一种高效柔性砷化镓太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及太阳能电池技术领域，具体公开了一种高效柔性砷化镓太阳能电池，其中砷化镓电池外延片衬底的下方依次设有金属化层和铜钼铜柔性基板，所述衬底的厚度为70～110微米，所述铜钼铜柔性基板为铜钼铜三层复合材料，其热膨胀系数为（6～7）X10-6/℃，分别包括底层铜10～20微米，中间层钼10～20微米，顶层铜10～20微米。本实用新型专利技术高效柔性砷化镓太阳能电池具有厚度薄、柔性好、散热好、效率高、牢固可靠、寿命长的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能电池

技术介绍
砷化镓太阳能电池是以砷化镓（GaAs)为基体材料的太阳能电池，其发展已有40 余年的历史。GaAs材料的Eg=l. 43eV，理论上估算，GaAs单结太阳能电池的效率可达27%， 从上世纪80年代后，GaAs太阳能电池技术经历了从LPE到MOCVD，从同质外延到异质外延， 从单结到多结叠层结构的几个发展阶段，其发展速度日益加快，效率也不断提高，目前实验 室最高效率已达到50%，产业生产转化率可达30%以上。而在光伏发电产业中，几乎占到 全部产量的94%以上的单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池，其在实验室里最高的转换效率为 24. 7%，工业规模生产的转换效率仅为18%，而砷化鎵太阳能电池光电转换效率比传统晶硅 原料高出许多，在某些特定场合将成为市场主流。 单结GaAs电池只能吸收特定光谱的太阳光，不同禁带宽度的III、V族材料制备 的多结GaAs电池，按禁带宽度大小叠合，分别选择性吸收和转换太阳光谱的不同子域， 可大幅度提高太阳能电池的光电转换效率。理论计算表明：双结GaAs太阳能电池的极限 效率为30 %，三结GaAs太阳能电池的极限效率为38 %，四结GaAs太阳能电池的极限 效率为41 %。 与硅基太阳能电池相比，GaAs太阳能电池具有更高的光电转换效率、更强的抗 辐照能力和更好的耐高温性能，其广泛应用在空间能源领域，如我国的神八宇宙飞船和 "天宫一号"飞行器均采用了三结砷化镓太阳能电池，其转化效率达到26. 8%。 GaAs为直接跃迀型材料，而Si为间接跃迀型材料。在可见光范围内，GaAs材 料的光吸收系数远高于Si材料。同样吸收95 %的太阳光，GaAs太阳能电池只需5~ 10ym的厚度，而Si太阳能电池则需大于150ym。因此，GaAs太阳能电池能制成薄膜型， 质量可大幅减小。但是由于砷化镓太阳能电池的衬底材料Ge或GaAs热导系数较小，在使 用中芯片内部产生的热不能及时散出，降低了电池效率；同时Ge或GaAs衬底厚度大，柔性 差，极易碎，不方便使用，造成了其应用受到限制。如果能够把砷化镓太阳能电池制成柔性 薄膜太阳能电池，借助柔性薄膜太阳能电池的可以弯曲、便于携带的特点，能够在多种生产 与生活领域为人们提供电力，有广泛的应用前景。 铜钼铜（CMC)封装材料是一种三明治结构的平板复合材料，它采用纯钼做芯材，双 面再覆以纯铜或者弥散强化铜。这种材料的热膨胀系数可调，热导率高，耐高温性能优异， 在电子封装中得到了广泛的运用。铜钼铜材料属于金属基平面层状复合型电子封装材料， 这类电子封装复合材料的结构是层叠式，一般分为三层，中间层为低膨胀材料层，两边为高 导电导热的材料层。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种厚度薄，柔性好，散热好，效率高，牢固 可靠的高效柔性砷化镓太阳能电池。 为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种高效柔性砷化镓太 阳能电池，包括砷化镓电池外延片，外延片结构从上至下包括砷化镓电池外延层、缓冲层、 衬底，砷化镓电池外延层的受光面位于上部；所述受光面上设有上电极，所述衬底的下方依 次设有金属化层和铜钼铜柔性基板，所述铜钼铜柔性基板为铜钼铜三层复合材料，包括底 层铜、中间层钼和顶层铜。 进一步地，所述衬底的厚度为70~110微米；所述铜钼铜柔性基板的底层铜厚度 为10~20微米，中间层钼厚度为10~20微米，顶层铜厚度为10~20微米，铜钼铜柔性 基板的热膨胀系数为（6~7) X10_6/°C。 进一步地，所述外延片受光面上还设有减反射膜。 进一步地，所述减反射膜由上层的二氧化硅薄膜和下层的二氧化钛薄膜构成，所 述二氧化娃薄膜厚度为90 ± 10nm，所述二氧化钛薄膜厚度为60 ± 10nm〇 进一步地，所述金属化层自下而上依次为钛层、银层、金层。 优选的，所述钛层、银层、金层的厚度分别为100nm、1000nm、60nm。 进一步地，所述外延片为三结砷化镓电池外延片，所述外延片的厚度为90± 10微 米。制备如上所述高效柔性砷化镓太阳能电池的方法，包括如下步骤， 步骤一、外延片衬底减薄，抛光； 步骤二、外延片和铜钼铜柔性基板键合：清洗外延片和铜钼铜柔性基板的键合部 位，在外延片衬底生长金属化层，将金属化层与铜钼铜柔性基板对准、压紧，最后放入晶片 键合设备中，加温、加压完成键合，得到键合片； 步骤三、在外延层的上方制作上电极。 进一步地，还包括，步骤四、外延片受光面上生长减反射膜。 进一步地，所述减反射膜通过真空蒸发蒸镀至外延片受光面，蒸发台运行真空度 大于 1. 0X10_4Pa。 进一步地，步骤二中，减薄、抛光后的外延片和铜钼铜柔性基板，依次经过丙酮、异 丙醇、去离子水、HC1与H 20体积比为1:1的混合溶液、去离子水清洗。 进一步地，步骤二中，外延片和铜钼铜柔性基板的键合部位分别生长钛、银、金三 层，其厚度分别为l〇〇nm、1000nm、60nm，键合温度300~500摄氏度，键合时间60~120分 钟，键合压力2~5kg/cm2。 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术采用了柔性度较高的CMC 作为太阳能电池的基底材料，减小了电池的厚度，有效降低了电池的重量，大大提高了电池 的柔韧性，使其可应用范围大大增加，且使用更加方便。 CMC导电导热性远高于传统技术中Ge或GaAs衬底，显著提高了衬底的散热性能， 同时其热膨胀系数控制在（6~7) X1(T6/°C，与Ge和GaAs材料的热膨胀系数相近，这样可 保证在生产和使用过程中不会由于温度的变化，导致太阳能电池片表面分裂，延长了电池 的使用寿命。 同时，相对于传统键合工艺，采用CMC，不必使用昂贵的Au材料作为键合金属，而 能够选择廉价的Ag材料进行键合，极大的降低工艺成本，同时也提高了成品率。 本技术采用了 1102和5102材料作为减反射膜，能在400nm~1200nm波段范围 内获得很好的减反射效果，有效的降低了电池表面的反射率，使短路电流的增益达到最高， 提尚广品的效率。【附图说明】 图1是本技术的结构示意图； 图2是本技术实施例1中高效柔性砷化镓太阳能电池上电极的结构示意图；图3是本技术实施例1中高效柔性砷化镓太阳能电池表面反射率曲线； 图4是本技术铜钼铜柔性基板的结构示意图； 1、减反射膜；2、上电极；3、外延层；4、缓冲层；5、衬底；6、金属化层；7、铜钼铜柔 性基板。【具体实施方式】 本技术为解决公知技术中砷化镓太阳能电池由于衬底材料Ge或GaAs热导系 数小、厚度大、柔性差、易碎等缺点而导致的散热差、电池效率降低和使用不方便的技术问 题，采用柔性度较高的铜钼铜柔性基板（CMC)作为太阳能电池的基底材料，能够减小电池的 厚度，有效降低电池的重量，大大提高电池的柔韧性，具有使用方便、应用范围大，电池使用 寿命长、效率高的优点。 本技术中铜钼铜柔性基板7为铜钼铜（CMC)三层复合材料，参见图4,优选的， 分别包括底层铜10~20微米，中间层钼10~20微米，顶层铜10~20微米，其热膨胀系 数为（6~7)X1(T6/°C。本技术中铜钼铜柔性基板7可通过日本永福贸易株式会本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效柔性砷化镓太阳能电池，包括砷化镓电池外延片，外延片结构从上至下包括砷化镓电池外延层（3）、缓冲层（4）、衬底（5），砷化镓电池外延层（3）的受光面位于上部；所述受光面上设有上电极（2），其特征在于：所述衬底（5）的下方依次设有金属化层（6）和铜钼铜柔性基板（7），所述铜钼铜柔性基板（7）为铜钼铜三层复合材料，包括底层铜、中间层钼和顶层铜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李云，张宇超，马晓薇，
申请(专利权)人：河北英沃泰电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13