者采用较轻衬底替代，结果可想而知，重量将大幅降低，相应空间飞行器的发射和运载成本将会得到很好的改善。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的是提出一种能减轻电池体重量、具有柔韧弯曲，从而提高重量比功率和扩大应用范围的GaAs多结柔性薄膜太阳电池。

本发明包括下电极，在下电极一侧设置电池外延层，在电池外延层上设置上电极和减反射膜；所述电池外延层包括N型GaAs接触层、GaInP顶电池、第一隧穿结、GaAs中电池、第二隧穿结、InGaAs底电池和P型InGaAs接触层。

本发明产品仅上、下电极，加外延层和减反射膜，并无衬底支撑，具有较高的重量比功率和超薄性的特点，产品厚度仅约10～15μm上，且输出功率互不影响、独立工作。另外，具有弯曲的特性，可大大增加太阳电池的应用范围。

进一步地，本发明在上电极和减反射膜上设置临时保护层，在临时保护层上设置临时柔性载体。

临时保护层的作用在于保护电池正面，避免因临时载体粘附的胶层残留在电池表面，影响柔性电池的表观和电学特性。在临时柔性载体只起到托运的作用，以确保在搬运过程中对产品的保护。使用时仅需通过简单的操作即可去除临时保护层和临时柔性载体。

为了便于粘合和分离，同时，不影响产品的柔性和硬度，所述临时柔性载体为UV膜、热剥离膜、PET衬底、PI柔性衬底或PEN衬底中的任意一种。