一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其特征在于，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底、砷化镓太阳电池材料、金属电极、减反射膜，其制备方法包括：键合金属层制备、外延键合、临时键合、器件制作，所述应力匹配柔性支撑衬底为线膨胀系数低于11×10‑6/℃的金属薄膜或耐高温聚合物薄膜，与砷化镓太阳电池材料热力学性能匹配良好。所制备的砷化镓太阳电池翘曲小、平整度好、可焊性高、易于太阳电池组件的研制，空间应用可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法
本专利技术涉及轻质柔性砷化镓太阳电池
，具体涉及一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法。
技术介绍
太阳电池是各种空间飞行器不可或缺的重要组成部分，是能量收集、高效转换和使用等电源分系统的关键部件，其性能的优劣严重制约着整个系统的信息收集能力、机动作战能力、工作寿命、可靠性等。空间技术发展及昂贵的航天发射成本迫切要求极大地降低太阳电池重量、提高光电转换效率和增强其可靠性。随着光伏电池技术发展，空间太阳电池阵在结构方面已从刚性太阳电池阵发展至柔性太阳电池阵，电池阵重量比功率已提升至200W/kg，但由于受限于砷化镓太阳电池单体本身重量限制，难以满足大功率、多功能飞行器研制对300W/kg以上重量比功率太阳电池阵的需求，通过计算，以现有外延技术水平，对外延生长的多结砷化镓进行薄膜化、柔性化器件工艺制程，制作重量比功率大于2000W/kg的薄膜砷化镓太阳电池，可实现300W/kg以上重量比功率太阳电池阵的研制目标。基于此，近年来，国内外各单位开展薄膜砷化镓太阳电池的研制，如中国专利申请201620949232.6公开的一种锗基砷化镓多结柔性薄膜太阳电池、中国专利申请201610062060.5公开的高比功率GaAs多结柔性薄膜太阳电池及其制备方法；中国专利申请201210378163.4公开的砷化镓薄膜多结叠层太阳电池的制备方法等。以上专利要么采用Ge衬底减薄或GaAs衬底腐蚀的方式制备薄膜砷化镓太阳电池，其支撑衬底采用PI、PET、PEN、玻璃、不锈钢以、PTFE及聚酯膜等材料，其制作的薄膜砷化镓电池受其支撑衬底膨胀系数限制，电池存在翘曲较大、柔韧性差、热压扩散焊接性能差等缺点，难以满足后续电池阵制作及行业应用要求。中国专利申请201510291455.8公开的一种高效柔性砷化镓太阳电池及制备方法采用柔性的铜/钼/铜合金衬底支撑减薄的砷化镓电池材料制作柔性砷化镓太阳电池，其优点在于该结构电池应力匹配良好，但其制作工艺与传统砷化镓电池器件工艺兼容性差，从而限制其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，以解决现有薄型砷化镓太阳电池翘曲度大、柔韧性差、可焊性差、空间稳定性差、工艺兼容性差等问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底、砷化镓太阳电池材料、金属电极和减反射膜；所述制备方法包括以下步骤：步骤1：键合金属层制备：分别在砷化镓太阳电池材料背光面和应力匹配柔性支撑衬底上制作键合金属层；步骤2：外延键合：将砷化镓太阳电池材料和应力匹配柔性支撑衬底的键合金属层叠合在一起并进行键合；步骤3：临时键合：将外延键合后的应力匹配柔性支撑衬底与临时支撑衬底叠合在一起并进行键合；步骤4：器件制作：在砷化镓太阳电池材料受光面制作金属电极和减反射膜，剥离临时支撑衬底后制得应力平衡薄型砷化镓太阳电池。上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述应力匹配柔性支撑衬底的平均线膨胀系数低于11×10-6/℃，其厚度低于50μm。上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述应力匹配柔性支撑衬底的材质为金属薄膜、耐高温聚合物薄膜中的任意一种。上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述金属薄膜为不锈钢、铁镍合金、铁铜合金、钨合金、钼金属、钼合金中的任意一种。上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述耐高温聚合物薄膜的玻璃化转变温度不小于200℃。上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述应力匹配柔性支撑衬底的材质为耐高温聚合物薄膜时，在键合金属层与耐高温聚合物薄膜之间设置应力缓冲层。上述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，所述应力缓冲层为硅碳氧化物/氧化钛复合层、钼金属层中的任意一种。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术在砷化镓太阳电池材料背光面制作应力匹配柔性支撑衬底，通过半导体光刻腐蚀工艺在受光面制作用于收集光电流的金属电极和减反射膜，制备得到应力平衡的薄型砷化镓太阳电池。由于柔性支撑衬底与砷化镓电池材料应力匹配，制备的薄型砷化镓太阳电池翘曲小、平整度好、可焊性高、易于太阳电池组件或太阳电池阵的研制，同时支撑衬底柔韧性好、密度低、与砷化镓电池结合牢固等，使得制备的薄型太阳电池不仅具有较高的机械强度和较高的重量比功率，而且易于互连焊接和封装，其制作工艺与传统砷化镓太阳电池及电池阵制作工艺兼容性好，空间应用可靠性高。附图说明图1为本专利技术提供的砷化镓太阳电池材料的俯视图；图2为本专利技术提供的应力匹配柔性支撑衬底的俯视图；图3为本专利技术提供的制作键合金属层后的砷化镓太阳电池材料的结构示意图；图4为本专利技术提供的制作键合金属层后的应力匹配柔性支撑衬底的结构示意图；图5为本专利技术提供的砷化镓太阳电池材料和应力匹配柔性支撑衬底进行外延键合后的结构示意图；图6为本专利技术提供的由金属柔性支撑衬底支撑的砷化镓太阳电池材料临时键合后的结构示意图；图7为本专利技术一实施例提供的金属电极制作前的局部结构示意图；图8为本专利技术一实施例提供的金属电极制作后的局部结构示意图；图9为本专利技术实施实例提供的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的剖面结构示意图；图10为本专利技术提供的制作键合金属层后的由聚合物薄膜柔性支撑衬底支撑的砷化镓太阳电池材料的结构示意图。具体实施方式以下结合附图通过具体实施例对本专利技术作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本专利技术，并不是对本专利技术保护范围的限制。本专利技术提供了一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其中，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底2、砷化镓太阳电池材料1、金属电极7和减反射膜8；进一步地，所述应力匹配柔性支撑衬底2的平均线膨胀系数低于11×10-6/℃，其厚度低于50μm。再进一步地，所述应力匹配柔性支撑衬底2的材质为金属薄膜、耐高温聚合物薄膜中的任意一种。优选地，所述金属薄膜为不锈钢、铁镍合金、铁铜合金、钨合金、钼金属、钼合金中的任意一种。优选地，所述耐高温聚合物薄膜的玻璃化转变温度不小于200℃。所述制备方法包括以下步骤：步骤1：键合金属层3制备：分别在砷化镓太阳电池材料1背光面和应力匹配柔性支撑衬底2上制作键合金属层3；所述应力匹配柔性支撑衬底2的材质为耐高温聚合物薄膜时，在键合金属层3与耐高温聚合物薄膜之间设置应力缓冲层6。优选地，所述应力缓冲层6为硅碳氧化物/氧化钛复合层、钼金属层中的任意一种。所述键合金属层3为Ti/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Pt/Au中的任意一种；其中，Au层的厚度不小于0.3μm。步骤2：外延键合：将砷化镓太阳电池材料1和应力匹配柔性支撑衬底2的键合金属层3叠合在一起并进行键合；步骤3：临时键合：将外延键合后的应力匹配柔性支撑衬底2与临时支撑衬底4叠合在一起并进行键合；步骤4：器件制作：在砷化镓太阳电池材料1受光面制作金属电极7和减反射膜8，剥离临时支撑衬底4后制得应力平衡薄型砷化镓太阳电池。实施例11、键合金属层3制备1)如图1和图2所示，将MOCVD设备生长的GaInP/GaAs/InGaAs砷化镓太阳电池材料1打标编号，并与同尺寸FeCoNi应力匹配柔性支撑衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其特征在于，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底、砷化镓太阳电池材料、金属电极和减反射膜；所述制备方法包括以下步骤：步骤1：键合金属层制备：分别在砷化镓太阳电池材料背光面和应力匹配柔性支撑衬底上制作键合金属层；步骤2：外延键合：将砷化镓太阳电池材料和应力匹配柔性支撑衬底的键合金属层叠合在一起并进行键合；步骤3：临时键合：将外延键合后的应力匹配柔性支撑衬底与临时支撑衬底叠合在一起并进行键合；步骤4：器件制作：在砷化镓太阳电池材料受光面制作金属电极和减反射膜，剥离临时支撑衬底后制得应力平衡薄型砷化镓太阳电池。

【技术特征摘要】
1.一种应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其特征在于，薄型砷化镓太阳电池包含应力匹配柔性支撑衬底、砷化镓太阳电池材料、金属电极和减反射膜；所述制备方法包括以下步骤：步骤1：键合金属层制备：分别在砷化镓太阳电池材料背光面和应力匹配柔性支撑衬底上制作键合金属层；步骤2：外延键合：将砷化镓太阳电池材料和应力匹配柔性支撑衬底的键合金属层叠合在一起并进行键合；步骤3：临时键合：将外延键合后的应力匹配柔性支撑衬底与临时支撑衬底叠合在一起并进行键合；步骤4：器件制作：在砷化镓太阳电池材料受光面制作金属电极和减反射膜，剥离临时支撑衬底后制得应力平衡薄型砷化镓太阳电池。2.如权利要求1所述的应力平衡薄型砷化镓太阳电池的制备方法，其特征在于，所述应力匹配柔性支撑衬底的平均线膨胀系数低于11×10-6/℃，其厚度低于50μm。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：范襄，于振海，雷刚，陈超奇，付坤，石梦奇，杨洪东，姜德鹏，王训春，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31