[發明專利]高比功率GaAs多結柔性薄膜太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610062060.5
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105552140B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 吳洪清;米萬里;曹來志;張永;張雙翔;徐培強;李俊承;韓效亞
• 申請（專利權）人: 揚州乾照光電有限公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/0687;H01L31/0693;H01L31/18;H01L21/683
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及砷化鎵多結柔性太陽電池生產技術領域。

背景技術

我國的太陽電池發展迅速，其中GaAs太陽電池為航天事業承擔著重要角色。目前GaAs多結太陽電池主要有以Ge和GaAs為襯底正裝多結太陽電池，以及倒置結構的多結太陽電池，其中倒置多結太陽電池因為各結電池帶隙較好的匹配全光譜，有助于太陽光吸收，使得其光電轉換效率始終遠遠領先于其它太陽電池，備受人們的青睞。倒裝太陽電池雖然轉換效率較高，但因鍵合在Si片上，電池片的重量也不輕，導致重量比功率并不理想；加之使用襯底是剛性材料，應用范圍局限于平整的基板。對于太陽電池空間來說，其中一種重要指標就是重量比功率，所以具有較高質量比功率的柔性太陽電池成為當前研究的一大熱點。

如圖1所示，現有的太陽電池生產步驟如下：

1、外延生長：

采用MOCVD設備在GaAs襯底上依次生長N型GaAs的緩沖層、GaInP腐蝕截止層、N型GaAs接觸層、GaInP頂電池、第一隧穿結、GaAs中電池、第二隧穿結、InGaAs底電池和P型InGaAs接觸層完成外延片24的生長。

2、襯底轉移：

在電池外延片24的底電池背部和導電類型為P型的轉移Si襯底22正面，分別通過電子束依次蒸鍍Ti、Pt和Au層，再將蒸鍍完電池外延片24與轉移Si襯底22通過金屬鍵合層23進行金屬鍵合。

3、襯底剝離：

采用氨水、雙氧水腐蝕液去除金屬鍵合后的電池外延結構上的GaAs襯底。

4、電極制作：

采用負性光刻膠工藝光刻電極柵線圖形，用電子束和熱阻真空蒸鍍的方式，在頂電池歐姆接觸層上制備金屬電極，并通過有機剝離將完成上電極26制作；在轉移Si襯底22背面蒸鍍制備下電極21。

5、減反射膜：

將完成選擇性腐蝕的電池片，采用電子束蒸鍍的方法蒸鍍TiO₂/Al₂0₃雙層減反射膜25。

6、退火、劃片、端面處理完成倒裝太陽電池芯片制作。

這種GaInP/GaAs/InGaAs倒裝三結太陽電池目前效率最高的效率在32%左右，在光譜AM 0下，標準光強為136.7mw/cm²，輸出功率約為43.74 mw/cm²率；以面積12cm²的倒裝三結電池芯片為例，電池質量2.25g，質量比功率1945w/kg，已接近理論值，離3000w/kg空間需求還有一定距離。

若能將襯底去除或者采用較輕襯底替代，結果可想而知，重量將大幅降低，相應空間飛行器的發射和運載成本將會得到很好的改善。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明目的是提出一種能減輕電池體重量、具有柔韌彎曲，從而提高重量比功率和擴大應用范圍的GaAs多結柔性薄膜太陽電池。

本發明包括下電極，在下電極一側設置電池外延層，在電池外延層上設置上電極和減反射膜；所述電池外延層包括N型GaAs接觸層、GaInP頂電池、第一隧穿結、GaAs中電池、第二隧穿結、InGaAs底電池和P型InGaAs接觸層。

本發明產品僅上、下電極，加外延層和減反射膜，并無襯底支撐，具有較高的重量比功率和超薄性的特點，產品厚度僅約10～15μm上，且輸出功率互不影響、獨立工作。另外，具有彎曲的特性，可大大增加太陽電池的應用范圍。

進一步地，本發明在上電極和減反射膜上設置臨時保護層，在臨時保護層上設置臨時柔性載體。

臨時保護層的作用在于保護電池正面，避免因臨時載體粘附的膠層殘留在電池表面，影響柔性電池的表觀和電學特性。在臨時柔性載體只起到托運的作用，以確保在搬運過程中對產品的保護。使用時僅需通過簡單的操作即可去除臨時保護層和臨時柔性載體。

為了便于粘合和分離，同時，不影響產品的柔性和硬度，所述臨時柔性載體為UV膜、熱剝離膜、PET襯底、PI柔性襯底或PEN襯底中的任意一種。