高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池制造技术

高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池，涉及砷化镓多结柔性太阳电池生产技术领域。本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术产品仅上、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。

【技术实现步骤摘要】
高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池
本技术涉及砷化镓多结柔性太阳电池生产

技术介绍
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T1、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Ti02/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GalnP/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 O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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术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。本技术包括下电极，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。本技术产品仅上、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?15μπι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。本技术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。所述减反射膜为Ti02/Si02、Ti02/Al203、Ti02/Ta205、Ti02/Si3N4、Ti02/Ta205/Al203、Ti02/Ta205/Si02、Ti02/Si3N4/ Al2O3或Ti02/Si3N4/ S12多层结构中的任意一种，T12的厚度为1λ/4η，Τ&205的厚度为1λ/4η，Α1203的厚度为U/4n，Si02的厚度为lA/4n，Si3N4的厚度为Iλ/4η，其中λ为波长，单位nm;n为介质膜的折射系数。砷化镓多结太阳电池不仅利用可见光，不可见的紫外光和红外光仍然将其转换为电能，可以吸收从300nm到2000nm波段，这也就是砷化镓多结太阳电池高效性的特点。利用多层结构形成减反射膜的结构可以降低太阳光各个波段的反射率，从而太阳电池的光电转换效率。所述下电极为Ag、Al、Au、T1、Pd、Pt、N1、In中的任意一种或几种，下电极的厚度大于Ιμπι。通过加压和400 °C高温的作用，金属之间会相互扩散融合在一起，金属厚度不能小于lMi，避免因金属之间结合的力不够，造成下电极分层，影响太阳电池的电性能。本技术关键在于使用倒装电池结构，键合层金属经过临时衬底剥离后作为电池的下电极;其次，采用具有热敏作用的柔性临时载体，该薄膜衬底具有一定硬度可以支撑剥离下来的电池体，另外具有柔韧性可以弯曲，便于电池非平面的粘结，更重要的是加热到特定的温度将会使之粘性失效，让电池体与载体自然分离，并且表面不会有任何残留物，使仅仅10微米多厚电池体完成器件制作，达到零衬底的电池结构。【附图说明】图1为现有技术产品的结构示意图。图2为本技术制作过程中的外延片结构示意图。图3为本明产品临时柔性载体未去除的结构示意图。图4为本明广品的结构不意图。图5为本明产品的平面示意图。【具体实施方式】—、生产工艺:1、外延片生长:采用MOCVD设备在厚度为350μπι的GaAs衬底10上依次生长N型GaAs的缓冲层11、GaInP腐蚀截止层12、Ν型GaAs接触层13、GaInP顶电池14、第一隧穿结15、GaAs中电池16、第二隧穿结17、InGaAs底电池18和P型InGaAs接触层19，完成具有临时衬底的外延片的外延层生长，如图2所示。以下统称为电池外延层。2、电池外延片键合层蒸镀:选取两片所述电池外延片激光打标进行编号，使用丙酮、异丙醇有机超声清洗1min、干燥15min，在P型InGaAs接触层19上分别通过电子束依次蒸镀1';1。3、临时衬底键合层蒸镀:选取一片厚270μπι单面抛光砷化镓临时衬底，经有机超声lOmin、干燥15min，并在干燥后的砷化镓衬底的正表面通过电子束依次蒸镀T1、Pt和Au键合层31，膜厚不低于2μηι。4、衬底转移:将上述蒸镀后的外延片上蒸镀层与砷化镓临时衬底上蒸镀层相对合在一起，经过高温加热到400°C、加压到5000kg/cm2进行键合20min，使电池片与砷化镓衬底牢牢地粘附起来，取得键合好的电池片。5、衬底剥离:在键合好的电池片上的砷化镓临时衬底表面涂胶保护后，浸入由体积比为I: 10的氨水和双氧水配制成的混合溶液中，经3 O m i η后，去除电池片的外延片上的衬底1，露出GaInP腐蚀截止层12，并经过QDR冲洗、脱水，烘干待用。6、上电极制作:将完成衬底剥离后的制品浸入由体积比为1:2的盐酸和磷酸混合组成的溶液中去除截止层12，露出N型GaAs接触层13，并经过丙酮、酒精有机超声清洗，QDR清洗旋干后，采用负性光刻胶工艺经黄光涂胶、光刻、显影等电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池，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。2.根据权利要求1所述高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池，其特征在于: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。3.根据权利要求2所述高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池，其特征在于: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。4.根据权利要求1所述高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池，其特征在于:所述减反...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洪清，米万里，曹来志，张永，张双翔，徐培强，李俊承，韩效亚，
申请(专利权)人：扬州乾照光电有限公司，
类型：新型
国别省市：