[發明專利]一種與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極制備方法

在審

• 申請號: 202011485427.7
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112599613A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王鑫;杜永超;歐偉;鐵劍銳;梁存寶;孫希鵬;李曉東;肖志斌
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所;天津恒電空間電源有限公司
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 天津諾德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發明提供一種與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極制備方法，包括腐蝕以鍺為襯底的外延片，用真空法在外延片的非有源表面制備金接觸層和銀層，用電鍍法在銀層上制備銀加厚層，最后進行將制備好銀加厚層的外延片進行熱處理，得到與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極。本發明的有益效果是：該電極能夠采用真空法(真空蒸鍍法或磁控濺射法等)和非真空法(電鍍法等液相生長薄膜的方法)相結合進行制備，能提高材料利用率、降低生產成本、在不采購大型設備的前提下提高產能；能夠實現電極和襯底材料間形成歐姆接觸，并且接觸面間牢固度滿足空間使用要求；產品可靠性高。

技術領域

本發明屬于空間用太陽電池技術領域，尤其是涉及一種與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極制備方法。

背景技術

三結砷化鎵太陽電池是目前空間領域應用最廣泛，需求量最大的一類空間用太陽電池，具有轉換效率高、耐輻射性能好、高溫工作效率高等特點。該種電池通過在襯底上氣相生長Ⅲ-Ⅴ族化合物，形成具有三個PN結結構的有源層，再通過金屬電極將電流引出。

不同于地面采用的太陽電池，空間電池隨航天器會在特定軌道進行運轉，其運轉過程中會隨著進出地影而發生強烈的溫度交變，其變化范圍和變溫速度遠遠大于地面環境。因此，空間產品對于電池處于空間環境中的電極牢固度要求更為嚴格。不同的軌道的航天器運行過程中的溫度范圍不同，太陽電池作為通用的零部件按照標準規范的要求，其電極需要滿足-180℃～+100℃的溫度沖擊下牢固度仍滿足相應要求。因此，對于空間電池產品，其電極不僅需要考慮其金半接觸面的歐姆接觸，還需要充分考慮其空間應用的可靠性。

正向生長晶格匹配的三結砷化鎵太陽電池采用鍺作為襯底材料，由于空間使用需求特點其PN結采用n-on-p結構，即每個子結n型位于受光面，p型位于背光面，因此下電極制備在p型鍺表面。現有的電池采用金鍺銀作為電極體系，由于鍺材料在空氣中1分鐘內就會形成表層氧化物，在制備該電極過程中必須保證真空條件下進行鍺材料的制備并在鍺層后面覆蓋足夠厚度的銀以保證氧不會從銀層的孔隙處進入造成材料氧化，單體電池價格昂貴，還有可能腐蝕電池造成電池失效，產品可靠性低，因此該體系電極制備方法嚴重受限。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極制備方法，該電極采用真空法(真空蒸鍍法或磁控濺射法等)和非真空法(電鍍法等液相生長薄膜的方法)相結合進行制備，能提高材料利用率、降低生產成本、在不采購大型設備的前提下提高產能；能夠實現電極和襯底材料間形成歐姆接觸，并且接觸面間牢固度滿足空間使用要求；產品可靠性高。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極制備方法，包括：在以鍺為襯底的外延片的有源層表面涂覆光刻膠；將所述外延片置于稀鹽酸溶液中腐蝕一定時間，取出所述外延片，置于去離子水中沖洗；將沖洗后的所述外延片放置在混合酸溶液中腐蝕一定時間，將腐蝕后的所述外延片取出，在去離子水中浸泡一定時間，沖洗，沖洗后去除所述光刻膠；用真空法在腐蝕后的所述外延片的非有源層表面上制備金接觸層和銀層；將制備好所述金接觸層和所述銀層的所述外延片非制備電極面進行保護后將其固定在陰極板上，將所述陰極板浸入電解槽中，在所述銀層表面電鍍銀加厚層，電鍍完成后進行干燥；將電鍍完所述銀加厚層的所述外延片置于真空燒結爐內，加熱至一定溫度后恒溫一段時間，冷卻至室溫后取出，得到與鍺結合的空間用砷化鎵太陽電池電極。

優選地，所述真空法包括蒸鍍法，具體步驟為將腐蝕后的所述外延片置于蒸鍍夾具上，放入真空鍍膜機中，抽真空后進行烘烤，烘烤完成后蒸鍍所述金接觸層，蒸鍍完成后繼續蒸鍍所述銀層。

優選地，腐蝕后的所述外延片進行烘烤時溫度為90～110℃，烘烤8～12min；所述金接觸層蒸鍍速率為1.5～2.5nm/s，蒸鍍厚度為100～140nm；所述銀層蒸鍍速率為0.8～1.2nm/s，蒸鍍厚度設為40～60nm。

優選地，所述真空法還包括磁控濺射法，具體步驟為將腐蝕后的所述外延片放入真空室中抽真空后進行烘烤，烘烤完成后濺射所述金接觸層，濺射完成后繼續濺射所述銀層。