[发明专利]一种高效柔性砷化镓太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域。

背景技术

砷化镓太阳能电池是以砷化镓（GaAs）为基体材料的太阳能电池，其发展已有40 余年的历史。GaAs材料的Eg=1.43eV，理论上估算，GaAs单结太阳能电池的效率可达27%，从上世纪80年代后，GaAs太阳能电池技术经历了从LPE到MOCVD，从同质外延到异质外延，从单结到多结叠层结构的几个发展阶段，其发展速度日益加快，效率也不断提高，目前实验室最高效率已达到50%，产业生产转化率可达30%以上。而在光伏发电产业中，几乎占到全部产量的94%以上的单晶硅和多晶硅等硅基光伏电池，其在实验室里最高的转换效率为24.7%，工业规模生产的转换效率仅为18%，而砷化鎵太阳能电池光电转换效率比传统晶硅原料高出许多，在某些特定场合将成为市场主流。

单结GaAs 电池只能吸收特定光谱的太阳光,不同禁带宽度的Ⅲ、Ⅴ族材料制备的多结GaAs 电池,按禁带宽度大小叠合,分别选择性吸收和转换太阳光谱的不同子域,可大幅度提高太阳能电池的光电转换效率。理论计算表明:双结GaAs 太阳能电池的极限效率为30 % ,三结GaAs 太阳能电池的极限效率为38 % ,四结GaAs 太阳能电池的极限效率为41 %。

与硅基太阳能电池相比, GaAs 太阳能电池具有更高的光电转换效率、更强的抗辐照能力和更好的耐高温性能,其广泛应用在空间能源领域，如我国的神八宇宙飞船和“天宫一号”飞行器均采用了三结砷化镓太阳能电池，其转化效率达到26.8%。

GaAs 为直接跃迁型材料,而Si 为间接跃迁型材料。在可见光范围内, GaAs 材料的光吸收系数远高于Si 材料。同样吸收95 %的太阳光, GaAs 太阳能电池只需5～10μm的厚度,而Si 太阳能电池则需大于150μm。因此,GaAs太阳能电池能制成薄膜型,质量可大幅减小。但是由于砷化镓太阳能电池的衬底材料Ge或GaAs热导系数较小，在使用中芯片内部产生的热不能及时散出，降低了电池效率；同时Ge或GaAs衬底厚度大，柔性差，极易碎，不方便使用，造成了其应用受到限制。如果能够把砷化镓太阳能电池制成柔性薄膜太阳能电池，借助柔性薄膜太阳能电池的可以弯曲、便于携带的特点，能够在多种生产与生活领域为人们提供电力，有广泛的应用前景。

铜钼铜（CMC）封装材料是一种三明治结构的平板复合材料，它采用纯钼做芯材，双面再覆以纯铜或者弥散强化铜。这种材料的热膨胀系数可调，热导率高，耐高温性能优异，在电子封装中得到了广泛的运用。铜钼铜材料属于金属基平面层状复合型电子封装材料，这类电子封装复合材料的结构是层叠式，一般分为三层，中间层为低膨胀材料层，两边为高导电导热的材料层。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种厚度薄，柔性好，散热好，效率高，牢固可靠的高效柔性砷化镓太阳能电池及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高效柔性砷化镓太阳能电池，包括砷化镓电池外延片，外延片结构从上至下包括砷化镓电池外延层、缓冲层、衬底，砷化镓电池外延层的受光面位于上部；所述受光面上设有上电极，所述衬底的下方依次设有金属化层和铜钼铜柔性基板，所述铜钼铜柔性基板为铜钼铜三层复合材料，包括底层铜、中间层钼和顶层铜。

进一步地，所述衬底的厚度为70～110微米；所述铜钼铜柔性基板的底层铜厚度为10～20微米，中间层钼厚度为10～20微米，顶层铜厚度为10～20微米，铜钼铜柔性基板的热膨胀系数为（6～7）X10^-6/℃。

进一步地，所述外延片受光面上还设有减反射膜。

进一步地，所述减反射膜由上层的二氧化硅薄膜和下层的二氧化钛薄膜构成，所述二氧化硅薄膜厚度为90±10nm，所述二氧化钛薄膜厚度为60±10nm。

进一步地，所述金属化层自下而上依次为钛层、银层、金层。

进一步地，所述外延片为三结砷化镓电池外延片，所述外延片的厚度为90±10微米。

一种制备如上所述高效柔性砷化镓太阳能电池的方法，包括如下步骤，

步骤一、外延片衬底减薄，抛光；

步骤二、外延片和铜钼铜柔性基板键合：清洗外延片和铜钼铜柔性基板的键合部位，在外延片衬底生长金属化层，将金属化层与铜钼铜柔性基板对准、压紧，最后放入晶片键合设备中，加温、加压完成键合，得到键合片；

步骤三、在外延层的上方制作上电极。

进一步地，还包括,步骤四、外延片受光面上生长减反射膜。