一种倒装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，具体公开了一种倒装高效柔性砷化镓太阳能电池，包括反置的外延层，其受光面位于上部，受光面上设有上电极，外延层的下方依次设有金属化层和铜钼铜柔性基板，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；外延层在外延片中为倒置生长结构。本实用新型专利技术倒装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% (来自IBM公司数据)，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(如航空、航天领域、可穿戴设备等）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，造成了其实际转化效率和应用受到限制。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 可靠的倒装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：一种倒装高效柔性砷化 镓太阳能电池，包括反置的外延层，即外延层受光面位于上部；所述受光面上设有上电极， 所述外延层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；所述外延层移取自下述的外延片：所述外延 片由下向上包括衬底、缓冲层、剥离层、外延层，该外延层在外延片中呈倒置生长结构，即受 光面位于剥离层一方。 进一步地，所述铜钼铜柔性基板的热膨胀系数为（6~7)X1(T6/°C，包括底层铜 10~20微米，中间层钼10~20微米，顶层铜10~20微米。 进一步地，所述剥离层为N-InxGau_x)P, 0〈x〈l。 进一步地，反置的外延层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 ± 10 nm〇 进一步地，所述金属化层自下而上依次为钛层、银层、金层。 进一步地，所述钛层、银层、金层的厚度分别为100nm、1000nm、60nm。 制备如上所述倒装高效柔性砷化镓太阳能电池的方法，包括如下步骤， 步骤一、外延片和铜钼铜柔性基板键合：清洗外延片P面和铜钼铜柔性基板的键 合部位，在外延片P面生长金属化层，将金属化层与铜钼铜柔性基片对准、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； 步骤二、将所得键合片用腐蚀液去除剥离层，从而将衬底和缓冲层剥离，露出受光 面； 步骤三、在受光面的上方制作上电极。 进一步地，还包括，步骤四、在受光面上生长减反射膜。 进一步地，所述金属化层自下而上依次为钛层、银层、金层，其厚度分别为l〇〇nm、 1000nm、60nm，所述金属化层的金层与铜钼铜柔性基片对准、压紧。 进一步地，步骤一清洗时，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；键合时，键合温度300~500度， 时间60~120分钟，压力2~5kg/cm 2。 进一步地，步骤二中，剥离层为N-InxGa(1_ x)P，0〈X〈l，腐蚀液为HC1与H3P04体积比 为3:2的混合溶液。 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，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，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，采用CMC，相对于传统键合工艺，不必使用昂贵的Au材料作为键合金属，而 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SiO2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是本技术倒装高效柔性砷化镓太阳能电池的结构示意图； 图2是本技术实施例1中倒装高效柔性三结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中倒装高效柔性三结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、金属化层；5、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5为三层复合材料，参见图4,优选的，分别包括底 层铜10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倒装高效柔性砷化镓太阳能电池，其特征在于：包括反置的外延层（3），即外延层受光面位于上部；所述受光面上设有上电极（2），所述外延层（3）的下方依次设有金属化层（4）和铜钼铜柔性基板（5），所述铜钼铜柔性基板（5）为铜钼铜三层复合材料，包括底层铜、中间层钼和顶层铜；所述外延层（3）移取自下述的外延片：所述外延片由下向上包括衬底、缓冲层、剥离层、外延层（3），该外延层（3）在外延片中呈倒置生长结构，即受光面位于剥离层一方。

【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