[发明专利]一种基于范德华外延剥离的砷化镓太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于范德华外延剥离的砷化镓太阳电池及其制备方法，其制备方法包含以下工序：S1，在砷化镓太阳电池衬底表面制备二维材料，得到二维材料衬底；S2，采用两步生长退火法制备砷化镓过渡层；S3，将砷化镓太阳电池功能层生长到所述砷化镓过渡层表面，得到太阳电池外延层；S4，分别在所述太阳电池外延层和聚酰亚胺材料表面制备金属层；S5，利用键合技术进行键合，得到聚合物衬底；S6，对所述聚合物衬底施加机械力，进行剥离下来，得到聚合物衬底上的外延层；S7，在所述聚合物衬底上的外延层表面制备电极和减反射膜，切割，得到所需尺寸的砷化镓太阳电池。基于上述方法制备得到的砷化镓太阳电池大大避免了对外延层的损伤。

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，具体涉及一种基于范德华外延剥离是砷化镓太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种新型能源，具备清洁无污染，辐射能量功率巨大的优点，是一种最安全可靠的能源形式，因此太阳电池一直是国内外研究发展的热点。Ⅲ-V族化合物太阳电池的转换效率在目前材料体系中转换效率最高，同时具有耐高温性能好、抗辐照能力强、温度特性好等优点。砷化镓太阳电池作为Ⅲ-V族化合物太阳电池的代表被公认为是新一代高性能长寿命空间主电源，已在航天领域得到广泛应用。

随着空间飞行器技术的发展对空间太阳电池性能(尤其是比功率)提出了越来越高的要求。而在目前的方阵技术下，必须尽可能地减少太阳帆板的面积和重量，达到轻质、柔性、可卷绕的要求。因此，也要求太阳电池朝着轻质、柔性、高比功率的方向发展。

砷化镓太阳电池由于材料具有较高的吸光系数，几个到数十微米的厚度就能够完全吸收太阳光，而数百微米的晶体衬底只起到支撑太阳电池功能薄膜材料的作用，将砷化镓太阳电池功能材料转移到柔性衬底上，可得到柔性高比功率的薄膜砷化镓太阳电池。

薄膜电池的制备中外延层转移技术一般采用机械减薄或者湿法工艺，完成砷化镓太阳电池功能材料向柔性衬底的转移，然而此类方法存在工艺时间过长(数小时以上)、外延层易产生缺陷、工艺安全防护高等问题，特别是晶圆尺寸增大，所需剥离时间成倍增加，迫切需要开发新型外延层转移技术。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，以解决传统湿法外延剥离工艺剥离速率慢、易损伤外延片、不环保等问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于范德华外延剥离的砷化镓太阳电池的制备方法，包含以下工序：

S1，在砷化镓太阳电池衬底表面制备二维材料，得到二维材料衬底；

S2，将所述二维材料衬底放入外延生长炉中，采用两步生长退火法制备砷化镓过渡层；

S3，将砷化镓太阳电池功能层生长到所述砷化镓过渡层表面，得到太阳电池外延层；

S4，分别在所述太阳电池外延层和聚酰亚胺材料表面制备金属层；

S5，利用键合技术将工序S4中制备金属层后得到的太阳电池外延层的金属面和聚酰亚胺材料的金属面进行键合，得到聚合物衬底；

S6，对所述聚合物衬底施加机械力，将所述太阳电池外延层从所述二维材料衬底上剥离下来，得到聚合物衬底上的外延层；

S7，在所述聚合物衬底上的外延层表面制备电极和减反射膜，切割，得到所需尺寸的砷化镓太阳电池。

其中，所述二维材料包含石墨烯、二维碳化硅、二维硫化钼中的至少一种。

较佳地，工序S1中，所述二维材料的层数为单层或双层。

较佳地，工序S2中，所述两步退火法是首先在450℃～500℃下生长50～100nm的砷化镓成核层，然后升温到600℃进行退火，再在600℃条件下生长100～200nm的砷化镓过渡层，然后升温到650～700℃进行退火。