一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法技术

一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，在常温下，采用电子束热蒸发和离子源辅助沉积相结合的方法在所述太阳电池表面沉积所述减反射膜；所述离子源为MarkⅡ型霍尔离子源；所述霍尔离子源的阳极加速电压为150V～180V，辅助粒子束流为5A～6A。本申请的有益效果是：能够在常温下进行柔性太阳电池的减反射膜的沉积，既保证减反射膜具有满足要求的折射率又保证减反射膜具有足够的附着度；无需烘烤加热，省去了升温和降温的操作步骤，提升了太阳电池的生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法
本申请属于光学薄膜制备
，具体地说，涉及一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法。
技术介绍
柔性空间用反向生长晶格失配三结(IMM-3J)太阳电池是一种新型太阳电池，其外延结构为InGaP/GaAs/InGaAs，最高光电转换效率可达33％。此种太阳电池需要先在GaAs衬底上利用MOCVD技术按照InGaP、GaAs、InGaAs的顺序依次完成各外延层的生长，再利用半导体键合技术将最外层的InGaAs外延层与柔性金属层结合起来，最后利用湿法腐蚀技术将初始的GaAs衬底完全腐蚀，得到附着在金属层上的柔性外延层。经过光刻、电极蒸镀、划片、沉积减反射膜等工序后可将柔性外延层加工为柔性太阳电池。此种柔性太阳电池具有质量轻、效率高的优点，在太阳能无人机、太阳能飞艇以及便携式太阳能充电包等方面具有广泛的应用前景。通常情况下，太阳光照射在电池表面会有30％左右的能量被反射掉，可以采取在电池表面制备减反射膜的手段来降低电池表面反射率，减少能量损耗，提高电池转换效率。目前空间用太阳电池采用的减反射膜沉积方式是在高真空环境下利用电子束热蒸发实现膜料的沉积，为了保证减反射膜的折射率和牢固度满足要求，需要对真空室进行预烘烤，烘烤温度均大于200℃。对于柔性IMM-3J太阳电池，电池外延层及其所附着的金属衬底层具有不同的热膨胀系数。若在高温烘烤条件下沉积减反射膜，会导致电池外延层破裂并从金属衬底层剥离，电池转换效率完全丧失。若在不烘烤的条件下沉积减反射膜，薄膜的折射率无法满足要求，减反射效果大大下降。而且薄膜牢固度不足，无法通过胶带剥离试验。因此需要找到一种适用于柔性太阳电池的、常温下沉积减反射膜的方法。中国专利(公布号：CN102517554A)一种AZO膜层室温沉积方法，利用中频磁控溅射结合离子源辅助技术，在室温条件下、在柔性有机衬底上实现AZO透明导电膜层的沉积。该专利所涉及的
技术实现思路
无法解决前文中所提出的技术问题，主要有以下几点原因：1、空间太阳电池减反射膜沉积的主要方式是电子束热蒸发方式，从原理和操作上与中频磁控溅射有很大的差异。2、由于离子源分为霍尔离子源和考夫曼离子源，该专利未对所使用的离子源种类和参数作详细说明，因此其所提供的离子源参数并无明确指导意义。3、空间太阳电池所使用的减反射膜体系是TiOx-SiO2，其薄膜特性与AZO膜不同，对应的蒸镀工艺也不相同。4、空间太阳电池的主要材质是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，其材料特性与有机聚合物材料不同，在进行离子源辅助沉积时需要调整合适的工艺参数以避免粒子轰击所带来的半导体结构损伤。
技术实现思路
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，能够在常温下制备柔性空间用三结太阳电池减反射膜，保证减反射膜足够的折射率和附着度。为了解决上述技术问题，本申请公开了一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，并采用以下技术方案来实现。一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，在常温下，采用电子束热蒸发和离子源辅助沉积相结合的方法在所述太阳电池表面沉积所述减反射膜。进一步的，所述离子源辅助沉积的离子源为MarkⅡ型霍尔离子源。更进一步的，所述霍尔离子源的阳极加速电压为150V～180V，辅助粒子束流为5A～6A。进一步的，所述减反射膜包括TiOx薄膜和SiO2薄膜。更进一步的，所述TiOx薄膜的沉积速率为0.3nm/s～0.45nm/s，沉积厚度为50nm～55nm；所述SiO2薄膜的沉积速率为0.55nm/s～0.75nm/s，沉积厚度为88nm～95nm。再进一步的，所述TiOx薄膜沉积时的蒸发源材料是底面直径为1cm、高为1cm的圆柱形材料；所述SiO2薄膜沉积时的蒸发源材料是直径为2mm～4mm的颗粒。进一步的，所述减反射膜的沉积在真空度达到10-3Pa以下的真空环境下进行，充入的工作气体使所述真空环境的气压范围在1×10-2Pa～3×10-2Pa之间。一种使用以上所述制备方法制备的柔性空间用三结太阳电池减反射膜，依次包括折射率范围为2.20～2.25的TiOx薄膜和折射率范围为1.44～1.46的SiO2薄膜。进一步的，所述TiOx薄膜的厚度为53nm；所述SiO2薄膜的厚度为90nm。与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：能够在常温下进行柔性太阳电池的减反射膜的沉积，既保证减反射膜具有满足要求的折射率又保证减反射膜具有足够的附着度；采用离子源辅助沉积技术，能够增加减反射膜膜层的聚集密度和牢固度，并使薄膜的折射率满足设计要求；工艺过程中无需烘烤加热，省去了升温和降温的操作步骤，提升了太阳电池的生产效率。当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请一个实施例的离子源辅助沉积过程示意图。图2是无烘烤条件下，使用本申请制备方法以及仅使用电子束热蒸发制得TiOx薄膜的折射率对比图。图3是使用了本申请制备方法制备的减反射膜的柔性太阳电池反射率曲线图。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。本专利技术在常温下，采用电子束热蒸发与离子源辅助沉积相结合的减反射膜沉积技术来制备减反射膜。离子源辅助沉积技术(IAD)是一种有效的辅助沉积技术。当膜料被加热蒸发时，膜料粒子在基板表面不断受到来自离子源的荷能粒子的轰击。通过动量转移，轰击粒子为膜料粒子提供足够的动能，提高了膜料粒子的迁移率，增加膜层的聚集密度，降低膜层表面粗糙度，具体过程示意图如图1所示。借助IAD技术，可以在无烘烤加热的情况下，获得折射率高、牢固度好、光学吸收小的氧化物薄膜。将IAD技术应用于太阳电池的减反射膜沉积过程中，可以省去升温和降温的操作步骤，大大提升太阳电池的生产加工效率。常用的离子源有考夫曼(Kaufman)离子源和霍尔(Hall)离子源。考夫曼源具有离子能量高、放电充气量少、操作方便的特点，霍尔源具有离子能量低、束流密度高、均匀性好的特点。为了尽可能的减少辅助粒子对太阳电池造成的轰击损伤，选择MarkⅡ型霍尔离子源进行减反射膜的辅助沉积。在真空室内无烘烤条件下，采用电子束热蒸发的方式进行柔性三结太阳电池双层减反射膜沉积，同时使用MarkⅡ型霍尔离子源进行辅助沉积。减反射膜结构依次为53nm的TiOx薄膜及90nm的SiO2薄膜，TiOx薄膜折射率为2.23，SiO2薄膜折射率为1.45。离子源的阳极电压和束流需要选择合适的参数，在实现辅助沉积效果的同时又不对太阳电池的外延结构产生损伤，保证蒸膜后太阳电池具有理想的增益效果和牢固度。TiOx的x范围为1.5～2.0，表明了沉积薄膜中的氧含量。在上述两种薄膜材料中，TiOx薄膜折射率受温度影响较为明显。在无烘烤的条件下，以相同的速率沉积TiOx薄膜，使用离子源辅助沉积，薄膜折射率可达到2.20以上；不使用离子源辅助沉积，薄膜折射率仅为1.92。两种条件下制备得到的薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于：在常温下，采用电子束热蒸发和离子源辅助沉积相结合的方法在所述太阳电池表面沉积所述减反射膜。

【技术特征摘要】
1.一种柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于：在常温下，采用电子束热蒸发和离子源辅助沉积相结合的方法在所述太阳电池表面沉积所述减反射膜。2.根据权利要求1所述柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于：所述离子源辅助沉积的离子源为MarkⅡ型霍尔离子源。3.根据权利要求2所述柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于：所述霍尔离子源的阳极加速电压为150V～180V，辅助粒子束流为5A～6A。4.根据权利要求1-3任一所述柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于：所述减反射膜包括TiOx薄膜和SiO2薄膜。5.根据权利要求4所述柔性空间用三结太阳电池减反射膜制备方法，其特征在于：所述TiOx薄膜的沉积速率为0.3nm/s～0.45nm/s，沉积厚度为50nm～55nm；所述SiO2薄膜的沉积速率为0.55nm/s～0.75nm/s，沉积厚度为88n...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙希鹏，李晓东，铁剑锐，杜永超，梁存宝，王鑫，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，天津恒电空间电源有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12