一種高效柔性砷化鎵太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 砷化鎵太陽能電池是以砷化鎵（GaAs)為基體材料的太陽能電池，其發(fā)展已有40 余年的歷史。GaAs材料的Eg=l. 43eV，理論上估算，GaAs單結(jié)太陽能電池的效率可達27%， 從上世紀80年代后，GaAs太陽能電池技術(shù)經(jīng)歷了從LPE到MOCVD，從同質(zhì)外延到異質(zhì)外延， 從單結(jié)到多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)的幾個發(fā)展階段，其發(fā)展速度日益加快，效率也不斷提高，目前實驗 室最高效率已達到50%，產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率可達30%以上。而在光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中，幾乎占到 全部產(chǎn)量的94%以上的單晶硅和多晶硅等硅基光伏電池，其在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換效率為 24. 7%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率僅為18%，而砷化鎵太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)晶硅 原料高出許多，在某些特定場合將成為市場主流。
[0003] 單結(jié)GaAs電池只能吸收特定光譜的太陽光，不同禁帶寬度的III、V族材料制備 的多結(jié)GaAs電池，按禁帶寬度大小疊合，分別選擇性吸收和轉(zhuǎn)換太陽光譜的不同子域， 可大幅度提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。理論計算表明：雙結(jié)GaAs太陽能電池的極限 效率為30 %，三結(jié)GaAs太陽能電池的極限效率為38 %，四結(jié)GaAs太陽能電池的極限 效率為41 %。
[0004] 與硅基太陽能電池相比，GaAs太陽能電池具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率、更強的抗 輻照能力和更好的耐高溫性能，其廣泛應(yīng)用在空間能源領(lǐng)域，如我國的神八宇宙飛船和 "天宮一號"飛行器均采用了三結(jié)砷化鎵太陽能電池，其轉(zhuǎn)化效率達到26. 8%。
[0005] GaAs為直接躍迀型材料，而Si為間接躍迀型材料。在可見光范圍內(nèi)，GaAs材 料的光吸收系數(shù)遠高于Si材料。同樣吸收95 %的太陽光，GaAs太陽能電池只需5~ 10ym的厚度，而Si太陽能電池則需大于150ym。因此，GaAs太陽能電池能制成薄膜型， 質(zhì)量可大幅減小。但是由于砷化鎵太陽能電池的襯底材料Ge或GaAs熱導(dǎo)系數(shù)較小，在使 用中芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱不能及時散出，降低了電池效率；同時Ge或GaAs襯底厚度大，柔性 差，極易碎，不方便使用，造成了其應(yīng)用受到限制。如果能夠把砷化鎵太陽能電池制成柔性 薄膜太陽能電池，借助柔性薄膜太陽能電池的可以彎曲、便于攜帶的特點，能夠在多種生產(chǎn) 與生活領(lǐng)域為人們提供電力，有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006] 銅鉬銅（CMC)封裝材料是一種三明治結(jié)構(gòu)的平板復(fù)合材料，它采用純鉬做芯材，雙 面再覆以純銅或者彌散強化銅。這種材料的熱膨脹系數(shù)可調(diào)，熱導(dǎo)率高，耐高溫性能優(yōu)異， 在電子封裝中得到了廣泛的運用。銅鉬銅材料屬于金屬基平面層狀復(fù)合型電子封裝材料， 這類電子封裝復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)是層疊式，一般分為三層，中間層為低膨脹材料層，兩邊為高 導(dǎo)電導(dǎo)熱的材料層。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種厚度薄，柔性好，散熱好，效率高，牢固 可靠的高效柔性砷化鎵太陽能電池。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是：一種高效柔性砷化鎵太 陽能電池，包括砷化鎵電池外延片，外延片結(jié)構(gòu)從上至下包括砷化鎵電池外延層、緩沖層、 襯底，砷化鎵電池外延層的受光面位于上部；所述受光面上設(shè)有上電極，所述襯底的下方依 次設(shè)有金屬化層和銅鉬銅柔性基板，所述銅鉬銅柔性基板為銅鉬銅三層復(fù)合材料，包括底 層銅、中間層鉬和頂層銅。
[0009] 進一步地，所述襯底的厚度為70~110微米；所述銅鉬銅柔性基板的底層銅厚度 為10~20微米，中間層鉬厚度為10~20微米，頂層銅厚度為10~20微米，銅鉬銅柔性 基板的熱膨脹系數(shù)為（6~7) X10_6/°C。
[0010] 進一步地，所述外延片受光面上還設(shè)有減反射膜。
[0011] 進一步地，所述減反射膜由上層的二氧化硅薄膜和下層的二氧化鈦薄膜構(gòu)成，所 述二氧化娃薄膜厚度為90 ± 10nm，所述二氧化鈦薄膜厚度為60 ± 10nm〇
[0012] 進一步地，所述金屬化層自下而上依次為鈦層、銀層、金層。
[0013] 優(yōu)選的，所述鈦層、銀層、金層的厚度分別為100nm、1000nm、60nm。
[0014] 進一步地，所述外延片為三結(jié)砷化鎵電池外延片，所述外延片的厚度為90± 10微 米。
[0015]制備如上所述高效柔性砷化鎵太陽能電池的方法，包括如下步驟，
[0016] 步驟一、外延片襯底減薄，拋光；
[0017] 步驟二、外延片和銅鉬銅柔性基板鍵合：清洗外延片和銅鉬銅柔性基板的鍵合部 位，在外延片襯底生長金屬化層，將金屬化層與銅鉬銅柔性基板對準、壓緊，最后放入晶片 鍵合設(shè)備中，加溫、加壓完成鍵合，得到鍵合片；
[0018] 步驟三、在外延層的上方制作上電極。
[0019] 進一步地，還包括，步驟四、外延片受光面上生長減反射膜。
[0020] 進一步地，所述減反射膜通過真空蒸發(fā)蒸鍍至外延片受光面，蒸發(fā)臺運行真空度 大于 1. 0X10_4Pa。
[0021] 進一步地，步驟二中，減薄、拋光后的外延片和銅鉬銅柔性基板，依次經(jīng)過丙酮、異 丙醇、去離子水、HC1與H 20體積比為1:1的混合溶液、去離子水清洗。
[0022] 進一步地，步驟二中，外延片和銅鉬銅柔性基板的鍵合部位分別生長鈦、銀、金三 層，其厚度分別為l〇〇nm、1000nm、60nm，鍵合溫度300~500攝氏度，鍵合時間60~120分 鐘，鍵合壓力2~5kg/cm2。
[0023] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本實用新型采用了柔性度較高的CMC 作為太陽能電池的基底材料，減小了電池的厚度，有效降低了電池的重量，大大提高了電池 的柔韌性，使其可應(yīng)用范圍大大增加，且使用更加方便。
[0024] CMC導(dǎo)電導(dǎo)熱性遠高于傳統(tǒng)技術(shù)中Ge或GaAs襯底，顯著提高了襯底的散熱性能， 同時其熱膨脹系數(shù)控制在（6~7) X1(T6/°C，與Ge和GaAs材料的熱膨脹系數(shù)相近，這樣可 保證在生產(chǎn)和使用過程中不會由于溫度的變化，導(dǎo)致太陽能電池片表面分裂，延長了電池 的使用壽命。
[0025] 同時，相對于傳統(tǒng)鍵合工藝，采用CMC，不必使用昂貴的Au材料作為鍵合金屬，而 能夠選擇廉價的Ag材料進行鍵合，極大的降低工藝成本，同時也提高了成品率。
[0026] 本實用新型采用了 1102和5102材料作為減反射膜，能在400nm~1200nm波段范圍 內(nèi)獲得很好的減反射效果，有效的降低了電池表面的反射率，使短路電流的增益達到最高， 提尚廣品的效率。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是本實用新型實施例1中高效柔性砷化鎵太陽能電池上電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本實用新型實施例1中高效柔性砷化鎵太陽能電池表面反射率曲線；
[0030] 圖4是本實用新型銅鉬銅柔性基板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 1、減反射膜；2、上電極；3、外延層；4、緩沖層；5、襯底；6、金屬化層；7、銅鉬銅柔 性基板。
【具體實施方式】
[0032] 本實用新型為解決公知技術(shù)中砷化鎵太陽能電池由于襯底材料Ge或GaAs熱導(dǎo)系 數(shù)小、厚度大、柔性差、易碎等缺點而導(dǎo)致的散熱差、電池效率降低和使用不方便的技術(shù)問 題，采用柔性度較高的銅鉬銅柔性基板（CMC)作為太陽能電池的基底材料，能夠減小電池的 厚度，有效降低電池的重量，大大提高電池的柔韌性，具有使用方便、應(yīng)用范圍大，電池使用 壽命長、效率高的優(yōu)點。
[0033] 本實用新型中銅鉬銅柔性基板7為銅鉬銅（CMC)三層復(fù)合材料，參見圖4,優(yōu)選的， 分別包括底層銅10~20微米，中間層鉬10~20微米，頂層銅10~20微米，其熱膨脹系 數(shù)為（6~7)X1(T6/°C。本實用新型中銅鉬銅柔性基板7可通過日本永福貿(mào)易株式會社購 買獲得。
[0034] 本實用新型中砷化鎵電池