一种柔性太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及太阳能技术领域，具体涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法和应用。柔性太阳能电池包括复合金属衬底、GaAs层、钙钛矿材料层、透明电极层和电池隔离区；复合金属衬底包括底部电极层以及复合电极层；复合电极层包括预图形化的绝缘胶层和背金属层，且背金属层贯穿式的嵌入到预图形化的绝缘胶层上；复合金属衬底具有背金属层的一侧表面上依次设置钙钛矿材料层、透明电极层；透明电极层包括第一基体层及延伸段，第一基体层设置在钙钛矿材料层的表面上，延伸段贯穿于GaAs层和钙钛矿材料层；电池隔离区贯穿GaAs层、钙钛矿材料层和透明电极层。本发明专利技术的柔性太阳能电池可提升开路电压和短路电流，提高电池转换效率。提高电池转换效率。提高电池转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及太阳能
，具体而言，涉及一种柔性太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]砷化镓太阳能电池是光电转换效率较高的电池，晶格匹配的刚性砷化镓叠层太阳能电池技术已经较为成熟，在航空航天领域已经有了较大规模的应用。柔性砷化镓太阳能电池具有可弯曲，表面覆盖性好，功重比高、抗辐照性能好等特点。目前柔性砷化镓叠层电池则一般通过金属有机化合物气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)进行生长，在外延生长过程中，存在一些材料间的晶格失配、由长外延生长时间引起的Zn掺杂扩散等效应，引起材料缺陷，从而降低电池的整体性能。为了降低材料在外延生长过程中有引起的一些缺陷，往往需设计生长一定厚度的缓冲层或是阻挡层，来降低晶格缺陷或是掺杂扩散所带来的影响，这也带来了外延生长控制的难度和生产成本的增加。
[0003]现有的一些钙钛矿和砷化镓叠层电池主要通过金属键合方式在刚性衬底上集成，金属键合一般需使用金属键合机，其进口设备价格达百万且单台机产能较小，同时砷化镓材料脆性较大，键合时易发生裂片风险影响良率。柔性的钙钛矿砷化镓叠层电池其制作方法有的是分别制作钙钛矿电池层和砷化镓电池层，之后将一些柔性封装背板材料直接热压合至砷化镓电池一侧金属表面，然后用热压扩散方式，在一定真空条件下将钙钛矿电池器件与带有柔性封装背板压合的砷化镓电池器件热压结合在一起，形成整体的柔性钙钛矿砷化镓叠层电池。砷化镓薄膜电池材料在经历热压等工艺时易产生应力变化，主要由于砷化镓系材料与其背电极金属层材料(如铜、金、银、镍等)存在一定的热膨胀系数差异，导致薄膜电池在工艺过程中易发生形变翘曲，进而薄膜功能层受到应力损伤，从而影响电池器件的性能。传统的与
Ⅲ‑Ⅴ
族半导体材料形成欧姆接触的金属为高温合金金属体系，合金温度一般在250～400℃左右，但由于砷化镓薄膜电池在温度过高的热过程中易发生翘曲形变造成薄膜应力损伤，因此背金属体系一般采用低温合金体系，温度在150～180℃。如果电池经受不断的热压工艺过程，易使得薄膜发生应力损伤，同时一定温度下使得其背金体系不断受热，会形成过退火效果，影响电池的接触电阻，进而影响电池性能。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种柔性太阳能电池，可大幅提升开路电压和短路电流，大幅提高电池转换效率。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种柔性太阳能电池的制备方法，制备工艺简单，与柔性砷化镓电池的生产线兼容性好，可避免薄膜的应力损伤，且可有效控制太阳能电池的制作成本。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]一种柔性太阳能电池，包括复合金属衬底、GaAs层、钙钛矿材料层、透明电极层和电池隔离区；
[0009]所述复合金属衬底包括底部电极层以及设置在所述底部电极层一侧表面的复合电极层；所述复合电极层包括预图形化的绝缘胶层和设置在所述绝缘胶层上的背金属层，且所述背金属层贯穿式的嵌入到预图形化的绝缘胶层上；
[0010]所述GaAs层设置在所述复合金属衬底具有背金属层的一侧表面上；所述钙钛矿材料层设置在所述GaAs层远离复合金属衬底的表面上；所述透明电极层包括第一基体层及延伸段，所述第一基体层设置在所述钙钛矿材料层远离复合金属衬底的表面上，所述延伸段依次贯穿于所述钙钛矿材料层和所述GaAs层且抵达至所述背金属层的表面；
[0011]所述电池隔离区依次贯穿于所述透明电极层、钙钛矿材料层和GaAs层且抵达至所述背金属层的表面。
[0012]在一种实施方式中，所述柔性太阳能电池还包括绝缘保护层；所述绝缘保护层设置在延伸段和所述GaAs层之间的至少部分区域以及电池隔离区的至少部分区域。
[0013]在一种实施方式中，所述绝缘保护层包括二氧化硅、氮化硅和光敏性聚酰亚胺中的至少一种。
[0014]在一种实施方式中，所述绝缘保护层的厚度为5～10nm。
[0015]在一种实施方式中，所述底部电极层和所述背金属层均包括Au、Ag、Ni、Cr、Cu和Ge中的至少一种。
[0016]在一种实施方式中，所述底部电极层的厚度为12～40μm。
[0017]在一种实施方式中，所述绝缘胶层的厚度为2～3μm，所述背金属层的厚度为2～5μm。
[0018]在一种实施方式中，所述GaAs层和所述钙钛矿材料层之间还设置有透明导电层。
[0019]在一种实施方式中，所述钙钛矿材料层和透明电极层之间还设置有电子传输层。
[0020]在一种实施方式中，所述的柔性太阳能电池还包括减反射层；所述减反射层设置在所述透明电极层远离所述复合金属衬底的表面上。
[0021]如上所述的柔性太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0022]制备复合衬底，所述复合衬底包括复合金属衬底及所述GaAs层；将所述复合衬底远离GaAs层的表面与临时衬底进行复合；
[0023]在所述GaAs层的表面生长钙钛矿材料层，在GaAs层和钙钛矿材料层上刻蚀P2区域及P3区域；
[0024]在所述钙钛矿材料层的表面及P2区域中生长透明电极层；刻蚀所述透明电极层，获取电池隔离区，得到复合体；
[0025]去除所述复合体中的临时衬底，得到柔性太阳能电池。
[0026]在一种实施方式中，所述复合衬底的制备，具体包括：在GaAs衬底上依次生长AlAs牺牲层，GaAs子电池材料层；在所述GaAs子电池材料层上涂覆光敏胶并刻蚀图形化区域，在图形化区域中制备图形化背金属层，再进行退火处理及金属加厚处理，得到中间复合体，去除所述GaAs衬底及AlAs牺牲层，获得复合衬底。
[0027]在一种实施方式中，所述退火处理的温度为150～200℃，时间为30～60min。
[0028]在一种实施方式中，所述金属加厚处理采用镀覆的方式。
[0029]在一种实施方式中，所述去除GaAs衬底及AlAs牺牲层的方法，具体包括：在中间复合体具有图形化背金属层的一侧表面上涂覆耐腐蚀保护层，再采用腐蚀液进行腐蚀，以去除所述GaAs衬底及AlAs牺牲层；采用有机溶剂去除耐腐蚀保护层，再进行洗涤处理。
[0030]在一种实施方式中，所述复合衬底远离GaAs层的表面与临时衬底进行复合的方式包括粘合；所述粘合采用双面热解胶。
[0031]在一种实施方式中，所述临时衬底包括硅片和/或蓝宝石衬底。
[0032]在一种实施方式中，去除所述临时衬底，具体包括：将所述复合体进行热处理。
[0033]在一种实施方式中，在所述GaAs层的表面生长钙钛矿材料层之前，还包括：在GaAs层上生长透明导电层；在GaAs层、透明导电层上刻蚀P2区域及P3区域。
[0034]在一种实施方式中，在刻蚀P2区域及P3区域之后，在所述P2区域及P3区域制备绝缘保护层；
[0035]在一种实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性太阳能电池，其特征在于，包括复合金属衬底、GaAs层、钙钛矿材料层、透明电极层和电池隔离区；所述复合金属衬底包括底部电极层以及设置在所述底部电极层一侧表面的复合电极层；所述复合电极层包括预图形化的绝缘胶层和设置在所述绝缘胶层上的背金属层，且所述背金属层贯穿式的嵌入到预图形化的绝缘胶层上；所述GaAs层设置在所述复合金属衬底具有背金属层的一侧表面上；所述钙钛矿材料层设置在所述GaAs层远离复合金属衬底的表面上；所述透明电极层包括第一基体层及延伸段，所述第一基体层设置在所述钙钛矿材料层远离复合金属衬底的表面上，所述延伸段依次贯穿于所述钙钛矿材料层和所述GaAs层且抵达至所述背金属层的表面；所述电池隔离区依次贯穿于所述透明电极层、钙钛矿材料层和GaAs层且抵达至所述背金属层的表面。2.根据权利要求1所述的柔性太阳能电池，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：(1)所述柔性太阳能电池还包括绝缘保护层；所述绝缘保护层设置在所述延伸段和所述GaAs层之间的至少部分区域以及所述电池隔离区的至少部分区域；(2)所述绝缘保护层包括二氧化硅、氮化硅和光敏性聚酰亚胺中的至少一种；(3)所述绝缘保护层的厚度为5～10nm。3.根据权利要求1所述的柔性太阳能电池，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：(1)所述底部电极层和所述背金属层均包括Au、Ag、Ni、Cr、Cu和Ge中的至少一种；(2)所述底部电极层的厚度为12～40μm；(3)所述绝缘胶层的厚度为2～3μm，所述背金属层的厚度为2～5μm。4.根据权利要求1所述的柔性太阳能电池，其特征在于，包含以下特征(1)至(3)中的至少一种：(1)所述GaAs层和所述钙钛矿材料层之间还设置有透明导电层；(2)所述钙钛矿材料层和透明电极层之间还设置有电子传输层；(3)所述的柔性太阳能电池还包括减反射层；所述减反射层设置在所述透明电极层远离所述复合金属衬底的表面上。5.如权利要求1～4中任一项所述的柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备复合衬底，所述复合衬底包括复合金属衬底及GaAs层；将所述复合衬底远离GaAs层的表面与临时衬底进行复合；在所述GaAs层的表面生长钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，冯治华，王雪戈，
申请(专利权)人：极电光能有限公司，
类型：发明
国别省市：