[实用新型]一种柔性硅基砷化镓电池

说明书

技术领域

本实用新型属于薄膜电池领域，提供一种制备柔性硅基砷化镓薄膜电池。

背景技术

GaAs电池具有稳定性好、抗辐照能力强、光电转换效率最高等特特点，是一种最具潜质的空间能源产品。目前，美日欧等西方发达国家竞相开发高效、轻质的GaAs薄膜电池，满足各自航天军事领域以及未来太空电站建设的需要；同时柔性的高效砷化镓电池也能满足地面的特殊应用。GaAs是一种直接带隙半导体材料，可以做成多结电池，有效提高光电转换效率。

传统的GaAs/Ge电池，由于基底采用镓、锗等元素的稀有，外延设备和工艺复杂，使得高效GaAs电池不但制造成本高昂，而且质量大，难以实现大规模应用，尤其是航天事业。而Si基GaAs电池，由于硅元素在地壳中储量极为丰富，提炼难度较少，生产成本较低，可用于开发低成本的多结高效GaAs电池，同时轻、薄且柔性的基底能满足未来卫星、空间站以及太空（月球）基地建设的大规模能源供应需要。因此，开发高效、低成本的柔性多结GaAs薄膜电池是未来航空航天的必然选择。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种制备柔性硅基砷化镓薄膜电池，该电池总厚度约为50微米，柔性、可卷曲，单片面积可以大于80cm²，比功率大于2000W/Kg的优质电池。同时，以单晶硅替代单晶锗、单晶砷化镓作为衬底，能大大降低多结砷化镓电池的成本。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

    一种柔性硅基砷化镓电池，包括衬底层，在衬底层（1）上依次有Ge-Si缓冲层、Ge电池层、隧道结A层、GaAs电池层、隧道结B层、GaInP电池层、窗口层、欧姆接触层和减反射膜层，且减反射膜层上设有正面电极，衬底层下表面设有背面电极；所述衬底层为厚度≤48微米的柔性硅衬底层；所述柔性硅基砷化镓电池的总厚度≤50微米，单片面积≥80cm²。

所述衬底层的厚度优选为40微米-48微米。

所述衬底层优选为半导体级P型硅层。

与现有技术相比，本实用新型的优势是：

1、          本实用新型的薄膜电池总厚度小于50微米，柔性、可卷曲，单片面积可以大于80cm²，转换效率超过30%，比功率大于2000W/Kg的超薄高效电池。

2、          该电池以单晶硅替代单晶锗、单晶砷化镓作为衬底，能大大降低多结砷化镓电池的成本。

3、          本实用新型电池以柔性的超薄硅作为最终衬底，能获得极大的比功率（>2000W/Kg），大大降低空间电源的发射成本。

附图说明

图1是本实用新型制备的柔性硅基砷化镓薄膜电池的结构示意图；

其中，1是衬底层，2是Ge-Si缓冲层，3是Ge电池层，4是隧道结A层，5是GaAs电池层，6是隧道结B层，7是GaInP电池层，8是窗口层，9是欧姆接触层，10是减反射膜层，11是正面电极，12是背面电极。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的结构和特征，以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

一种柔性硅基砷化镓电池，由下至上依次为衬底层1、Ge-Si缓冲层2、Ge电池层3、隧道结A层4、GaAs电池层5、隧道结B层6、GaInP电池层7、窗口层8、欧姆接触层9和减反射膜层10，且在减反射膜层10上设有正面电极11，在衬底层1下表面设有背面电极12，所述衬底层1为厚度40微米-48微米的柔性硅衬底层；所述柔性硅基砷化镓电池的总厚度≤50微米，单片面积≥80cm²。所述硅衬底层为半导体级P型硅。

上述柔性硅基砷化镓电池的制备方法，包括以下步骤：

1）在硅衬底A和硅衬底B上生长50nm厚的SiO₂层，温度900度；

2）经过15%的HCl溶液洗后，兆声处理，然后将硅衬底A和B的SiO2界面在键合设备中完成键合，然后从室温逐渐升温至850℃，热处理时间为60-120min； 3）经过粗磨、粗抛和精抛，将硅衬底A减薄至45-48微米厚，制作成超薄硅衬底A；

4）清洗后采用超高真空CVD（VHT-CVD），650度，在硅衬底A表面生长Ge-Si缓冲层2微米；

5）采用MOCVD在Ge-Si缓冲层上依次生长Ge电池层、隧道结A层、GaAs电池层、隧道结B层、GaInP电池层、窗口层和接触层。