[發明專利]一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201310477739.7
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103545384A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李愿杰;黃添懋
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/18;C23C16/455
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 張新

技術領域

本發明屬于太陽能制造技術領域，具體涉及一種高倍聚光光伏系統中接收器的保護膜及其制備方法。

背景技術

隨著GaAs疊層太陽能電池效率的快速提升，其地面應用前景備受矚目。高倍聚光光伏系統是目前GaAs疊層太陽能電池大規模地面應用的基礎。通過透鏡使太陽光匯聚到GaAs疊層太陽能電池表面，可以有效降低系統單位裝機容量對GaAs疊層太陽能電池材料的消耗，同時還能在一定程度上提高該類太陽能電池的光電轉換效率。目前，GaAs疊層太陽能電池在高倍聚光條件下的光電轉換效率可達44%，高倍聚光組件效率可達36%，高倍聚光系統效率超過28%。

在高倍聚光光伏系統中，GaAs疊層太陽能電池固定在接收器上，接收器是高倍聚光光伏系統光電轉換以及電路連接的載體。接收器以覆銅陶瓷板為基底，其上表面導電的銅膜刻蝕出基本電路后再通過表面裝貼技術安裝上GaAs太陽能電池、肖特基二極管等元件,并壓焊金絲引出太陽能電池表面電極。通常情況下，接收器是沒有保護膜的，其制作完成后便直接安裝到高倍聚光光伏系統中，容易受到水汽、污染、腐蝕的影響從而導致系統運行不正常甚至無法發電。后來人們逐漸意識到接收器的絕緣、防護、散熱性能對于系統發電效果至關重要，并開始考慮制作保護膜覆蓋在接收器上。

硅膠保護膜通常采用手工涂覆的辦法進行加工，這種方法的好處在于成本低廉，但是很難避免接收器表面器件邊沿處殘留空氣，形成氣泡。在接收器工作過程中，這些氣泡容易受熱膨脹，產生機械應力對接收器造成損傷。此外，手工涂覆硅膠的厚度均勻性、工藝重復性等方面存在問題，另外還會增加接收器故障返修的難度。

通過物理濺射法制備氧化物薄膜作為接收器保護膜，由于物理濺射工藝原理的限制，很難在裝載了高低不平的元件的接收器表面形成厚度均勻的氧化物薄膜。一方面因為物理濺射方法沉積薄很難在原子層的尺度控制膜的均勻性與厚度；另一方面還因為元件本身材料表面性質不同導致保護膜生長速率與成核機制差異。此外，物理濺射方法由于接收器表面元件的遮擋，在元件側面容易形成濺射源材料堆積，而在元件遮擋處則不能很好地覆蓋保護膜。因此，通過物理濺射方法制備的保護膜具有一定缺陷。

發明內容

本發明以現有的高倍聚光光伏系統中的接收器為基礎，提出了一種接收器的保護膜及其制備方法。采用原子層沉積技術制作Al₂O₃薄膜作為保護膜，使接收器具有防水、防氧化的功能，并且具有更好的導熱性。

本發明具體方案如下：

一種高倍聚光光伏系統接收器的保護膜，其特征在于：所述保護膜為Al₂O₃薄膜，通過原子層沉積（ALD）技術制備置于接收器外層；接收器由覆銅陶瓷板、太陽能電池、肖特基二極管以及金線等元件組成，所述保護膜包覆所有元件與空氣接觸的外表面。

所述Al₂O₃薄膜為均勻致密材料，厚度為30-100nm，厚度均勻性偏差小于3%，臺階覆蓋高寬比超過100：1。

所述Al₂O₃薄膜為高透膜，平均透過率超過80%。

所述?Al₂O₃薄膜沉積方式采用單原子層周期性生長，單原子層厚度為0.1nm左右，整體厚度在納米級尺度可控。

制備上述保護膜的具體方法如下：

步驟1：將高倍聚光光伏系統的接收器放置到原子層沉積（ALD）設備真空腔室中的樣品架上，真空腔室的真空度保持在600-800pa，腔室溫度為室溫；

步驟2：將金屬有機物前驅體三甲基鋁（TMAl）通入真空腔室，金屬有機物在接收器的表面形成吸附，控制吸附反應時間0.1~0.3秒，然后將氮氣通入真空腔室進行吹掃，吹掃時間為1~2秒；

步驟3：通入第二種前驅體水蒸氣，水蒸氣使接收器表面的金屬原子被進一步氧化成Al₂O₃，控制表面氧化反應時間為0.2~0.4秒，然后再用氮氣吹掃真空腔室1~2秒；完成一個原子層薄膜的生長，一個原子層厚度控制在0.1~0.2nm之間；

步驟4：重復步驟2和3，經過多循環的周期沉積生長，在接收器表面形成一層均勻的Al₂O₃薄膜，厚度范圍為30~100nm；

步驟5：在壓強30pa，溫度120℃，Ar氣氣氛下退火20分鐘。