一种空间用刚性太阳电池弯曲度调控方法与流程

本发明涉及新能源以及空间电源领域，具体涉及一种解决空间用太阳电池弯曲现象的工艺方法。

背景技术：

太阳电池(即空间主电源)是航天飞行器的能量来源，主要产品类型为锗基砷化镓太阳电池，其主要结构包括外延材料层、单晶锗(ge)衬底、正背金属电极。锗基砷化镓太阳电池制备过程含有高温合金扩散过程，由于锗衬底材料与背面金属电极存在热膨胀系数差异，经过高温合金扩散再恢复室温，太阳电池产生弯曲现象。

锗基砷化镓太阳电池弯曲情况表现为正面向上时电池中间凸起，凸起程度由弯曲度表征。通用的空间砷化镓太阳电池弯曲度均在0.2mm-0.4mm之间随机分布。

砷化镓太阳电池弯曲对后续多道封装和装配工序合格率产生影响，包括盖片胶厚度均匀性、焊接碎片率、贴片时胶层空洞等。这些影响结果不仅会降低砷化镓太阳电池合格率，使成本升高，也可能导致部分太阳电池在真空环境中发生碎片现象，进而影响整个空间太阳电池阵的功率输出。因此，改善并解决空间太阳电池弯曲问题，可减少太阳电池阵在空间环境中的失效，是非常必要的。

经调研专利cn101262028《一种低弯曲薄片单晶硅太阳电池烧结工艺》公开的薄片单晶硅太阳电池烧结方法，仅可用于单晶硅太阳电池，且经该方法处理后电池弯曲度仍大于0.8mm，不适于空间用锗基太阳电池。

技术实现要素：

为了解决太阳电池弯曲度过大的问题，本发明采用低温处理方式调节砷化镓太阳电池热应力实现电池弯曲度降低。

为此本发明提供一种空间用刚性太阳电池弯曲度调控方法，其特征在于，工艺过程包括以下步骤：

步骤一，制作空间用锗基太阳电池；

步骤二，将完成背面电极蒸镀及合金后的太阳电池置于低温处理设备中进行低温处理工艺；

步骤三，将完成低温处理后的太阳电池恢复至室温。

优选的，所述低温处理工艺的处理温度为-90℃至-200℃，处理时间为1min至25min。

优选的，所述低温处理工艺的低温处理参数设置为-160℃，低温处理时间为3min。

优选的，所述步骤二和步骤三的低温升降温速率低于35℃/min。

优选的，所述步骤二和步骤三的低温升降温速率均为10℃/min。

优选的，所述低温处理工艺应放在合金工艺之后。

优选的，所述空间用锗基太阳电池由上至下结构为正面金属电极、外延层、锗衬底及背面金属电极。

优选的，所述空间用锗基太阳电池为锗基三价砷化镓太阳电池，电池尺寸为60.0mm×40.0mm。

优选的，将所述空间用锗基太阳电池放置于光滑洁净的玻璃板上，用塞尺测量凸起高度d，按照塞尺可塞进的最大尺寸记为弯曲度。

其原理在于，太阳电池与金属背电极在合金后冷却到室温，由于热膨胀系数不同，锗衬底与金属背电极之间存在收缩应变差异，由于金属和电池衬底的不同屈服强度，通过降温过程使电池与背电极继续收缩，电池衬底对背电极产生拉应力，当温度降低到一定程度电池衬底与金属之间的应力使部分金属发生塑性形变，温度降低至权利要求4所述温度范围，经过权利要求4所述处理时间，背电极对金属拉伸产生的塑性形变对二者因温度产生的弹性形变差进行补偿(如附图3)，再次将太阳电池恢复室温后，太阳电池恢复平整。

本发明所提供的一种解决空间用太阳电池弯曲现象工艺，将大大降低空间用锗基太阳电池组件生产难度，降低电池碎片率，提高生产效率。同时理论上可降低太阳电池阵在空间环境中的失效情况。该技术创新填补国内了空白，提高我国空间用太阳电池阵的应用水平，为国防做出贡献。

附图说明

图1为适用于本发明的锗基砷化镓太阳电池基本结构；

图2为本发明实施例提供的一种太阳电池弯曲度测试示意图；

图3为本发明中背电极金属塑性形变补偿弹性形变差异示意图；

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

现通过详细说明根据本发明的较佳具体实施例，以对本发明做进一步阐述。

所述解决弯曲现象工艺步骤包括：a)锗基砷化镓太阳电池单体制备，包括正电极蒸镀、背电极蒸镀、合金、划片等；b)低温处理设备参数设置；c)放入锗基砷化镓太阳电池，开始低温处理；d)完成低温处理后的电池恢复室温；e)测试完成低温处理后电池的弯曲度。

作为优选，所选用太阳电池为锗基三结砷化镓太阳电池，电池尺寸为60.0mm×40.0mm。

作为优选，所述解决弯曲现象工艺步骤b)中低温处理参数设置为-160℃，低温处理时间为3min。

作为优选，所述解决弯曲现象工艺步骤b、c)中，低温处理的升降温速率均为10℃/min

作为优选，所述的低温处理工艺应放在合金工艺之后。

作为优选，所述的太阳电池弯曲度测试方式如附图1所示。将太阳电池放置于光滑洁净的玻璃板上，用塞尺测量凸起高度d，塞尺精度为0.01mm，尺寸范围为0.02mm～1.0mm，按照塞尺可塞进的最大尺寸记为弯曲度。

结合附图，根据下文的示例说明本发明主旨的描述可清楚本发明的其他方面和优点。

实验已经证明，经过本发明处理后空间用太阳电池弯曲度降低至0.15mm以下。且该工艺对太阳电池电性能、镀层金属牢固度、可焊性及电池机械性能等均未产生影响。

本发明所提供的一种解决空间用太阳电池弯曲现象工艺，将大大降低空间用锗基太阳电池组件生产难度，降低电池碎片率，提高生产效率。同时理论上可降低太阳电池阵在空间环境中的失效情况。该技术创新填补国内了空白，提高我国空间用太阳电池阵的应用水平，为国防做出贡献。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：

技术总结
本发明的一种空间用刚性太阳电池弯曲度调控方法，其包括以下步骤一，制作空间用锗基太阳电池；步骤二，将完成背面电极蒸镀及合金后的太阳电池置于低温处理设备中进行低温处理工艺；步骤三，将完成低温处理后的太阳电池恢复至室温。本发明一种空间用刚性太阳电池弯曲度调控方法，可以有效降低太阳电池弯曲度，有利于电池玻璃盖片粘贴、焊接及贴片等后道工序，提高太阳电池生产合格率，减少制备过程和空间环境使用时太阳电池损伤或失效现象。

技术研发人员：沈静曼;姜德鹏;王训春;沈斌;杨洪东;王凯;陈超奇;石梦奇
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：2019.05.06
技术公布日：2019.10.01