【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳电池领域，具体涉及一种用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底及其制备方法。
技术介绍
1、采用外延生长技术获得的太阳电池大多仅需要较薄的外延层结构就可以实现所需功能，传统直接采用半导体衬底的太阳电池厚度大、重量高，且易碎不易弯折。随着航天技术对高重量比、可附型太阳电池日益增长的需求以及工艺技术的发展，柔性薄膜太阳电池以其轻质、柔性、易展收及超高重量比功率等特点已成为空间电源领域的研究热点。
2、现有的柔性薄膜太阳电池衬底主要采用两种材料：
3、(1)采用金属箔作为衬底材料替代原刚性半导体衬底材料实现电池薄膜化。如专利文献cn105470115在半导体外延片以及金属箔上蒸发金属材料，再将二者进行金属键合工艺，键合之后将原半导体材料衬底腐蚀去除，实现了太阳电池的轻便化与柔性化。
4、(2)采用有机柔性衬底作为衬底材料替代原刚性半导体衬底材料实现电池薄膜化。专利文献cn106373867在有机柔性衬底和外延衬底上分别涂敷有机粘结剂，外延片和有机柔性衬底被两块石墨垫片夹紧并一起放入真空热压机中进行贴附工艺，贴附完成后腐蚀去除砷化镓衬底，从而实现了太阳电池的轻便化与柔性化。
5、上述两种方法中，采用金属箔作为衬底具有电导热导性高、厚度薄的优点，但由于金属密度较高、模量较大，从而导致以金属箔为衬底结构的薄膜太阳电池面密度较大，并且柔性欠缺；采用有机柔性衬底可极大程度减小薄膜电池的面密度，如聚酰亚胺一类的聚合物还具备极佳的耐酸碱特性，但是其绝缘的特点需要在外延片上进行额外通孔刻蚀并
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，其包括顶层金属层1、中间聚合物层2、底层金属层4，中间聚合物层2中具有多个垂直的通孔3，通孔3中间填充有导电材料，从而使得顶层金属层1与底层金属层4电学导通。
2、进一步的是，所述顶层金属层1为由选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金构成的金属薄膜；所述底层金属层4为由选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金构成的金属薄膜。
3、进一步的是，所述顶层金属层1最厚范围为400纳米到3微米；所述底层金属层4最厚范围为100纳米到500纳米；所述中间聚合物层2的厚度不超过100微米。
4、进一步的是，所述中间聚合物层2采用有机聚合物材料，所述有机聚合物材料的电阻率大于1010ω·m，杨氏模量小于10gpa，密度不大于2000g/cm3。
5、进一步的是，所述有机聚合物材料选自聚酰亚胺、派瑞林、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
6、进一步的是，通孔3的形状为圆形、方形、三角形或者五边形，通孔3的形状的外接圆直径范围为50微米到1毫米之间，俯视来看，通孔3以阵列的形式规则地排列在中间聚合物层2上，通孔3占聚合物表面积的10％～50％。
7、进一步的是，通孔3中以选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金或者石墨烯、碳纳米材料、导电聚合物材料填充，通孔3的高度与绝缘的中间聚合物层2的高度一致。
8、另一方面，本专利技术还提供了上述用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底的制备方法，其特征在于，所述顶层金属层1与底层金属层4采用溅射或者蒸发的方式沉积；所述中间聚合物层23采用旋涂、喷涂或刷涂的工艺方式成膜，并采用光刻、掩模刻蚀或者压印的工艺方式实现图形化；所述中间聚合物层2中通孔3中的金属材料可采用溅射、蒸发、电镀的工艺方式制备。
9、进一步的是，其包括下述步骤：步骤1，沉积底层金属层4；步骤2，旋涂中间聚合物层2并图形化通孔3；步骤3，通孔3电镀金属填充并平坦化处理；步骤4，沉积顶层金属层1；步骤5，与外延层键合并释放。
10、进一步的是，其包括下述步骤：步骤0，在晶圆上沉积一层牺牲层；
11、步骤1，溅射或者蒸发沉积底层金属层4；
12、步骤2.1，旋涂中间聚合物层2的聚合物前驱体溶液于晶圆上；
13、步骤2.2，对旋涂好的聚合物前驱体进行图形化工艺形成通孔3；
14、步骤3，采用电镀工艺在聚合物通孔3中电镀金属填充物；
15、步骤4，溅射或者蒸发沉积顶层金属层1；
16、步骤5，采用键合工艺将柔性衬底的顶层金属层1对准薄膜太阳电池的金属层，并进行键合工艺；
17、步骤6，将键合好的片子放入牺牲层腐蚀溶剂中进行释放。
18、根据本专利技术所提供的衬底结构及其制作方法，可根据需要设计顶层以及底层金属相对中间聚合物层的厚度值，由于中间聚合物层的低模量与低面密度，从而达到降低整体衬底质量与模量的目的，采用合适的金属材料以及聚合物材料，可实现面密度小于150g/cm2的低面密度薄膜太阳电池衬底结构，为今后轻量化、柔性化的新一代空间用薄膜太阳电池提供了一条新的技术发展路径。
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1.一种用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，其包括顶层金属层(1)、中间聚合物层(2)、底层金属层(4)，中间聚合物层(2)中具有多个垂直的通孔(3)，通孔(3)中间填充有导电材料，从而使得顶层金属层(1)与底层金属层(4)电学导通。
2.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述顶层金属层(1)为由选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金构成的金属薄膜；所述底层金属层(4)为由选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金构成的金属薄膜。
3.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述顶层金属层(1)最厚范围为400纳米到3微米；所述底层金属层(4)最厚范围为100纳米到500纳米；所述中间聚合物层(2)的厚度不超过100微米。
4.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述中间聚合物层(2)采用有机聚合物材料，所述有机聚合物材料的电阻率大于1010Ω·m，杨氏模量小于10Gpa，密度不大于2000g/cm3。>
5.根据权利要求4所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述有机聚合物材料选自聚酰亚胺、派瑞林、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
6.根据权利要求4所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，通孔(3)的形状为圆形、方形、三角形或者五边形，通孔(3)的形状的外接圆直径范围为50微米到1毫米之间，俯视来看，通孔(3)以阵列的形式规则地排列在中间聚合物层(2)上，通孔(3)占聚合物表面积的10％～50％。
7.根据权利要求4所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，通孔(3)中以选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金或者石墨烯、碳纳米材料、导电聚合物材料填充，通孔(3)的高度与绝缘的中间聚合物层(2)的高度一致。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底的制备方法，其特征在于，所述顶层金属层(1)与底层金属层(4)采用溅射或者蒸发的方式沉积；所述中间聚合物层(2)采用旋涂、喷涂或刷涂的工艺方式成膜，并采用光刻、掩模刻蚀或者压印的工艺方式实现图形化；所述中间聚合物层(2)中通孔(3)中的金属材料可采用溅射、蒸发、电镀的工艺方式制备。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：步骤1，沉积底层金属层(4)；步骤2，旋涂中间聚合物层(2)并图形化通孔(3)；步骤3，通孔(3)电镀金属填充并平坦化处理；步骤4，沉积顶层金属层(1)；步骤5，与外延层键合并释放。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：步骤0，在晶圆上沉积一层牺牲层；
...【技术特征摘要】
1.一种用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，其包括顶层金属层(1)、中间聚合物层(2)、底层金属层(4)，中间聚合物层(2)中具有多个垂直的通孔(3)，通孔(3)中间填充有导电材料，从而使得顶层金属层(1)与底层金属层(4)电学导通。
2.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述顶层金属层(1)为由选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金构成的金属薄膜；所述底层金属层(4)为由选自金、银、铜、钯、铬、钛的金属中的一种或两种以上的合金构成的金属薄膜。
3.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述顶层金属层(1)最厚范围为400纳米到3微米；所述底层金属层(4)最厚范围为100纳米到500纳米；所述中间聚合物层(2)的厚度不超过100微米。
4.根据权利要求1所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述中间聚合物层(2)采用有机聚合物材料，所述有机聚合物材料的电阻率大于1010ω·m，杨氏模量小于10gpa，密度不大于2000g/cm3。
5.根据权利要求4所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其特征在于，所述有机聚合物材料选自聚酰亚胺、派瑞林、聚对苯二甲酸乙二醇酯。
6.根据权利要求4所述的用于薄膜太阳电池的低面密度柔性衬底，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭哲俊，周丽华，王波，施祥蕾，李彬，钱勇，王鑫，孙利杰，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：
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