[发明专利]一种与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极制备方法

说明书

本发明提供一种与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极制备方法，包括腐蚀以锗为衬底的外延片，用真空法在外延片的非有源表面制备金接触层和银层，用电镀法在银层上制备银加厚层，最后进行将制备好银加厚层的外延片进行热处理，得到与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极。本发明的有益效果是：该电极能够采用真空法(真空蒸镀法或磁控溅射法等)和非真空法(电镀法等液相生长薄膜的方法)相结合进行制备，能提高材料利用率、降低生产成本、在不采购大型设备的前提下提高产能；能够实现电极和衬底材料间形成欧姆接触，并且接触面间牢固度满足空间使用要求；产品可靠性高。

技术领域

本发明属于空间用太阳电池技术领域，尤其是涉及一种与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极制备方法。

背景技术

三结砷化镓太阳电池是目前空间领域应用最广泛，需求量最大的一类空间用太阳电池，具有转换效率高、耐辐射性能好、高温工作效率高等特点。该种电池通过在衬底上气相生长Ⅲ-Ⅴ族化合物，形成具有三个PN结结构的有源层，再通过金属电极将电流引出。

不同于地面采用的太阳电池，空间电池随航天器会在特定轨道进行运转，其运转过程中会随着进出地影而发生强烈的温度交变，其变化范围和变温速度远远大于地面环境。因此，空间产品对于电池处于空间环境中的电极牢固度要求更为严格。不同的轨道的航天器运行过程中的温度范围不同，太阳电池作为通用的零部件按照标准规范的要求，其电极需要满足-180℃～+100℃的温度冲击下牢固度仍满足相应要求。因此，对于空间电池产品，其电极不仅需要考虑其金半接触面的欧姆接触，还需要充分考虑其空间应用的可靠性。

正向生长晶格匹配的三结砷化镓太阳电池采用锗作为衬底材料，由于空间使用需求特点其PN结采用n-on-p结构，即每个子结n型位于受光面，p型位于背光面，因此下电极制备在p型锗表面。现有的电池采用金锗银作为电极体系，由于锗材料在空气中1分钟内就会形成表层氧化物，在制备该电极过程中必须保证真空条件下进行锗材料的制备并在锗层后面覆盖足够厚度的银以保证氧不会从银层的孔隙处进入造成材料氧化，单体电池价格昂贵，还有可能腐蚀电池造成电池失效，产品可靠性低，因此该体系电极制备方法严重受限。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极制备方法，该电极采用真空法(真空蒸镀法或磁控溅射法等)和非真空法(电镀法等液相生长薄膜的方法)相结合进行制备，能提高材料利用率、降低生产成本、在不采购大型设备的前提下提高产能；能够实现电极和衬底材料间形成欧姆接触，并且接触面间牢固度满足空间使用要求；产品可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极制备方法，包括：在以锗为衬底的外延片的有源层表面涂覆光刻胶；将所述外延片置于稀盐酸溶液中腐蚀一定时间，取出所述外延片，置于去离子水中冲洗；将冲洗后的所述外延片放置在混合酸溶液中腐蚀一定时间，将腐蚀后的所述外延片取出，在去离子水中浸泡一定时间，冲洗，冲洗后去除所述光刻胶；用真空法在腐蚀后的所述外延片的非有源层表面上制备金接触层和银层；将制备好所述金接触层和所述银层的所述外延片非制备电极面进行保护后将其固定在阴极板上，将所述阴极板浸入电解槽中，在所述银层表面电镀银加厚层，电镀完成后进行干燥；将电镀完所述银加厚层的所述外延片置于真空烧结炉内，加热至一定温度后恒温一段时间，冷却至室温后取出，得到与锗结合的空间用砷化镓太阳电池电极。

优选地，所述真空法包括蒸镀法，具体步骤为将腐蚀后的所述外延片置于蒸镀夹具上，放入真空镀膜机中，抽真空后进行烘烤，烘烤完成后蒸镀所述金接触层，蒸镀完成后继续蒸镀所述银层。

优选地，腐蚀后的所述外延片进行烘烤时温度为90～110℃，烘烤8～12min；所述金接触层蒸镀速率为1.5～2.5nm/s，蒸镀厚度为100～140nm；所述银层蒸镀速率为0.8～1.2nm/s，蒸镀厚度设为40～60nm。

优选地，所述真空法还包括磁控溅射法，具体步骤为将腐蚀后的所述外延片放入真空室中抽真空后进行烘烤，烘烤完成后溅射所述金接触层，溅射完成后继续溅射所述银层。