一种高效柔性砷化镓太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及太阳能电池技术领域。
【背景技术】
[0002] 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=l. 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。
[0003] 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 %。
[0004] 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%。
[0005] GaAs为直接跃迀型材料，而Si为间接跃迀型材料。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~ 10ym的厚度，而Si太阳能电池则需大于150ym。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。
[0006] 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。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型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。
[0008] 为解决上述技术问题，本实用新型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。
[0009] 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/°C。
[0010] 进一步地，所述外延片受光面上还设有减反射膜。
[0011] 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 述二氧化娃薄膜厚度为90 ± 10nm，所述二氧化钛薄膜厚度为60 ± 10nm〇
[0012] 进一步地，所述金属化层自下而上依次为钛层、银层、金层。
[0013] 优选的，所述钛层、银层、金层的厚度分别为100nm、1000nm、60nm。
[0014] 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。
[0015]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，
[0016] 步骤一、外延片衬底减薄，抛光；
[0017] 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；
[0018] 步骤三、在外延层的上方制作上电极。
[0019] 进一步地，还包括，步骤四、外延片受光面上生长减反射膜。
[0020] 进一步地，所述减反射膜通过真空蒸发蒸镀至外延片受光面，蒸发台运行真空度 大于 1. 0X10_4Pa。
[0021] 进一步地，步骤二中，减薄、抛光后的外延片和铜钼铜柔性基板，依次经过丙酮、异 丙醇、去离子水、HC1与H 20体积比为1:1的混合溶液、去离子水清洗。
[0022] 进一步地，步骤二中，外延片和铜钼铜柔性基板的键合部位分别生长钛、银、金三 层，其厚度分别为l〇〇nm、1000nm、60nm，键合温度300~500摄氏度，键合时间60~120分 钟，键合压力2~5kg/cm2。
[0023] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型采用了柔性度较高的CMC 作为太阳能电池的基底材料，减小了电池的厚度，有效降低了电池的重量，大大提高了电池 的柔韧性，使其可应用范围大大增加，且使用更加方便。
[0024] CMC导电导热性远高于传统技术中Ge或GaAs衬底，显著提高了衬底的散热性能， 同时其热膨胀系数控制在（6~7) X1(T6/°C，与Ge和GaAs材料的热膨胀系数相近，这样可 保证在生产和使用过程中不会由于温度的变化，导致太阳能电池片表面分裂，延长了电池 的使用寿命。
[0025] 同时，相对于传统键合工艺，采用CMC，不必使用昂贵的Au材料作为键合金属，而 能够选择廉价的Ag材料进行键合，极大的降低工艺成本，同时也提高了成品率。
[0026] 本实用新型采用了 1102和5102材料作为减反射膜，能在400nm~1200nm波段范围 内获得很好的减反射效果，有效的降低了电池表面的反射率，使短路电流的增益达到最高， 提尚广品的效率。
【附图说明】
[0027] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0028] 图2是本实用新型实施例1中高效柔性砷化镓太阳能电池上电极的结构示意图；
[0029]图3是本实用新型实施例1中高效柔性砷化镓太阳能电池表面反射率曲线；
[0030] 图4是本实用新型铜钼铜柔性基板的结构示意图；
[0031] 1、减反射膜；2、上电极；3、外延层；4、缓冲层；5、衬底；6、金属化层；7、铜钼铜柔 性基板。
【具体实施方式】
[0032] 本实用新型为解决公知技术中砷化镓太阳能电池由于衬底材料Ge或GaAs热导系 数小、厚度大、柔性差、易碎等缺点而导致的散热差、电池效率降低和使用不方便的技术问 题，采用柔性度较高的铜钼铜柔性基板（CMC)作为太阳能电池的基底材料，能够减小电池的 厚度，有效降低电池的重量，大大提高电池的柔韧性，具有使用方便、应用范围大，电池使用 寿命长、效率高的优点。
[0033] 本实用新型中铜钼铜柔性基板7为铜钼铜（CMC)三层复合材料，参见图4,优选的， 分别包括底层铜10~20微米，中间层钼10~20微米，顶层铜10~20微米，其热膨胀系 数为（6~7)X1(T6/°C。本实用新型中铜钼铜柔性基板7可通过日本永福贸易株式会社购 买获得。
[0034] 本实用新型中砷化镓电池