一种提高砷化镓太阳能电池光电转换效率的方法

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用离子束刻蚀在电池表面制备微纳米减反结构,从而提高太阳能电池的光电转换效率的方法。

背景技术：

砷化镓太阳能电池作为ⅲ-ⅴ族半导体电池中的代表,与硅太阳能电池相比,除了其具有较高的光电转换效率外,还具有较好的耐高温性能、较强抗辐射性能等。这些优异的性能使砷化镓太阳能电池非常适合用作空间能源电池,但是由于目前的研制水平和工艺问题,使得太阳能电池的光电转换效率仍有很大的提升空间,而提高太阳能电池的光电转换效率的最主要的方法之一就是提高电池表面的抗反射性能，其中刻蚀表面微结构是一种提高抗反射性能的有效方法。

离子束加工具有极高的加工精度，离子束加工是目前已知最精密的加工工艺，刻蚀精度可以达到纳米级，可以实现对轰击靶材的离子束束流密度和能量的精确控制；离子束加工加工质量高，适用范围广，可以对各种材料和低刚件零件进行加工；离子束加工对靶材污染少，离子束加工在真空环境中进行，加工过程对易氧化的金属、合金和半导体材料的影响极小。

技术实现要素：

本发明的目的是提供基于离子束刻蚀砷化镓太阳能电池减反射结构的制备方法，从而提高砷化镓太阳能电池光电转换效率。

一种提高砷化镓太阳能电池光电转换效率的方法，采用离子束在砷化镓电池表面刻蚀微纳米减反结构，其特征在于，具体步骤为：

(1)用酒精清洗电池表面并用吹风机吹干。

(2)将电池背面粘贴在基板上固定，再将粘好电池的基板放置于evg101旋涂机中旋涂光刻胶薄膜。

(3)旋涂完光刻胶薄膜后，将基片放置于真空干燥箱中保温烘干。

(4)选取掩模版，采用karisussma6光刻机将紫外光透过掩模版辐照在附有光刻胶的电池表面，对照射部分曝光。

(5)采用化学溶液腐蚀的方法溶解去除曝光区发生降解反应的光刻胶。

(6)离子束刻蚀设备发出定向高能离子束撞击带有太阳能电池的基板，刻蚀曝光区的电池表面，从而形成微结构。

进一步的，所述的电池为gaas基单结异质太阳能电池，太阳能电池的结构包括正背面接触层、窗口层、发射区、基区、背散射场、缓冲区、衬底层。

进一步的，所述的evg101旋涂机的运行参数为：旋涂时间为30s，加速度为1000rpm/s，速度为2000rpm。

进一步的，所述的真空干燥箱烘干，其温度为135℃，保温时间为15min。

进一步的，所述的掩模版为矩形，正方形或圆形；所述karisussma6光刻机的激光为13nm的极端紫外光，所用的光刻机的曝光时间为5s。

进一步的，所述的化学溶液为浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵(tmah)溶液。

进一步的，所述的离子束刻蚀设备运行参数设置为beamcurrent(离子束电流)：150ma，beamvottage(离子束电压)：400v，accelvottage(加速电压)：400v，neutcurrent(中性电流)：150ma，rfpower(射频功率)300w；离子束是氩离子束。

进一步的，所述微纳米减反结构的底面尺寸为1μm～10μm，深度为10nm～300nm。

本发明的有益效果：

(1)本发明利用离子束刻蚀太阳能电池表面,获得具有特定微纳米结构的表面,可将原砷化镓太阳能的反射率由31.06％降低到28.6％,减少了太阳能电池的光学损失，提高了电池的光学特性。

(2)本发明利用离子束刻蚀对太阳能电池表面加工,获得具有减反效果的微纳米结构的表面,减少了太阳能电池的光学损失，从而可以提高光电转化效率。

附图说明

图1为实施1例制备所得电池表面结构扫描电子显微镜图

图2为实施1例制备所得电池表面结构的反射率曲线图。

图3为实施2例制备所得电池表面结构的扫描电子显微镜图。

图4为实施2例制备所得电池表面结构的反射率曲线图。

图5为实施3例制备所得电池表面结构的扫描电子显微镜图。

图6为实施3例制备所得电池表面结构的反射率曲线图。

具体实施方式

现将本发明的实施例叙述于后,但本发明不应仅限于实施例。

实施例1

(1)用酒精清洗电池表面并烘干。

(2)将电池背面固定在基板上，旋涂光刻胶，时间30s，加速度1000rpm/s，速度2000rpm。

(3)旋涂完光刻胶薄膜后，将基片放置于真空干燥箱中，其温度为135℃，保温时间为15min。

(4)挑选矩形的掩膜版，采用karisussma6光刻机将紫外光透过掩模版辐照在附有光刻胶的电池表面，对照射部分发生曝光反应，所述的karisussma6光刻机的激光为13nm的极端紫外光，所用的光刻机的曝光时间为5s。

(5)采用浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵(tmah)化学腐蚀的方法溶解去除曝光区发生降解反应的光刻胶。

(6)利用离子束刻蚀机中的高能离子束冲击带有太阳能电池的基板，刻蚀曝光区的电池表面，从而形成微结构。

(7)用扫描电子显微镜观察观察电池表面的表面形貌，获得sem图如图1所示，矩形结构呈正方排列分布，其中槽宽为5.9μm，周期为14.1μm。

(8)用太阳能电池多功能测试平台测量电池表面的反射率，获得的反射率曲线如图2所示。通过计算求得太阳能电池的平均反射率为30.4％，相对于原电池的平均反射率下降了1.2％。

实施例2

(1)用酒精清洗电池表面并烘干。

(2)将电池背面固定在基板上，旋涂光刻胶，时间30s，加速度1000rpm/s，速度2000rpm。

(3)旋涂完光刻胶薄膜后，将基片放置于真空干燥箱中，其温度为135℃，保温时间为15min。

(4)挑选正方形的掩膜版，采用karisussma6光刻机将紫外光透过掩模版辐照在附有光刻胶的电池表面，对照射部分发生曝光反应，所述的karisussma6光刻机的激光为13nm的极端紫外光，所用的光刻机的曝光时间为5s。

(5)采用浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵(tmah)化学腐蚀的方法溶解去除曝光区发生降解反应的光刻胶。

(6)利用离子束刻蚀机中的高能离子束冲击带有太阳能电池的基板，刻蚀曝光区的电池表面，从而形成微结构。

(7)用扫描电子显微镜观察观察电池表面的表面形貌，获得sem图如图3所示，正方形结构呈正方排列分布，其中正方形尺寸为10μm，周期为24μm。

(8)用太阳能电池多功能测试平台测量电池表面的反射率，获得的反射率曲线如图4所示。通过计算求得太阳能电池的平均反射率为30.9％，相对于原电池的平均反射率下降了0.7％。

实施例3

(1)用酒精清洗电池表面并烘干。

(2)将电池背面固定在基板上，旋涂光刻胶，时间30s，加速度1000rpm/s，速度2000rpm。

(3)旋涂完光刻胶薄膜后，将基片放置于真空干燥箱中，其温度为135℃，保温时间为15min。

(4)挑选圆形的掩膜版，采用karisussma6光刻机将紫外光透过掩模版辐照在附有光刻胶的电池表面，对照射部分发生曝光反应，所述的karisussma6光刻机的激光为13nm的极端紫外光，所用的光刻机的曝光时间为5s。

(5)采用浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵(tmah)化学腐蚀的方法溶解去除曝光区发生降解反应的光刻胶。

(6)利用离子束刻蚀机中的高能离子束冲击带有太阳能电池的基板，刻蚀曝光区的电池表面，从而形成微结构。

(7)用扫描电子显微镜观察观察电池表面的表面形貌，获得sem图如图5所示，圆形结构呈正方排列分布，其中圆形直径为4.5μm，周期为12μm。

(8)用太阳能电池多功能测试平台测量电池表面的反射率，获得的反射率曲线如图6所示。通过计算求得太阳能电池的平均反射率为28.6％，相对于原电池的平均反射率下降了3％。